城市排水防涝与海绵城市优化:SWMM模型工程应用及二次开发案例分析

随着城市化进程加快,极端气候事件频发,城市内涝和雨洪管理问题日益突出。传统的经验式排水设计已难以应对复杂多变的城市水文环境,而计算机模型技术 的快速发展为城市排水系统的科学规划与精准管理提供了重要支撑。其中,美国环保局(EPA)开发的雨水管理模型(SWMM) 作为全球领先的排水系统模拟工具,凭借其开源、高效、多功能的特点,已成为城市洪涝风险评估、海绵城市设计及排水防涝工程的核心技术手段。

SWMM能够精确模拟降雨径流、管网输移、蓄水处理等全过程,支持单一事件长期连续 的水文水力分析,广泛应用于城市规划、环境工程及科研领域。然而,在实际工程应用中,如何快速构建复杂城市排水模型 、如何实现SWMM与其他专业软件(如ArcGIS、AutoCAD等)的高效数据交互 ,以及如何通过二次开发扩展模型功能,仍是许多从业者面临的挑战。

一、GIS 数据在 SWMM 建模过程中的应用

1、利用CAD、GIS软件及数据实现管段、节点数据的批量处理:管段属性数据的处理、节点的自动生成、节点属性的自动读取。

2、利用GIS软件实现节点、管段拓扑连接关系的建立:管段与节点之间网络关系的自动建立。

3、利用GIS软件实现汇水子区域的自动划分:利用节点的分布特征进行汇水子面积的自动划分。

4、利用GIS软件实现汇水子区域参数的计算与赋值:通过GIS空间分析功能的使用,实现汇水子面积不透水面积比例、平均坡度等属性值的自动计算机赋值。

5、利用GIS软件实现SWMM的快速建模:通过对SWMM模型文件格式的分析,实现SWMM模型文件的快速编辑,从而快速的实现大规模管网模型的建立。

二、SWMM 在城市排水防涝评估中的应用

1、受纳水体边界条件设定及调蓄容积的设置:天然水体水位条件的设置,天然水体调蓄能力的利用效率评估。

2、节点溢流结果分析及溢流节点专题图的制作:利用模拟结果获取节点溢流信息,并通过SWMM模型与GIS的配合绘制溢流节点专题图。

3、管段超载结果分析及瓶颈管段专题图的制作:利用模拟结果获取管段超载信息,并通过SWMM模型与GIS的配合瓶颈管段专题图。

三、SWMM 在海绵城市规划设计中的应用

1、SWMM对LID措施的模拟方法:讲解SWMM中对于生物滞留网格、渗渠、植草沟等典型海绵措施的实现方法。

2、利用SWMM对现状地表进行海绵指标 评估 :在没有海绵设施的情况下,如何利用SWMM评估现状地表的水文特性。

3、利用快速建模方法实现小海绵结构的SWMM建模:实现径流总量控制率及面源污染削减率的计算。

四、SWMM 二次开发方法及应用案例

1、SWMM二次开发基础知识讲解:SWMM源代码编译、接口函数调用、结果文件格式分析及读取方法。

2、SWMM二次开发应用案例:利用二次开发功能实现不同设计方案的模型的批量计算以及不同方案模拟结果的横向比较。

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