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摘 要

论文作者签名：＿＿＿＿＿导师签名：＿＿＿＿日期：＿＿＿＿

小范围降雨径流模拟

21413106 李梦婷

指导教师 耿艳芬

摘要

在全球变暖及高强度人类活动的双重作用下，全球范围内暴雨发生的可能性显著提高。降雨时空分布不均，引发了城市区域性洪涝灾害，加大了水资源供需之间的矛盾。

在极端降雨条件下，城市内涝频繁发生。本文立足于降雨径流引发洪涝灾害这一事实，以南京市秦淮区典型小流域作为研究区域，针对城市小范围暴雨行洪特性，联系实际情况，在相关理论知识的基础上，应用暴雨雨水管理模型（SWMM）建立研究区域水文模拟模型，模拟了秦淮区降雨径流过程。应用模型对短历时不同重现期下降雨径流过程进行模拟，获得模拟结果，对不同降雨强度下水文过程进行分析。对影响模拟结果的参数分类，并在短历时不同重现期下应用控制变量法对参数进行敏感度分析，确定出对结果影响最显著的因素。主要研究结论如下：

1、降雨径流过程的结果表明：降雨强度越大，径流系数越大，汇水区对降雨响应越快。

2、参数敏感度分析结果表明：随着降雨强度的增加，影响排放口洪峰流量的参数越来越少，汇水区参数影响越轻微，且管道粗糙率影响最为显著。

关键词：降雨径流、敏感度分析、SWMM模型、水文模拟

Simulation of small - scale rainfall runoff

21413106 Li Mengting

Supervised by Geng Yanfen

Abstract

Under the dual effects of global warming and high-intensity human activities, the incidence of severe rainstorms has increased significantly worldwide. Rainfall spatial and temporal distribution is uneven, leading to the occurrence of urban flood disaster, exacerbated the contradiction between water supply and demand.

Under the extreme rainfall conditions, urban floods occur frequently. Based on the fact that rainfall runoff caused floods, this study takes the typical small watershed in Qinhuai area of Nanjing as a research area. According to the characteristics of urban small watershed precipitation, combined with the current situation of research area, and the relevant knowledge of hydrology, a numerical simulation model was established by using the Storm Water Management Model (SWMM) to simulate the rainfall runoff process in small watershed. The model is used to simulate the rainfall runoff process in different time periods, and the simulation results are obtained. The hydrological processes under different rainfall intensity are analyzed. The parameters that influence the simulation results are classified and the sensitivity of the parameters is analyzed by using the control variable method under different periods of short duration to determine the most significant parameters affecting the runoff simulation results. The main conclusions are as follows:

The results of rainfall runoff show that the larger the rainfall intensity is, the larger the runoff coefficient is and the faster the catchment response to rainfall is.

The results of parameter sensitivity analysis show that the larger the rainfall intensity is, the less the parameters that affect the peak flow of the outlet are, and the roughness of the pipeline is the most significant.

Key words：Rainfall runoff; sensitivity analysis; SWMM model; hydrological simulation

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究目的和意义 1

1.3 国内外研究现状 2

1.3.1 国外研究现状 2

1.3.2 国内研究现状 3

1.4 研究内容和技术路线 3

1.4.1 研究内容 3

1.4.2 技术路线 4

第二章 研究区域 6

2.1 研究区域概况 6

2.1.1 自然地理条件 6

2.1.2 地质条件 7

2.1.3 气候条件 7

2.1.4 河流水系条件 8

2.1.5 经济社会条件 8

2.1.6 研究区土地利用情况 8

2.2 资料收集 9

第三章 基础理论 10

3.1 地表径流水文模型简介 10

3.2 地表径流水文模型选择 11

3.3 SWMM模型简介 11

3.3.1 SWMM模型基本介绍 11

3.3.2 SWMM研究对象 11

3.4 SWMM模型模拟原理 15

3.4.1 水文过程模拟原理 16

3.4.2 水力过程模拟原理 18

第四章 模型构建 19

4.1 降雨数据 19

4.1.1 长历时降雨统计 19

4.1.2 短历时降雨设计 19

4.2 模型建立 20

4.2.1 排水系统概化 20

4.2.2 参数设置 21

第五章 模拟结果及分析 29

5.1 降雨径流模拟结果 29

5.1.1 降水过程分析 29

5.1.2 连续性误差分析 31

5.1.3 汇水区及管道分析 32

5.2 参数敏感性分析 35

第六章 结语 40

致 谢 41

参考文献 42

绪论

研究背景

水资源一直都是保障人类生存和发展的基本条件，也是自然界必不能缺的限制性因素之一，是人类社会经济发展和进步过程中的重要资源^[1]。近年来，随着城市化的开展，城市规模、人口密度、经济密集程度都在增加。我国水资源供应和需求间的矛盾越来越明显，毫无疑问影响了人类的发展^[2]。

随着全球变暖和局部高强度人类活动的增加，全球范围内暴雨发生概率出现了显著增加的趋势。根据近50多年的大量观测事实，可以得出这样的结论：随着短历时暴雨强度的增加，城市暴雨日数也在不断增加。根据日本气象厅对1460个雨量观测站1982~2013年逐小时降雨量资料的分析，可以发现：1982~2002年序列与2003~2013年序列相比，降水大于200mm的降水日数增加了50%，且降水大于400mm的降水日数增加了100%。暴雨产生频率明显增加，城市化加剧，涌现出水文畸形效应，致使城市内涝频繁出现，“城市看海”“城市泛舟”现象频频发生。

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