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连续人工降雨模拟的注意事项

2019-4-16 10:26:55      点击:

连续人工降雨模拟的注意事项

连续降雨模拟指的是用1年,10年,甚至30年长期连续的降雨数据对区域排水系统进行模拟评估的模拟方法。历史降雨数据反映的是长期的气候特征,对区域排水系统的评价更为真实客观。那么长期连续模拟与长\短历时设计降雨的模拟有什么异同?在进行长历时连续模拟时的注意事项有哪些?

 

我们在进行管网排水能力评估时通常采用短历时设计降雨,在进行区域内涝风险评估的时候采用的是长历时设计降雨。

设计降雨是对大量实测降雨分析后人为提出的综合反映当地降雨特征的单场降雨的雨型,降雨历时一般不超过24h

设计降雨具有突发性和高强度的特征,能代表最不利降雨条件,因此用于可用于评估排水系统的排水能力是否满足要求。而在海绵城市建设中,区域的雨水年径流总量控制效果,或雨水调蓄设施对径流雨水的控制效果,是长期连续降雨条件下的平均值,需要进行长期连续模拟。

长期的连续降雨由连续的降雨事件按照时间顺序串联而成,不同于单场独立的降雨,它能同时对不同历时、不同强度的降雨进行模拟,最重要的是它能综合考量许多初始条件的变化对模拟结果的影响,包括土壤下渗能力的初始条件,雨水调蓄设施的初始水位等。例如,当两场降雨的时间间隔较接近,第二场降雨开始前,第一场降雨汇入雨水调蓄设施的径流量还未排空,这在一定程度上压缩了调蓄空间,使得调蓄设施更易发生溢流。

在进行长期连续降雨模拟时需要考虑的因素包括:

01降雨精度

降雨精度对模拟结果的影响主要体现在雨强上。假设采用日降雨数据进行模拟,一般情况下,模型默认对精度范围内的雨强取平均值,若某一日降雨量为240mm,则该日每一时间步长下的雨强均为10mm/h。但实际上一日内的降雨强度是随时间变化的,最大雨强可能远远高于10mm/h。因此精度越高的降雨数据越能反映真实的排水效果。但高精度的降雨数据需要花费更长的模拟时间,推荐长期连续模拟采用精度为1小时的降雨数据。

02蒸发

蒸发对单场降雨的模拟影响较小,一般可忽略不计,但在长期连续模拟时,蒸发就是不得不考虑的因素了。

在介绍产流模型时曾提到,产流量是降雨量扣除蒸发量、下渗量、洼蓄量后的剩余量,这里的“蒸发量”和“洼蓄量”均与蒸发有关。

短期来看,蒸发量比起降雨量和洼蓄量来说可能微不足道,但长期来看其对降雨量的损耗量也相当可观。

长期连续降雨中,洼蓄量是需要重点考虑的对象,它一般为5-15mm。场地的洼蓄能力可通过蒸发恢复,若不考虑蒸发,到了第二场降雨时场地将不存在洼蓄量,因为它已经被第一场降雨填满,蒸发使得场地具有了恢复洼蓄量的能力。此外蒸发也能加速雨水设施内滞留雨水的排空。

在使用Mike Urban时,我也曾疑虑T-A径流模型不能进行长期连续降雨的模拟,主要原因就是考虑到洼蓄量的恢复问题。实际上T-A模型(不考虑RDI)是可以模拟长历时,但需要借助一个参数recovery rate,该参数可以恢复降雨初损值,默认值为0.05mm/h,可在“DHIAPP.INIfile”中修改。

03土壤下渗能力

降雨时,随着土壤的含水量不断增加,土壤的下渗能力是逐渐降低的。雨停时刻至下场降雨开始之前土壤下渗能力也存在一个恢复的过程。霍顿下渗模型就利用指数函数在无雨时期恢复土壤的下渗能力。长期连续模拟也需要充分考虑下渗相关参数的设定。

来源:雨洪模型思维