基于SWMM的水文參數(shù)敏感性分析

陳馨

摘 要：為了提高參數(shù)率定效率，有必要對(duì)暴雨管理模型參數(shù)進(jìn)行敏感性分析。以重慶交通大學(xué)南岸校區(qū)為例，建立暴雨管理模型，分析模型參數(shù)對(duì)徑流峰值的敏感性。結(jié)果顯示：不透水率曼寧系數(shù)為敏感參數(shù)，不透水區(qū)洼蓄量為中等敏感參數(shù)，不透水率、透水率曼寧系數(shù)、透水區(qū)洼蓄量、無(wú)洼蓄不透水區(qū)所占比例這四個(gè)參數(shù)均為不敏感參數(shù)。

關(guān)鍵詞：SWMM；敏感性；水文參數(shù)

隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展，城市不透水比例迅速增大，降雨形成的徑流也不斷增大，市政排污等問(wèn)題日益顯著。利用美國(guó)環(huán)保署（EPA）暴雨管理模型（SWMM）對(duì)暴雨徑流進(jìn)行計(jì)算，可以簡(jiǎn)單便捷的處理城市排澇問(wèn)題。

但暴雨管理模型的參數(shù)率定是不可或缺的[ 1 ]。然而，大多數(shù)情況下，模型比較復(fù)雜，對(duì)參數(shù)率定非常困難，有時(shí)卻是沒(méi)有必要的，因?yàn)?，有些參?shù)對(duì)模型計(jì)算并不敏感[ 2-4 ]。為了提高參數(shù)率定效率和提高名稱(chēng)參數(shù)的可靠性，有必要對(duì)參數(shù)的敏感性進(jìn)行分析。

本文以重慶交通大學(xué)為例，建立暴雨管理模型，分析各參數(shù)對(duì)該模型的敏感性。

1 敏感性分析方法

摩爾斯篩分法運(yùn)用比較廣泛，選擇變量x后，隨機(jī)改變?cè)撟兞康玫絰i，運(yùn)行得到相應(yīng)目標(biāo)函數(shù)值y（xi），最終，采用影響值Ei判別該變量的敏感性：

張勝杰等[ 5 ]對(duì)上述方法進(jìn)行修正，采用固定變量改變步長(zhǎng)的方法，運(yùn)用如下影響值公式進(jìn)行敏感性分析：

固定步長(zhǎng)的分析方法有利于對(duì)多個(gè)參數(shù)的敏感性進(jìn)行對(duì)比分析，本文采用摩爾斯改進(jìn)方法進(jìn)行敏感性分析。

2 模擬方法

2.1 SWMM模型

以重慶交通大學(xué)南岸校區(qū)為研究對(duì)象，根據(jù)校園內(nèi)的地形條件，對(duì)重慶交通大學(xué)進(jìn)行集雨面積劃分，分為教育超市區(qū)、河海學(xué)院塊、機(jī)電學(xué)院及基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)大樓塊、第1教學(xué)樓及老行政樓塊、繼續(xù)教育學(xué)院塊、體育場(chǎng)塊、交大郵政所塊、南塘苑塊、圖書(shū)館塊。

各集雨區(qū)域特征參數(shù)按照1∶1地圖量測(cè)得到，下滲模型采用Green-Ampt模型。地下排水管道采用封閉箱型排水管，粗糙系數(shù)為0.01。

2.2 模擬方案

針對(duì)SWMM中的不滲透性、不滲透性粗糙系數(shù)n1、滲透性粗糙系數(shù)n2、不滲透性洼地蓄水、滲透性洼地蓄水、無(wú)洼地蓄水不滲透性這幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析。假定1小時(shí)暴雨雨強(qiáng)如圖1所示。

根據(jù)固定步長(zhǎng)方法，將不滲透性、不滲透性粗糙系數(shù)n1、滲透性粗糙系數(shù)n2、不滲透性洼地蓄水、滲透性洼地蓄水、無(wú)洼地蓄水不滲透性這幾個(gè)參數(shù)取定一個(gè)初始值，然后按照增加50%、25%，減小50%、25%的方式取的該參數(shù)的改變值。據(jù)趙冬泉、張勝杰等[ 5 ]的研究成果，參數(shù)取值如表1所示。

針對(duì)該參數(shù)取值，采用控制變量法進(jìn)行數(shù)值分析。以此類(lèi)推，得到其余參數(shù)的敏感性因子。

3 結(jié)果分析

采用峰值徑流作為目標(biāo)值對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，結(jié)果如表2所示。

4 結(jié)論

以重慶交通大學(xué)南岸校區(qū)為例，對(duì)水文參數(shù)敏感性進(jìn)行分析，認(rèn)為不透水率曼寧系數(shù)為敏感參數(shù)，不透水區(qū)洼蓄量為中等敏感參數(shù)，不透水率、透水率曼寧系數(shù)、透水區(qū)洼蓄量、無(wú)洼蓄不透水區(qū)所占比例這四個(gè)參數(shù)均為不敏感參數(shù)。但文中僅涉及一種假定的降雨強(qiáng)度，不同降雨強(qiáng)度下可能導(dǎo)致不同結(jié)論，有待更深入的研究。

參考文獻(xiàn)：

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