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美国环境保护局EPA/600/R-17/414|2017年10月|郊区流域上游绿色设施模拟SWMM建模方法：用户指南作者：JoongGwangLee,Ph.D.城市绿色设施工程中心（CUGIE,Inc.）ChristopherT.Nietch,Ph.D.美国环境保护局国家风险管理研究实验室SrinivasPanguluri,P.E.APTIM美国环境保护局国家风险管理研究实验室水系统分部流域管理支部俄亥俄州辛辛那提市26WestMartinLutherKingDrive45268翻译：李树平同济大学环境科学与工程学院上海市四平路1239号（200092）2018年6月ii原著声明本文档信息已经总体或部分由美国环境保护局（EPA）资助。它接受了环保局同事和领导的审查，允许作为EPA文档出版。注意该许可并不是说明其中内容必须站在环保局的角度。提及的商标名称和商业产品不作为使用的背书和建议。注意：本报告是作为美国政府一个部门的工作总结。报告中包含的任何信息、装置、产品或过程的准确性、完整性或用途，美国政府及其任何下属机构，任何工作人员，任何签订合同人员、子合同人员及其工作人员，均没有任何法律责任和义务做出明确或隐含的任何保证，均没有任何法律责任和义务做出明确或隐含的任何假设。其中通过商标名称、商标、厂家等表达的任何专门商业产品、过程或服务的参考，没有形成或意味着美国政府及其下属任何机构，或者任何合同商或子合同商的背书、建议或支持。这里表达的观点或建议没有说明或反映美国政府及其任何机构，或者任何承包商的观点或建议。译者声明本翻译工作得到同济大学教学改革与研究项目资助。对于报告中包含的任何信息、装置、产品或过程的准确性、完整性或用途，同济大学及其下属单位，均没有任何法律责任和义务做出明确或隐含的任何保证，均没有任何法律责任和义务做出明确或隐含的任何假设。其中通过商标名称、商标、厂家等表达的任何专门商业产品、过程或服务的参考，没有形成或意味着同济大学及其下属单位的背书、建议或支持。这里表达的观点或建议没有说明或反映同济大学及其下属机构的观点或建议。iii摘要雨水径流水量和水质对汇水面积属性具有很强的依赖性。模型用于模拟径流特性，但是雨水管理模型的输出取决于汇水面积怎样细分以及怎样表达为空间元素。对于绿色设施（GI）建模，建议了一种离散化方法，将直接连接不渗透面积与总不渗透面积区分开。建议确定渗透缓冲区，它接受坡面上游不渗透面积径流，作为整个渗透面积的独立子集。这种独立（分离）改善了径流过程的模型表达。详细介绍和讨论Lee等人在2017年对该方法性能合理性和示范的研究。将这些准则用于分类控制径流水文特性的重要地表覆盖组件，针对theShaylerCrossing(SHC)流域上游区，说明了将美国环境保护局雨水管理模型（SWMM）用于项目空间离散化的一种方法，该流域上游区位于俄亥俄州辛辛那提市郊区，住宅面积占地100hm2，流域性能被良好监视。模型依赖于城市地表覆盖的高精度空间数据库，雨水管渠特征和地形。该方法包含了来自不同空间组件贡献的径流分布，以及影响GI性能的水流路径。结合整个系统内较一致景观特征的流域上游区，例如SHC，所有子汇水面积利用相同的地表覆盖类型离散化，采用j×k组校核参数，其中j为子汇水面积，k为子汇水面积参数；一个子汇水面积的参数集（即k个参数）可用于所有情况，减少了校核中考虑的模拟参数总数。取决于需要模拟的流域尺寸和景观特征，使子汇水面积分组（例如陡坡与缓坡）成为必要。这带来校核中考虑额外的参数集，但是与每一子汇水面积独立设置参数相比，仍旧限制了参数值的取值域。本报告中概括了模拟小流域尺度内GI情景、需要的空间数据库和SWMM模型设置步骤。将SHC流域上游区作为案例研究，描述了模型设置和执行模拟的过程。给出模拟结果的同时，它们仅仅提供了背景和指南，并未作详细讨论。本报告的主要目的是为对流域尺寸内GI感兴趣的SWMM模型用户提供一个框架，将常用计算机分析软件工具用于配置针对GI情景分析的SWMM模型。本报告分为逐步实现步骤，用户指南，设置SWMM模型的格式，以模拟GI对小型流域降雨径流水文特征的影响。本报告由美国环境保护局发起，由APTIM在合同EP-C-14-012下完成。本报告形成于2017年6月1日至2018年3月31日。iv目录1引言..............................................................................................................................................11.1研究面积概览....................................................................................................................21.2报告目标............................................................................................................................22.数据准备......................................................................................................................................22.1数据收集............................................................................................................................32.1.1空间数据.................................................................................................................32.1.2监视数据.................................................................................................................62.2SWMM建模前研究面积的空间分析................................................................................72.2.1建立用地/地表覆盖层...........................................................................................72.2.2创建设计用地/地表覆盖特征的GIS层..............................................................132.2.3创建缓冲渗透面积（BPA）................................................................................152.3为设置SWMM模型，推导GIS层.................................................................................192.3.1子汇水面积的GIS层...........................................................................................202.3.2雨水管道系统的GIS层——汇接点、管渠和排放口........................................282.3.3雨水控制系统的GIS层——蓄水、孔口和堰....................................................292.3.4创建背景图像.......................................................................................................302.4为单个子汇水面积推导建模参数..................................................................................302.4.1叠加地表覆盖数据和子汇水面积数据层...........................................................302.4.2利用MS-Excel布置空间属性数据......................................................................342.4.3利用MS-Excel中“PivotTable”建立基于组件的空间数据库..........................372.4.4为单个地表组件指定建模参数...........................................................................392.4.5布置MS-Excel工作表，估计单个子汇水面积的建模参数..............................392.4.6SWMM建模的属性数据和额外GIS层...............................................................413模型设置.....................................................................................................................................433.1利用EPASWMM初始化SWMM模型设置..................................................................433.1.1设置空间参考的背景图像...................................................................................443.1.2设置研究面积的降雨数据...................................................................................453.1.3设置模型选项.......................................................................................................473.2利用PCSWMM将处理过的GIS数据导入到SWMM模型..........................................493.2.1导入子汇水面积GIS层.......................................................................................513.2.2导入汇接点的GIS层...............................................