基于SWMM的水文参数敏感性分析

陈馨

摘 要：为了提高参数率定效率，有必要对暴雨管理模型参数进行敏感性分析。以重庆交通大学南岸校区为例，建立暴雨管理模型，分析模型参数对径流峰值的敏感性。结果显示：不透水率曼宁系数为敏感参数，不透水区洼蓄量为中等敏感参数，不透水率、透水率曼宁系数、透水区洼蓄量、无洼蓄不透水区所占比例这四个参数均为不敏感参数。

关键词：SWMM；敏感性；水文参数

随着城市建设的迅速发展，城市不透水比例迅速增大，降雨形成的径流也不断增大，市政排污等问题日益显著。利用美国环保署（EPA）暴雨管理模型（SWMM）对暴雨径流进行计算，可以简单便捷的处理城市排涝问题。

但暴雨管理模型的参数率定是不可或缺的[ 1 ]。然而，大多数情况下，模型比较复杂，对参数率定非常困难，有时却是没有必要的，因为，有些参数对模型计算并不敏感[ 2-4 ]。为了提高参数率定效率和提高名称参数的可靠性，有必要对参数的敏感性进行分析。

本文以重庆交通大学为例，建立暴雨管理模型，分析各参数对该模型的敏感性。

1 敏感性分析方法

摩尔斯筛分法运用比较广泛，选择变量x后，随机改变该变量得到xi，运行得到相应目标函数值y（xi），最终，采用影响值Ei判别该变量的敏感性：

张胜杰等[ 5 ]对上述方法进行修正，采用固定变量改变步长的方法，运用如下影响值公式进行敏感性分析：

固定步长的分析方法有利于对多个参数的敏感性进行对比分析，本文采用摩尔斯改进方法进行敏感性分析。

2 模拟方法

2.1 SWMM模型

以重庆交通大学南岸校区为研究对象，根据校园内的地形条件，对重庆交通大学进行集雨面积划分，分为教育超市区、河海学院块、机电学院及基础实验大楼块、第1教学楼及老行政楼块、继续教育学院块、体育场块、交大邮政所块、南塘苑块、图书馆块。

各集雨区域特征参数按照1∶1地图量测得到，下渗模型采用Green-Ampt模型。地下排水管道采用封闭箱型排水管，粗糙系数为0.01。

2.2 模拟方案

针对SWMM中的不渗透性、不渗透性粗糙系数n1、渗透性粗糙系数n2、不渗透性洼地蓄水、渗透性洼地蓄水、无洼地蓄水不渗透性这几个参数进行敏感性分析。假定1小时暴雨雨强如图1所示。

根据固定步长方法，将不渗透性、不渗透性粗糙系数n1、渗透性粗糙系数n2、不渗透性洼地蓄水、渗透性洼地蓄水、无洼地蓄水不渗透性这几个参数取定一个初始值，然后按照增加50%、25%，减小50%、25%的方式取的该参数的改变值。据赵冬泉、张胜杰等[ 5 ]的研究成果，参数取值如表1所示。

针对该参数取值，采用控制变量法进行数值分析。以此类推，得到其余参数的敏感性因子。

3 结果分析

采用峰值径流作为目标值对各个参数进行敏感性分析，结果如表2所示。

4 结论

以重庆交通大学南岸校区为例，对水文参数敏感性进行分析，认为不透水率曼宁系数为敏感参数，不透水区洼蓄量为中等敏感参数，不透水率、透水率曼宁系数、透水区洼蓄量、无洼蓄不透水区所占比例这四个参数均为不敏感参数。但文中仅涉及一种假定的降雨强度，不同降雨强度下可能导致不同结论，有待更深入的研究。

参考文献：

[1] Tsihrintzis V A，Hamid R.Runoff quality prediction fromsmall urban catchments using SWMM[J].HydrologicalProcesses，2008，12（2）：311-329.

[2] Wan B，James W.SWMM calibration using genetic algo-rithms[J].Water Resources Research，2004，35（3）：767-773.

[3] 王磊，周玉文.微粒群多目标优化率定暴雨管理模型（SWMM）研究[J].中国给水排水，2009，25（5）：70-74.

[4] Sieber A，Uhlenbrcok S.Sensitivity analyses of a distrib-uted catchment model to verify the model structure[J]. Journal of Hydrology，2005，310（4）：216-235.

[5] 张胜杰，宫永伟，李俊奇.暴雨管理模型 SWMM 水文参数的敏感性分析案例研究[J].北京建筑工程学院学报，2012，28（1）：45-48.