淺談SWMM模型在城市排水管網(wǎng)改造中的應(yīng)用

淺談SWMM模型在城市排水管網(wǎng)改造中的應(yīng)用本文以北方某城市排水（雨水）防澇綜合規(guī)劃為例，討論了SWMM模型在城市排水管網(wǎng)改造中的應(yīng)用情況，案例以現(xiàn)狀排水管網(wǎng)為基礎(chǔ)，用SWMM模型模擬了不同暴雨強(qiáng)度下，道路積水情況，分析產(chǎn)生積水的主要原因及改造措施，為管網(wǎng)改造提供科學(xué)依據(jù)。標(biāo)簽：城市排水防澇；SWMM；雨污合流；低影響開發(fā)城市排水防澇系統(tǒng)是現(xiàn)代城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，它對于確保人民生命財(cái)產(chǎn)安全、維持城市安全運(yùn)行和改善水環(huán)境具有重要意義。然而，異常氣候?qū)е露虤v時(shí)、強(qiáng)降雨頻發(fā)；下墊面條件的改變使得同頻率暴雨下產(chǎn)流量增大；此外，水流逆坡、下游出口不明確、部分道路豎向規(guī)劃不合理等現(xiàn)場導(dǎo)致部分路面大范圍積水，同時(shí)由于缺乏與園林景觀專業(yè)之間的相互協(xié)調(diào)，致使本可作為雨水滯、滲、調(diào)、蓄設(shè)施的天然綠地沒能發(fā)揮其應(yīng)有的作用，造成城市內(nèi)澇積水，影響城市安全運(yùn)行，對城市排水防澇系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。本文以北方某城市排水防澇綜合規(guī)劃為例，闡述了SWMM在城市排水管網(wǎng)改造中的具體應(yīng)用。1、模型概述SWMM由美國環(huán)保署（UnitedStatesEnvironmentalProtectionAgency，簡稱USEPA）在20世紀(jì)70年代開發(fā)，是最廣泛應(yīng)用于城市排水系統(tǒng)管理的模型之一。SWMM對雨水管、合流制管道、自然排放系統(tǒng)都可以進(jìn)行水量、水質(zhì)的模擬，包括地表徑流、排水管網(wǎng)輸送、貯水處理及與受納水體的相互影響等過程，可廣泛應(yīng)用于各級城市排水系統(tǒng)的模擬。2、模擬過程2.1降雨規(guī)律分析與下墊面解析2.1.1設(shè)計(jì)雨型選取目前，雨型主要包括市政雨型和水文雨型。水文雨型最小時(shí)間間隔為1小時(shí)，雨型一般為24小時(shí)，主要用來模擬長系列、大流域的降雨。市政雨水最小時(shí)間間隔為5分鐘，雨型一般為2小時(shí)，主要用來模擬短歷時(shí)暴雨。由于造成城市內(nèi)澇的多為短時(shí)強(qiáng)降雨，暴雨時(shí)間約為1至2小時(shí)，因此選擇市政雨型進(jìn)行內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評估。（1）雨型選擇目前國內(nèi)外普遍采用的設(shè)計(jì)暴雨方法有芝加哥暴雨過程線法、PilgrimandCordery和Huff法等。其中，芝加哥法可由暴雨強(qiáng)度公示推求，方法簡單可靠，國內(nèi)外使用較多，且芝加哥法降雨雨型有較高的峰值，有利于檢驗(yàn)城市排水防澇系統(tǒng)在最不利的短時(shí)強(qiáng)降雨下的負(fù)荷和風(fēng)險(xiǎn)，而且近年來各地短時(shí)強(qiáng)降雨頻發(fā)，因此通過芝加哥暴雨過程線求得設(shè)計(jì)暴雨的時(shí)程分配。（2）雨峰系數(shù)選擇雨峰系數(shù)r（015cm，積水歷時(shí)超過2小時(shí)的路段，并與歷史調(diào)查情況進(jìn)行比較，結(jié)果顯示：歷史調(diào)查發(fā)現(xiàn)22條易積水路段，管網(wǎng)模型模擬發(fā)現(xiàn)22條易積水路段，其中重合18條，結(jié)果證明模擬結(jié)果可靠。總之，通過旱天污水廠進(jìn)水量、主要泵站不同降雨情境下的排水量以及與歷史易積水點(diǎn)的比較，均證明模擬結(jié)果可靠，可用于城市甲現(xiàn)狀排水能力、內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的評估和規(guī)劃情景分析。3、現(xiàn)狀排水系統(tǒng)評估參照《城市排水（雨水）防澇綜合規(guī)劃編制大綱》要求：即發(fā)生城市雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)的降雨時(shí)，每條道路至少有一條車道的積水深度不超過15cm，積水時(shí)間不超過0.5h，因此，模型分別對1-5年不同重現(xiàn)期下積水時(shí)間大于0.5h的積水點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析各管段在現(xiàn)狀管網(wǎng)及泵站條件下的排水能力。根據(jù)管網(wǎng)模型現(xiàn)狀排水能力評估，設(shè)計(jì)重現(xiàn)期小于等于1年的管長達(dá)74.85km，積水概率高達(dá)52.6%，因此設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低是城市內(nèi)澇的首要原因；其次，通過內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)與徑流系數(shù)分布，可以看出，城市化進(jìn)程加快導(dǎo)致徑流系數(shù)增加是城市內(nèi)澇的重要因素之一；此外，部分高風(fēng)險(xiǎn)積水點(diǎn)處在較低徑流系數(shù)區(qū)域或周邊，說明不透水率并不是造成城區(qū)內(nèi)澇的唯一原因，匯水區(qū)域面積過大、下游主干管網(wǎng)高負(fù)荷運(yùn)行是造成內(nèi)澇的另一主要原因。小結(jié)：通過對現(xiàn)狀排水管網(wǎng)系統(tǒng)的模擬評估，得出以下結(jié)論：（1）在現(xiàn)有管網(wǎng)系統(tǒng)和泵站控制條件下，有44%的管道重現(xiàn)期小于1年一遇，部分截污干管設(shè)計(jì)重現(xiàn)期偏低是造成下游雨水難以及時(shí)排出的原因，因此在后期管網(wǎng)改造或規(guī)劃建設(shè)過程中，建議對管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析、科學(xué)改造；（2）大部易澇點(diǎn)或內(nèi)澇高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)徑流系數(shù)在0.6以上，建議對附近城市公園、廣場和道路綠地等進(jìn)行低影響開發(fā)改造，減少徑流排放量；對于涉及綠地率指標(biāo)要求的建設(shè)工程，如公共建筑周邊綠地與小區(qū)綠地、廣場綠地等至少應(yīng)有25%作為用于滯留雨水的下凹式綠地；配合景觀設(shè)計(jì)，綠地面積的5%作為雨水花園；（3）徑流系數(shù)的主要影響因素為覆蓋種類的透水性，除此之外，還和降雨歷時(shí)、暴雨強(qiáng)度、暴雨雨型有關(guān)，后三者人為無法人為控制，可見覆蓋種類的透水性是進(jìn)行源頭控制的主要切入點(diǎn)，因此建議，在建設(shè)用地的規(guī)劃審批方面應(yīng)嚴(yán)格把控?？傊?，城市地表、排水管網(wǎng)、泵站和水系組成了完整的城市排水防澇系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種因素相互作用，無論是管網(wǎng)的設(shè)計(jì)、改造都可以應(yīng)用模型對排水系統(tǒng)進(jìn)行全過程的模擬，為城市排水系統(tǒng)規(guī)劃、改造進(jìn)行提供技術(shù)支持。參考文獻(xiàn)：[1]張大偉.芝加哥降雨過程線模型在排水系統(tǒng)模擬中的應(yīng)用[J].給水排水，2008.[2]趙冬泉.SWMM模型在城市雨水排除系統(tǒng)分析中的應(yīng)用[J].給水排水，2009.[3]趙冬泉.基于GIS構(gòu)建SWMM城市排水管網(wǎng)模型[J].中國給水排水，2008.[4]吳正平.SWMM模型在雨水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].天津大學(xué)，2013.[5]趙國翰.基于低影響開發(fā)的城市排水系統(tǒng)改造研究[D].西南交通大學(xué)，2015.[6]沈玉超.基于SWMM的海綿城市防洪排澇效果評估[D].大連理工大學(xué)，2016.[7]符銳.SW