浅谈SWMM模型在城市排水管网改造中的应用

浅谈SWMM模型在城市排水管网改造中的应用本文以北方某城市排水（雨水）防涝综合规划为例，讨论了SWMM模型在城市排水管网改造中的应用情况，案例以现状排水管网为基础，用SWMM模型模拟了不同暴雨强度下，道路积水情况，分析产生积水的主要原因及改造措施，为管网改造提供科学依据。标签：城市排水防涝；SWMM；雨污合流；低影响开发城市排水防涝系统是现代城市的重要基础设施，它对于确保人民生命财产安全、维持城市安全运行和改善水环境具有重要意义。然而，异常气候导致短历时、强降雨频发；下垫面条件的改变使得同频率暴雨下产流量增大；此外，水流逆坡、下游出口不明确、部分道路竖向规划不合理等现场导致部分路面大范围积水，同时由于缺乏与园林景观专业之间的相互协调，致使本可作为雨水滞、渗、调、蓄设施的天然绿地没能发挥其应有的作用，造成城市内涝积水，影响城市安全运行，对城市排水防涝系统提出了严峻挑战。本文以北方某城市排水防澇综合规划为例，阐述了SWMM在城市排水管网改造中的具体应用。1、模型概述SWMM由美国环保署（UnitedStatesEnvironmentalProtectionAgency，简称USEPA）在20世纪70年代开发，是最广泛应用于城市排水系统管理的模型之一。SWMM对雨水管、合流制管道、自然排放系统都可以进行水量、水质的模拟，包括地表径流、排水管网输送、贮水处理及与受纳水体的相互影响等过程，可广泛应用于各级城市排水系统的模拟。2、模拟过程2.1降雨规律分析与下垫面解析2.1.1设计雨型选取目前，雨型主要包括市政雨型和水文雨型。水文雨型最小时间间隔为1小时，雨型一般为24小时，主要用来模拟长系列、大流域的降雨。市政雨水最小时间间隔为5分钟，雨型一般为2小时，主要用来模拟短历时暴雨。由于造成城市内涝的多为短时强降雨，暴雨时间约为1至2小时，因此选择市政雨型进行内涝风险评估。（1）雨型选择目前国内外普遍采用的设计暴雨方法有芝加哥暴雨过程线法、PilgrimandCordery和Huff法等。其中，芝加哥法可由暴雨强度公示推求，方法简单可靠，国内外使用较多，且芝加哥法降雨雨型有较高的峰值，有利于检验城市排水防涝系统在最不利的短时强降雨下的负荷和风险，而且近年来各地短时强降雨频发，因此通过芝加哥暴雨过程线求得设计暴雨的时程分配。（2）雨峰系数选择雨峰系数r（015cm，积水历时超过2小时的路段，并与历史调查情况进行比较，结果显示：历史调查发现22条易积水路段，管网模型模拟发现22条易积水路段，其中重合18条，结果证明模拟结果可靠。总之，通过旱天污水厂进水量、主要泵站不同降雨情境下的排水量以及与历史易积水点的比较，均证明模拟结果可靠，可用于城市甲现状排水能力、内涝风险的评估和规划情景分析。3、现状排水系统评估参照《城市排水（雨水）防涝综合规划编制大纲》要求：即发生城市雨水管网设计标准以内的降雨时，每条道路至少有一条车道的积水深度不超过15cm，积水时间不超过0.5h，因此，模型分别对1-5年不同重现期下积水时间大于0.5h的积水点进行统计，分析各管段在现状管网及泵站条件下的排水能力。根据管网模型现状排水能力评估，设计重现期小于等于1年的管长达74.85km，积水概率高达52.6%，因此设计标准偏低是城市內涝的首要原因；其次，通过内涝风险与径流系数分布，可以看出，城市化进程加快导致径流系数增加是城市内涝的重要因素之一；此外，部分高风险积水点处在较低径流系数区域或周边，说明不透水率并不是造成城区内涝的唯一原因，汇水区域面积过大、下游主干管网高负荷运行是造成内涝的另一主要原因。小结：通过对现状排水管网系统的模拟评估，得出以下结论：（1）在现有管网系统和泵站控制条件下，有44%的管道重现期小于1年一遇，部分截污干管设计重现期偏低是造成下游雨水难以及时排出的原因，因此在后期管网改造或规划建设过程中，建议对管网系统进行系统分析、科学改造；（2）大部易涝点或内涝高风险区径流系数在0.6以上，建议对附近城市公园、广场和道路绿地等进行低影响开发改造，减少径流排放量；对于涉及绿地率指标要求的建设工程，如公共建筑周边绿地与小区绿地、广场绿地等至少应有25%作为用于滞留雨水的下凹式绿地；配合景观设计，绿地面积的5%作为雨水花园；（3）径流系数的主要影响因素为覆盖种类的透水性，除此之外，还和降雨历时、暴雨强度、暴雨雨型有关，后三者人为无法人为控制，可见覆盖种类的透水性是进行源头控制的主要切入点，因此建议，在建设用地的规划审批方面应严格把控。总之，城市地表、排水管网、泵站和水系组成了完整的城市排水防涝系统，结构复杂，各种因素相互作用，无论是管网的设计、改造都可以应用模型对排水系统进行全过程的模拟，为城市排水系统规划、改造进行提供技术支持。参考文献：[1]张大伟.芝加哥降雨过程线模型在排水系统模拟中的应用[J].给水排水，2008.[2]赵冬泉.SWMM模型在城市雨水排除系统分析中的应用[J].给水排水，2009.[3]赵冬泉.基于GIS构建SWMM城市排水管网模型[J].中国给水排水，2008.[4]吴正平.SWMM模型在雨水管网规划设计中的应用[J].天津大学，2013.[5]赵国翰.基于低影响开发的城市排水系统改造研究[D].西南交通大学，2015.[6]沈玉超.基于SWMM的海绵城市防洪排涝效果评估[D].大连理工大学，2016.[7]符锐.SW