基于SWMM的城區(qū)雨洪模型模擬研究

王艷珍++王曉松

摘 要：為研究城市區(qū)域的雨洪規(guī)律以及城區(qū)下墊面透水面積的增加對(duì)于雨洪過(guò)程的影響，指導(dǎo)城市區(qū)域的防洪排澇工作，以山西省孝義市城北區(qū)為例，SWMM為工具，經(jīng)過(guò)子匯水區(qū)的劃分、管網(wǎng)概化、參數(shù)選擇等過(guò)程建立了研究區(qū)的雨洪模擬模型，并利用該模型模擬了重現(xiàn)期為1、3、5、10a以及研究區(qū)下墊面不透水率分別為70%、60%、50%時(shí)的雨洪過(guò)程。結(jié)果顯示：隨著重現(xiàn)期的增加，城區(qū)雨洪徑流峰值明顯增加，但增幅逐漸減小；當(dāng)下墊面透水面積逐漸增加時(shí)，徑流峰值逐漸減小，但隨著重現(xiàn)期的增大，其增幅減小。表明增加城區(qū)下墊面透水面積比率對(duì)于改善城市雨洪過(guò)程具有一定的效果。

關(guān)鍵詞：SWMM模型 降雨重現(xiàn)期 下墊面透水率 城區(qū)雨洪分析

中圖分類號(hào)：P333.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）01（c）-0010-04

Abstract：In order to study the process of urban storm-flood and how the urban storm-flood process changes and do some efforts to urban flood control work the storm water model for north part of Xiaoyi city in Shanxi province was established after finishing the dividing of subarea， conceptualization of the conduit system and the choice of the parameters. With the help of this model a simulation on the process of the storm water-flood of different rainfalls with return period of 1，3，5，7 and different impervious area including the percentage of 70%，60%，50%. It shows when the rainfall with a bigger return period happens the peak flow increases， but the increasing range decreases. And the peak flow reduces with the increasing of the previous area， but the range of the reduction of the discharge flow is smaller when the rainfall happens with a bigger return period. These results tell that the practice of increasing the previous area is useful in relieving storm waterlogging.

Key words：SWMM Model return period of rainfall percentage of the previous area urban storm-flood analysis

利用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)城市暴雨洪水過(guò)程進(jìn)行模擬是城市地區(qū)防洪減災(zāi)系統(tǒng)工作的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合城市地區(qū)的產(chǎn)匯流特性建立相應(yīng)的城市雨洪模型可為解決城市地區(qū)的洪澇問(wèn)題、雨水資源利用以及面源污染等問(wèn)題提供一定的技術(shù)支持。該文以SWMM（storm water management model，暴雨洪水管理模型）為基礎(chǔ)，建立了山西省孝義市城北區(qū)域的城市雨洪模擬模型，并針對(duì)不同重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)暴雨和不同的下墊面條件下典型的情景進(jìn)行模擬計(jì)算，分析研究區(qū)的雨洪特點(diǎn)、規(guī)律以及提高下墊面的透水面積的比例對(duì)雨洪過(guò)程的影響，為研究區(qū)的防洪排澇工作提供一定的技術(shù)支持。

1 SWMM模型介紹

美國(guó)環(huán)保署開(kāi)發(fā)的SWMM模型作為一個(gè)動(dòng)態(tài)的降雨-徑流模型，可以模擬城市地區(qū)單場(chǎng)降雨或連續(xù)降雨的水量及水質(zhì)情況。該模型主要通過(guò)大氣模塊、地表模塊、地下水模塊和運(yùn)移模塊模擬水流和污染物在排水系統(tǒng)中的輸移情況[1]。

SWMM作為一個(gè)通用性較好的數(shù)值模擬模型，可對(duì)城區(qū)與產(chǎn)匯流相關(guān)的一些水文過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，主要包括時(shí)變降雨量、地表的水蒸發(fā)、洼地蓄留以及利用非線性水庫(kù)法進(jìn)行坡面匯流計(jì)算；此外，SWMM還可對(duì)包括管網(wǎng)匯流過(guò)程在內(nèi)的水力計(jì)算模型。自SWMM問(wèn)世以來(lái)，被全世界廣泛應(yīng)用于城市排水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和雨洪管理的研究中。

2 研究區(qū)域模型構(gòu)建

2.1 研究區(qū)下墊面概化

研究區(qū)域位于山西省孝義市開(kāi)發(fā)區(qū)的城北區(qū)域，總面積為1786.86 hm2，該區(qū)域地勢(shì)西高東低，根據(jù)研究區(qū)地形圖，計(jì)算得研究區(qū)的整體坡度約為0.6%。用地類型包括居住用地、公園綠地、工業(yè)用地、市政設(shè)施用地、發(fā)展備用地、停車場(chǎng)以及道路廣場(chǎng)等，土地利用比較復(fù)雜，不透水面積約占總面積的70%。研究區(qū)多年平均降雨量為490.9 mm，年內(nèi)季節(jié)差異較大，全年降雨量的61%集中在夏季，春秋季節(jié)約占25%，冬季降雨量比例不足3%。研究區(qū)排水管網(wǎng)為雨污合流制。根據(jù)研究區(qū)域的用地類型圖、衛(wèi)星影像圖以及管網(wǎng)現(xiàn)狀圖等基本資料，按照SWMM模型的設(shè)置要求，進(jìn)行下墊面的概化，包括子匯水區(qū)的劃分和管網(wǎng)概化。

根據(jù)地形情況，以街區(qū)和道路為基本單位劃分子匯水區(qū)，根據(jù)管網(wǎng)現(xiàn)狀資料進(jìn)行管網(wǎng)系統(tǒng)概化。共劃分子匯水區(qū)356個(gè)、排水管道100條，節(jié)點(diǎn)98個(gè)，排水口1個(gè)。

2.2 模型參數(shù)設(shè)置endprint