某居住小區水量的SWMM模擬

楊毅

（四川大學 建筑與環境學院，四川 成都 610065）

某居住小區水量的SWMM模擬

楊毅

（四川大學 建筑與環境學院，四川 成都 610065）

以成都市某已建的居住小區為例，運用SWMM模型模擬研究低影響開發措施對水量的控制效果。結果表明，當降雨強度分別為2、5、10年一遇時，洪峰削減百分比分別為75.4%、61.4%、46.2%，徑流總量削減率分別為72.5%、58.7%、47.9%，隨著降雨強度增大，削減效果逐漸減弱，對低強度降雨的峰現時間有明顯的延遲效應，對高強度降雨也能起到較好的雨水遲滯作用。

低影響開發；居住小區；SWMM；水量模擬

近年來，我國城市化進程不斷加快，使城區及其附近區域的自然生態系統發生顯著改變，硬質路面的比例不斷增大，從而引起城市在降雨后徑流產生的速度加快，峰值流量增大，峰值提前等現象，形成雨島效應，給城市排洪泄洪帶來很大的壓力，因此研究降雨徑流對城市防澇具有一定的意義。暴雨管理模型（SWMM）是動態的降雨徑流模擬模型，能對徑流水量水質進行單獨或者連續模擬，其廣泛應用于城市排水管網、內澇控制系統設計等領域。目前國內相關研究主要集中在基于低影響開發技術（LID）的理念方面，對LID系統的水量水質控制效果模擬較少。文章針對研究區域的地形氣候條件構建SWMM模型，在不同強度降雨條件下，模擬低影響開發設施對水量的控制效果，以期為我國城市防災減災提供一定的理論基礎。

1 研究模型的建立

（1）研究區域概化。選取成都某小區為研究對象，該小區總占地面積為177000m2，總建筑面積為79650m2。小區主要含5類下墊面，分別為建筑屋頂、混凝土道路、碎石路面、非鋪砌路面和綠地，不透水區域主要為建筑屋頂和小區內硬化道路。排水采用雨污分流，結合區域管網、地形、地貌等資料，將其概化成65個子匯水區域、雨水管段23條、檢查井節點32個、末端排放口9個。研究區域模型界面如圖1所示。

圖1 研究區域模型界面

（2）低影響開發措施系統設計方案。根據研究區域的地理特性，選擇4種低影響開發（LID）技術：綠色屋頂、透水鋪裝、下沉式綠地、生物滯留網格，將其和傳統的排水管網結合。根據研究目的，低影響開發措施系統中各個設施之間采用緊密連接和單獨排放方式。在傳統設計方案中研究區域不透水面積達到74%，沒有應用雨水控制技術，對傳統設計方案進行改造后，添加4種LID措施，方案中綠色屋頂、透水鋪裝、下沉式綠地、生物滯留網格的面積分別為35400m2、21240m2、36816m2、8850m2；綠色屋頂的基質厚度為0.5m，下沉式綠地、透水鋪裝和生物滯留網格的下凹深度分別為0.2、0.06和0.3m。

（3）模型參數設置。水文模塊包括地表匯流模型和地表產流模型。參考模型用戶手冊的推薦值及相關文獻，地表匯流模型采用非線性水庫模型，基本參數初步確定如下：不滲透性粗糙系數N值取為0.01、滲透性粗糙系數N值取為0.4、滲透洼地蓄水為6mm、不滲透洼地蓄水為 2mm、沒有洼地蓄水的不滲透面積百分比為25%、坡度根據地形圖取0.3%。地表產流模型選用Horton入滲模型來模擬研究區域的產流入滲過程，最大滲入速率為60mm/h，最小滲入速率為3mm/h，衰減常數為3h-1。

（4）設計暴雨的計算。在市政雨水管渠設計中，若選擇降雨強度最大的雨作為設計標準，雖設計簡單但不能綜合反映區域的典型降雨特征；若應用均勻雨型，計算結果常常偏小，尤其對產流和匯流均具有放大效應的城市化地區。本研究采用芝加哥暴雨過程線模擬合成降雨情景，該方法是基于暴雨強度公式和雨峰系數的非恒定降雨情景合成方法，且雨峰部分與歷時無關，洪峰不受歷時影響。根據研究資料，不同地區雨峰的相對位置（r）相差不大，本研究采用的r值為0.4，本次典型降雨設計歷時取120min，時間間隔為1min，其余參數參照成都市暴雨強度公式。研究區域2年一遇、5年一遇、10年一遇典型降雨的總降雨量分別為58.061、71.533、81.141mm，設計降雨分別為80.529、99.261、112.622L/s·ha，峰值雨強分別為115.466、130.127、137.527mm/h，假設降雨時段均勻，每5min為一個時段，降雨強度在每5min內相同，而在各個5min之間不同，以5min時段瞬時雨強的平均值作為5min時段的雨強，典型過程降雨線如圖2所示。

圖2 典型降雨過程線

2 結果與討論

分別以研究區域2年一遇、5年一遇、10年一遇的2h典型設計降雨作為SWMM模型的水量邊界條件，對未加入LID措施的傳統方案和加入LID措施后的方案進行模擬，結果如表1所示。由表1可知，加入LID措施過后的徑流總量和峰值流量均低于傳統方案，雨洪控制效果明顯，相比傳統方案，加入LID措施后的方案在P=2年、P=5年、P=10年的洪峰削減百分比分別為75.4%、61.4%、46.2%，徑流總量削減率分別為72.5%、58.7%、47.9%，可見隨著降雨強度增大雨洪控制作用逐漸減弱。由表1可見，隨著重現期取值的增大，峰現時間逐漸提前，LID方案對P=2年時具有明顯的延遲效果，隨著降雨強度的增大，效果逐漸變弱，但相較于傳統設計方案在相同降雨條件下洪峰的快速提前，LID措施系統依然具有較好的遲滯作用。

表1 不同強度降雨模擬結果

加入LID措施過后，下墊面透水性較高，在小雨量、強度較弱的降雨環境下，能迅速滯留和下滲雨水，產生較少地表徑流；隨著降雨強度的增大，透水下墊面的持水能力在短時間內迅速飽和，從而產生較大地表徑流。根據實踐經驗，LID措施在較小降雨強度下可以發揮其作用。綠色屋頂、透水鋪裝、下沉式綠地和生物滯留網格主要通過下滲、儲蓄、植物的滯留和蒸騰、延長漫流時間來削減地面徑流，若降雨強度超過上述措施的下滲、儲蓄和滯留能力后，徑流削減效果就會明顯降低。

3 結語

通過對普通居住小區設置低影響開發措施，有效地降低了徑流總量和峰值流量，在P=2年、P=5年、P=10年的洪峰削減百分比分別為75.4%、61.4%、46.2%，徑流總量削減率分別為72.5%、58.7%、47.9%，雖隨著降雨強度的增大，削減效果逐漸減弱，但依然可對城市雨洪控制進行有效的源頭管理，對低強度降雨的峰現時間有明顯的延遲效應，對高強度降雨也能起到較好的雨水遲滯作用。

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Simulation of Water Quantity in Residential Area Based on SWMM

YANG Yi
（College of Architecture and Environment，Sichuan University，Chengdu，Sichuan 610065，China）

The control effect of low impact development facilities on the water quantity in a built residential area in Chengdu was simulated using SWMM.The results indicated that when the rainfall intensity was 2、5、10 years storm，the reduction rates of flood peak and runoff were 75.4%、61.4%、46.2%and 72.5%、58.7%、47.9%，which were decreased with the increase of rainfall intensity，for the rainfall with low intensity，the reductioncapability was obvious，for the rainfall with high intensity，it could also play a good role in rainwater retention.

low impact development；residential area；SWMM；water quantity simulation

TU992

A

2095-980X（2017）02-0065-02

2017-01-15

楊毅（1993-），男，碩士研究生，主要從事雨水處理和脫氮除磷研究工作。