基于SWMM 的內澇防治措施聯用組合徑流控制研究

盧辛宇 呂彥佟

（1、吉林水利電力職業學院，吉林 長春130000 2、吉林省林業勘察設計研究院，吉林 長春130000）

1 研究區概況及研究目的

南昌市位于江西省中北部，鄱陽湖西南岸，贛江、撫河下游，它的河湖水系分布非常廣泛。青山湖片區地形平坦開闊，位于南昌市城東，該區總面積大約為52 平方千米，多年平均氣溫17.6℃，平均降水量1522 毫米，江河湖泊眾多，水資源極為豐富，區域內的主要水系包括青山湖、玉帶河和賢士湖等。

青山湖片區為南昌市的老城區，排水管網設計重現期較低，硬化面積大，降雨時地勢較低的地段容易產生積水，該區域的城市內澇問題迫在眉睫。為此，本文以南昌市青山湖片區為例，設計LID 源頭控制設施與排澇除險設施的聯用組合方案，并采用SWMM模型模擬聯用組合方案的徑流控制效果，為解決城市內澇及雨水管理等問題提供依據。

2 研究方法

2.1 建立研究區SWMM模型

根據南昌市青山湖片區雨水管網分布、地形地勢等實際資料，最終將研究區域劃分為278 個子匯水區域，有3 個管網末端排放口、287 條管段、289 個管網節點。利用20120821、20140820兩次降雨對建模主要參數進行校驗，校驗結果見表1。再用校驗后的參數模擬上述兩次降雨，將模擬后的雨洪總量與實測雨洪總量進行對比，結果見表2，由表中數據可知，兩次降雨的誤差在10%左右，可見概化方法及參數取值合理，此模型比較可靠，可以用作本次研究[1]。

表1 模型主要參數校驗結果

表2 模擬徑流總量與實測徑流總量對比

2.2 設計降雨

由南昌市實測短歷時降雨資料可知，南昌市降雨多為單峰雨型，并且雨峰多出現在前、中部，其位置基本在0.3～0.4 之間，與芝加哥雨型特點比較吻合，因此本研究選用芝加哥雨型[2]，根據南昌市暴雨資料及相關文獻[3，4]，降雨設計歷時取120min，雨峰相對位置r 為0.4，運用芝加哥雨型生成器，繪制出2 年、5年、10 年、20 年、50 年重現期降雨過程線[5]，如圖1 所示。南昌市設計暴雨強度公式：

式中，q 為暴雨強度[（L/s）/hm2]；P 為重現期(a)；t 為降雨歷時（min）。

圖1 設計降雨過程線

3 聯用組合方案布置

本研究主要將排澇除險設施與不同密度LID 措施進行聯用組合，排澇除險設施的布設以內澇防治專項規劃及城區總體規劃為依據，選取徑流控制效果較好的雨水行泄通道和雨水調蓄池兩種；LID 措施設計低密度和高密度兩種方案，它們的主要區別是占地面積不同，低密度方案LID 設施占區域總面積的20.01%左右，高密度方案LID 設施占區域總面積的40.03%左右，所選LID 設施包括透水鋪裝、下凹式綠地、雨水花園和雨水桶[6]。最終設計出4 種聯用組合方案[6]，方案內容如表3 所示。

表3 聯用組合方案的設計

4 模擬結果與分析

在P=2a、5a、10a、20a、50a 重現期下，模擬得到PFK1 在4 種方案設計前后8 小時的流量變化曲線，如圖2 所示。

通過圖2 可得，4 種聯用組合方案在不同重現期下，PFK1的流量過程線的變化趨勢基本一致，各方案對PFK1 的峰值流量與徑流總量均有一定的削減作用，同時也可推遲峰值流量的出現時間，4 種方案對PFK1 流量的削減效果關系為：方案4>方案2>方案3>方案1。

以重現期P=20a 為代表，對4 種方案進行模擬，可得到4 種方案設計前后地表徑流模擬結果、管段超載和節點溢流情況以及管段超載和節點溢流的削減率，如表4、表5 和表6 所示。

表4 方案設計前后地表徑流模擬結果（P=20a）

通過表4 和表5 可知，高密度LID 設施對徑流系數、溢流節點數量、滿載管道數量削減效果均較為明顯，雨水調蓄池對管道滿載時間、節點溢流深度的削減效果較為明顯。由表6 可得，各個方案中滿載管道數量削減率、管道最大滿載時間削減率、溢流節點數量削減率、節點最大溢流深度削減率、節點最大溢流時間削減率最大分別為：47.83%、45.59%、50%、25.76%、47.95%。由此可見，4 種方案都具有一定的徑流控制效益，聯用組合方案設計實現了“滲、蓄、排”多種理念的融合，可有效降低城市內澇風險[6]。

表5 方案設計前后管段超載與節點溢流情況（P=20a）

表6 各方案管段超載與節點溢流削減率（P=20a）

5 結論

5.1 4 種聯用組合方案對PFK1 的峰值流量與徑流總量均有一定的削減作用，峰值流量出現時間也有所推遲。徑流控制效益大小順序為方案4>方案2>方案3>方案1。

5.2 P=20a 重現期下，各方案中滿載管道數量削減率、管道最大滿載時間削減率、溢流節點數量削減率、節點最大溢流深度削減率、節點最大溢流時間削減率最大分別為：47.83%、45.59%、50%、25.76%、47.95%。

5.3 本研究僅分析了LID 源頭控制設施與雨水行泄通道、雨水調蓄池的聯用組合設計方案，多種排澇除險措施與LID 組合方案有待進一步研究。