某居住小區(qū)水量的SWMM模擬

楊毅

（四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065）

某居住小區(qū)水量的SWMM模擬

楊毅

（四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065）

以成都市某已建的居住小區(qū)為例，運(yùn)用SWMM模型模擬研究低影響開發(fā)措施對(duì)水量的控制效果。結(jié)果表明，當(dāng)降雨強(qiáng)度分別為2、5、10年一遇時(shí)，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(qiáng)度增大，削減效果逐漸減弱，對(duì)低強(qiáng)度降雨的峰現(xiàn)時(shí)間有明顯的延遲效應(yīng)，對(duì)高強(qiáng)度降雨也能起到較好的雨水遲滯作用。

低影響開發(fā)；居住小區(qū)；SWMM；水量模擬

近年來，我國城市化進(jìn)程不斷加快，使城區(qū)及其附近區(qū)域的自然生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生顯著改變，硬質(zhì)路面的比例不斷增大，從而引起城市在降雨后徑流產(chǎn)生的速度加快，峰值流量增大，峰值提前等現(xiàn)象，形成雨島效應(yīng)，給城市排洪泄洪帶來很大的壓力，因此研究降雨徑流對(duì)城市防澇具有一定的意義。暴雨管理模型（SWMM）是動(dòng)態(tài)的降雨徑流模擬模型，能對(duì)徑流水量水質(zhì)進(jìn)行單獨(dú)或者連續(xù)模擬，其廣泛應(yīng)用于城市排水管網(wǎng)、內(nèi)澇控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。目前國內(nèi)相關(guān)研究主要集中在基于低影響開發(fā)技術(shù)（LID）的理念方面，對(duì)LID系統(tǒng)的水量水質(zhì)控制效果模擬較少。文章針對(duì)研究區(qū)域的地形氣候條件構(gòu)建SWMM模型，在不同強(qiáng)度降雨條件下，模擬低影響開發(fā)設(shè)施對(duì)水量的控制效果，以期為我國城市防災(zāi)減災(zāi)提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 研究模型的建立

（1）研究區(qū)域概化。選取成都某小區(qū)為研究對(duì)象，該小區(qū)總占地面積為177000m2，總建筑面積為79650m2。小區(qū)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(qū)域主要為建筑屋頂和小區(qū)內(nèi)硬化道路。排水采用雨污分流，結(jié)合區(qū)域管網(wǎng)、地形、地貌等資料，將其概化成65個(gè)子匯水區(qū)域、雨水管段23條、檢查井節(jié)點(diǎn)32個(gè)、末端排放口9個(gè)。研究區(qū)域模型界面如圖1所示。

圖1 研究區(qū)域模型界面

（2）低影響開發(fā)措施系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。根據(jù)研究區(qū)域的地理特性，選擇4種低影響開發(fā)（LID）技術(shù)：綠色屋頂、透水鋪裝、下沉式綠地、生物滯留網(wǎng)格，將其和傳統(tǒng)的排水管網(wǎng)結(jié)合。根據(jù)研究目的，低影響開發(fā)措施系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)施之間采用緊密連接和單獨(dú)排放方式。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中研究區(qū)域不透水面積達(dá)到74%，沒有應(yīng)用雨水控制技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)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(wǎng)格的面積分別為35400m2、21240m2、36816m2、8850m2；綠色屋頂?shù)幕|(zhì)厚度為0.5m，下沉式綠地、透水鋪裝和生物滯留網(wǎng)格的下凹深度分別為0.2、0.06和0.3m。

（3）模型參數(shù)設(shè)置。水文模塊包括地表匯流模型和地表產(chǎn)流模型。參考模型用戶手冊(cè)的推薦值及相關(guān)文獻(xiàn)，地表匯流模型采用非線性水庫模型，基本參數(shù)初步確定如下：不滲透性粗糙系數(shù)N值取為0.01、滲透性粗糙系數(shù)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(jù)地形圖取0.3%。地表產(chǎn)流模型選用Horton入滲模型來模擬研究區(qū)域的產(chǎn)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(shù)為3h-1。

（4）設(shè)計(jì)暴雨的計(jì)算。在市政雨水管渠設(shè)計(jì)中，若選擇降雨強(qiáng)度最大的雨作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，雖設(shè)計(jì)簡單但不能綜合反映區(qū)域的典型降雨特征；若應(yīng)用均勻雨型，計(jì)算結(jié)果常常偏小，尤其對(duì)產(chǎn)流和匯流均具有放大效應(yīng)的城市化地區(qū)。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(qiáng)度公式和雨峰系數(shù)的非恒定降雨情景合成方法，且雨峰部分與歷時(shí)無關(guān)，洪峰不受歷時(shí)影響。根據(jù)研究資料，不同地區(qū)雨峰的相對(duì)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(shè)計(jì)歷時(shí)取120min，時(shí)間間隔為1min，其余參數(shù)參照成都市暴雨強(qiáng)度公式。研究區(qū)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(shè)計(jì)降雨分別為80.529、99.261、112.622L/s·ha，峰值雨強(qiáng)分別為115.466、130.127、137.527mm/h，假設(shè)降雨時(shí)段均勻，每5min為一個(gè)時(shí)段，降雨強(qiáng)度在每5min內(nèi)相同，而在各個(gè)5min之間不同，以5min時(shí)段瞬時(shí)雨強(qiáng)的平均值作為5min時(shí)段的雨強(qiáng)，典型過程降雨線如圖2所示。

圖2 典型降雨過程線

2 結(jié)果與討論

分別以研究區(qū)域2年一遇、5年一遇、10年一遇的2h典型設(shè)計(jì)降雨作為SWMM模型的水量邊界條件，對(duì)未加入LID措施的傳統(tǒng)方案和加入LID措施后的方案進(jìn)行模擬，結(jié)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(tǒng)方案，雨洪控制效果明顯，相比傳統(tǒng)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(qiáng)度增大雨洪控制作用逐漸減弱。由表1可見，隨著重現(xiàn)期取值的增大，峰現(xiàn)時(shí)間逐漸提前，LID方案對(duì)P=2年時(shí)具有明顯的延遲效果，隨著降雨強(qiáng)度的增大，效果逐漸變?nèi)?，但相較于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案在相同降雨條件下洪峰的快速提前，LID措施系統(tǒng)依然具有較好的遲滯作用。

表1 不同強(qiáng)度降雨模擬結(jié)果

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

3 結(jié)語

通過對(duì)普通居住小區(qū)設(shè)置低影響開發(fā)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(qiáng)度的增大，削減效果逐漸減弱，但依然可對(duì)城市雨洪控制進(jìn)行有效的源頭管理，對(duì)低強(qiáng)度降雨的峰現(xiàn)時(shí)間有明顯的延遲效應(yīng)，對(duì)高強(qiáng)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。