基于SWMM 的内涝防治措施联用组合径流控制研究

卢辛宇 吕彦佟

（1、吉林水利电力职业学院，吉林 长春130000 2、吉林省林业勘察设计研究院，吉林 长春130000）

1 研究区概况及研究目的

南昌市位于江西省中北部，鄱阳湖西南岸，赣江、抚河下游，它的河湖水系分布非常广泛。青山湖片区地形平坦开阔，位于南昌市城东，该区总面积大约为52 平方千米，多年平均气温17.6℃，平均降水量1522 毫米，江河湖泊众多，水资源极为丰富，区域内的主要水系包括青山湖、玉带河和贤士湖等。

青山湖片区为南昌市的老城区，排水管网设计重现期较低，硬化面积大，降雨时地势较低的地段容易产生积水，该区域的城市内涝问题迫在眉睫。为此，本文以南昌市青山湖片区为例，设计LID 源头控制设施与排涝除险设施的联用组合方案，并采用SWMM模型模拟联用组合方案的径流控制效果，为解决城市内涝及雨水管理等问题提供依据。

2 研究方法

2.1 建立研究区SWMM模型

根据南昌市青山湖片区雨水管网分布、地形地势等实际资料，最终将研究区域划分为278 个子汇水区域，有3 个管网末端排放口、287 条管段、289 个管网节点。利用20120821、20140820两次降雨对建模主要参数进行校验，校验结果见表1。再用校验后的参数模拟上述两次降雨，将模拟后的雨洪总量与实测雨洪总量进行对比，结果见表2，由表中数据可知，两次降雨的误差在10%左右，可见概化方法及参数取值合理，此模型比较可靠，可以用作本次研究[1]。

表1 模型主要参数校验结果

表2 模拟径流总量与实测径流总量对比

2.2 设计降雨

由南昌市实测短历时降雨资料可知，南昌市降雨多为单峰雨型，并且雨峰多出现在前、中部，其位置基本在0.3～0.4 之间，与芝加哥雨型特点比较吻合，因此本研究选用芝加哥雨型[2]，根据南昌市暴雨资料及相关文献[3，4]，降雨设计历时取120min，雨峰相对位置r 为0.4，运用芝加哥雨型生成器，绘制出2 年、5年、10 年、20 年、50 年重现期降雨过程线[5]，如图1 所示。南昌市设计暴雨强度公式：

式中，q 为暴雨强度[（L/s）/hm2]；P 为重现期(a)；t 为降雨历时（min）。

图1 设计降雨过程线

3 联用组合方案布置

本研究主要将排涝除险设施与不同密度LID 措施进行联用组合，排涝除险设施的布设以内涝防治专项规划及城区总体规划为依据，选取径流控制效果较好的雨水行泄通道和雨水调蓄池两种；LID 措施设计低密度和高密度两种方案，它们的主要区别是占地面积不同，低密度方案LID 设施占区域总面积的20.01%左右，高密度方案LID 设施占区域总面积的40.03%左右，所选LID 设施包括透水铺装、下凹式绿地、雨水花园和雨水桶[6]。最终设计出4 种联用组合方案[6]，方案内容如表3 所示。

表3 联用组合方案的设计

4 模拟结果与分析

在P=2a、5a、10a、20a、50a 重现期下，模拟得到PFK1 在4 种方案设计前后8 小时的流量变化曲线，如图2 所示。

通过图2 可得，4 种联用组合方案在不同重现期下，PFK1的流量过程线的变化趋势基本一致，各方案对PFK1 的峰值流量与径流总量均有一定的削减作用，同时也可推迟峰值流量的出现时间，4 种方案对PFK1 流量的削减效果关系为：方案4>方案2>方案3>方案1。

以重现期P=20a 为代表，对4 种方案进行模拟，可得到4 种方案设计前后地表径流模拟结果、管段超载和节点溢流情况以及管段超载和节点溢流的削减率，如表4、表5 和表6 所示。

表4 方案设计前后地表径流模拟结果（P=20a）

通过表4 和表5 可知，高密度LID 设施对径流系数、溢流节点数量、满载管道数量削减效果均较为明显，雨水调蓄池对管道满载时间、节点溢流深度的削减效果较为明显。由表6 可得，各个方案中满载管道数量削减率、管道最大满载时间削减率、溢流节点数量削减率、节点最大溢流深度削减率、节点最大溢流时间削减率最大分别为：47.83%、45.59%、50%、25.76%、47.95%。由此可见，4 种方案都具有一定的径流控制效益，联用组合方案设计实现了“渗、蓄、排”多种理念的融合，可有效降低城市内涝风险[6]。

表5 方案设计前后管段超载与节点溢流情况（P=20a）

表6 各方案管段超载与节点溢流削减率（P=20a）

5 结论

5.1 4 种联用组合方案对PFK1 的峰值流量与径流总量均有一定的削减作用，峰值流量出现时间也有所推迟。径流控制效益大小顺序为方案4>方案2>方案3>方案1。

5.2 P=20a 重现期下，各方案中满载管道数量削减率、管道最大满载时间削减率、溢流节点数量削减率、节点最大溢流深度削减率、节点最大溢流时间削减率最大分别为：47.83%、45.59%、50%、25.76%、47.95%。

5.3 本研究仅分析了LID 源头控制设施与雨水行泄通道、雨水调蓄池的联用组合设计方案，多种排涝除险措施与LID 组合方案有待进一步研究。