杨毅

（四川大学 建筑与环境学院，四川 成都 610065）

某居住小区水量的SWMM模拟

杨毅

（四川大学 建筑与环境学院，四川 成都 610065）

以成都市某已建的居住小区为例，运用SWMM模型模拟研究低影响开发措施对水量的控制效果。结果表明，当降雨强度分别为2、5、10年一遇时，洪峰削减百分比分别为75.4%、61.4%、46.2%，径流总量削减率分别为72.5%、58.7%、47.9%，随着降雨强度增大，削减效果逐渐减弱，对低强度降雨的峰现时间有明显的延迟效应，对高强度降雨也能起到较好的雨水迟滞作用。

低影响开发；居住小区；SWMM；水量模拟

近年来，我国城市化进程不断加快，使城区及其附近区域的自然生态系统发生显著改变，硬质路面的比例不断增大，从而引起城市在降雨后径流产生的速度加快，峰值流量增大，峰值提前等现象，形成雨岛效应，给城市排洪泄洪带来很大的压力，因此研究降雨径流对城市防涝具有一定的意义。暴雨管理模型（SWMM）是动态的降雨径流模拟模型，能对径流水量水质进行单独或者连续模拟，其广泛应用于城市排水管网、内涝控制系统设计等领域。目前国内相关研究主要集中在基于低影响开发技术（LID）的理念方面，对LID系统的水量水质控制效果模拟较少。文章针对研究区域的地形气候条件构建SWMM模型，在不同强度降雨条件下，模拟低影响开发设施对水量的控制效果，以期为我国城市防灾减灾提供一定的理论基础。

1 研究模型的建立

（1）研究区域概化。选取成都某小区为研究对象，该小区总占地面积为177000m2，总建筑面积为79650m2。小区主要含5类下垫面，分别为建筑屋顶、混凝土道路、碎石路面、非铺砌路面和绿地，不透水区域主要为建筑屋顶和小区内硬化道路。排水采用雨污分流，结合区域管网、地形、地貌等资料，将其概化成65个子汇水区域、雨水管段23条、检查井节点32个、末端排放口9个。研究区域模型界面如图1所示。

图1 研究区域模型界面

（2）低影响开发措施系统设计方案。根据研究区域的地理特性，选择4种低影响开发（LID）技术：绿色屋顶、透水铺装、下沉式绿地、生物滞留网格，将其和传统的排水管网结合。根据研究目的，低影响开发措施系统中各个设施之间采用紧密连接和单独排放方式。在传统设计方案中研究区域不透水面积达到74%，没有应用雨水控制技术，对传统设计方案进行改造后，添加4种LID措施，方案中绿色屋顶、透水铺装、下沉式绿地、生物滞留网格的面积分别为35400m2、21240m2、36816m2、8850m2；绿色屋顶的基质厚度为0.5m，下沉式绿地、透水铺装和生物滞留网格的下凹深度分别为0.2、0.06和0.3m。

（3）模型参数设置。水文模块包括地表汇流模型和地表产流模型。参考模型用户手册的推荐值及相关文献，地表汇流模型采用非线性水库模型，基本参数初步确定如下：不渗透性粗糙系数N值取为0.01、渗透性粗糙系数N值取为0.4、渗透洼地蓄水为6mm、不渗透洼地蓄水为 2mm、没有洼地蓄水的不渗透面积百分比为25%、坡度根据地形图取0.3%。地表产流模型选用Horton入渗模型来模拟研究区域的产流入渗过程，最大渗入速率为60mm/h，最小渗入速率为3mm/h，衰减常数为3h-1。

（4）设计暴雨的计算。在市政雨水管渠设计中，若选择降雨强度最大的雨作为设计标准，虽设计简单但不能综合反映区域的典型降雨特征；若应用均匀雨型，计算结果常常偏小，尤其对产流和汇流均具有放大效应的城市化地区。本研究采用芝加哥暴雨过程线模拟合成降雨情景，该方法是基于暴雨强度公式和雨峰系数的非恒定降雨情景合成方法，且雨峰部分与历时无关，洪峰不受历时影响。根据研究资料，不同地区雨峰的相对位置（r）相差不大，本研究采用的r值为0.4，本次典型降雨设计历时取120min，时间间隔为1min，其余参数参照成都市暴雨强度公式。研究区域2年一遇、5年一遇、10年一遇典型降雨的总降雨量分别为58.061、71.533、81.141mm，设计降雨分别为80.529、99.261、112.622L/s·ha，峰值雨强分别为115.466、130.127、137.527mm/h，假设降雨时段均匀，每5min为一个时段，降雨强度在每5min内相同，而在各个5min之间不同，以5min时段瞬时雨强的平均值作为5min时段的雨强，典型过程降雨线如图2所示。

图2 典型降雨过程线

2 结果与讨论

分别以研究区域2年一遇、5年一遇、10年一遇的2h典型设计降雨作为SWMM模型的水量边界条件，对未加入LID措施的传统方案和加入LID措施后的方案进行模拟，结果如表1所示。由表1可知，加入LID措施过后的径流总量和峰值流量均低于传统方案，雨洪控制效果明显，相比传统方案，加入LID措施后的方案在P=2年、P=5年、P=10年的洪峰削减百分比分别为75.4%、61.4%、46.2%，径流总量削减率分别为72.5%、58.7%、47.9%，可见随着降雨强度增大雨洪控制作用逐渐减弱。由表1可见，随着重现期取值的增大，峰现时间逐渐提前，LID方案对P=2年时具有明显的延迟效果，随着降雨强度的增大，效果逐渐变弱，但相较于传统设计方案在相同降雨条件下洪峰的快速提前，LID措施系统依然具有较好的迟滞作用。

表1 不同强度降雨模拟结果

加入LID措施过后，下垫面透水性较高，在小雨量、强度较弱的降雨环境下，能迅速滞留和下渗雨水，产生较少地表径流；随着降雨强度的增大，透水下垫面的持水能力在短时间内迅速饱和，从而产生较大地表径流。根据实践经验，LID措施在较小降雨强度下可以发挥其作用。绿色屋顶、透水铺装、下沉式绿地和生物滞留网格主要通过下渗、储蓄、植物的滞留和蒸腾、延长漫流时间来削减地面径流，若降雨强度超过上述措施的下渗、储蓄和滞留能力后，径流削减效果就会明显降低。

3 结语

通过对普通居住小区设置低影响开发措施，有效地降低了径流总量和峰值流量，在P=2年、P=5年、P=10年的洪峰削减百分比分别为75.4%、61.4%、46.2%，径流总量削减率分别为72.5%、58.7%、47.9%，虽随着降雨强度的增大，削减效果逐渐减弱，但依然可对城市雨洪控制进行有效的源头管理，对低强度降雨的峰现时间有明显的延迟效应，对高强度降雨也能起到较好的雨水迟滞作用。

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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

杨毅（1993-），男，硕士研究生，主要从事雨水处理和脱氮除磷研究工作。