基于PCSWMM模型的山体水安全治理研究

2020-11-28李洋洋张崴栋邹福建魏海峰

治淮 2020年10期

李洋洋张崴栋邹福建黄伟苏永魏海峰

（1.徐州市水利建筑设计研究院 2.徐州市铜山区房村水利站徐州 221100）

1 引言

2012年4月，《2012 低碳城市与区域发展科技论坛》首次提到了“海绵城市”这一概念。2013年12月，习近平总书记在《中央城镇化工作会议》的讲话中所强调：“要让城市融入大自然，不要花大气力去劈山填海，很多山城、水城很有特色，完全可以依托现有山水脉络等独特风光，让居民望得见山、看得见水、记得住乡愁；解决城市缺水问题，必须顺应自然。”为了贯彻和落实总书记讲话和会议精神，2013年徐州市全面开展海绵城市建设工作。2016年7月，江苏省第一批海绵城市建设试点城市新增加一座城市——徐州市。

2 工程概况

项目区位于徐州市主城区西部。项目区建设重要的内容为截水沟工程，更是该区域涝防治的重要措施。截水沟工程范围内遍布多条道路，人口聚集，山体面积较大，项目区地面高程起伏较大，是淹、涝的重灾区，并且由于徐州市发展建设、地块开发，区内多条排涝沟渠被填埋，使项目区的防洪排涝任务加重。为消除项目区山体的排涝问题，保护周边居民的人身财产安全、提高城市品位以及促进城市可持续发展具有重要的意义。

3 模型介绍

为进一步复核、初拟截水沟断面数据是否可以满足海绵城市对水安全的要求，本次采用PCSWMM软件，二维模拟淹水程度来对其进行分析。

该软件是加拿大水利局根据EPA SWMM 软件，集成了其各种功能之后进行再的一款用于商也用途的软件，使其模拟过程更加方便、更加明了。

其被应用于绿色工程设施设计、2D 建模、整体模型、水质分析、防洪排涝系统计算、实时控制管理和洪水风险分析等方面。该软件拥有模块有水文模拟、水动力模拟，能够模拟降雨地表产流、地表汇流，支持1D、2D 模型的耦合，可模拟降雨产生的水流及水流中杂物移动的过程，对其进行动态模拟，也可对因暴雨产生的水流有关的水量及水质问题进行进一步分析。

4 方案设计及计算结果

4.1 水文分析

4.1.1 降雨数据

根据实际情况，选用SWMM 模型建立研究截水沟集水范围内暴雨产汇流模型，并根据模型结果进行截水沟工程优化设计。由《江苏省暴雨参数图集》（2005年），查算徐州市24h 历时5年一遇、10年一遇、20年一遇以及30年一遇的点雨量，经点面转换得到不同重现期下的设计降雨量。

采用江苏省暴雨等值线图法对各重现期设计降雨进行时程分配，将其作为产汇流模型的输入降雨。软件计算采用30年一遇24h 的设计降水过程，见图1。

4.1.2 模型构建及分析

SWMM 模型参数分为两部分，产流过程参数、汇流过程参数。根据暴雨强度公式及降雨雨型，结合海绵示范区规划地形以及受纳水体30年一遇设计洪水位，利用SWMM 研究海绵示范区截水沟设计集水范围内的产、汇流情况，通过模型进一步优化截水沟断面设计。

图1 徐州市30年一遇24h 的降水过程图

图2 现状内涝积水深度示意图

图3 A 线截水沟模拟结果图

图4 B 线截水沟模拟结果图

图5 C 线截水沟模拟结果图

图6 D 线截水沟模拟结果图

图7 设置截水沟后的积水区域分布图

表1 集水范围表

表2 现状内涝积水深度表

4.1.3 汇水分析

根据排水规划图纸、规划竖向以及规划用地属性等参数建立SWMM 模型，依据截水沟空间范围，划分截水沟的服务范围，集水范围共计2.79km2，见表1。

4.2 现状内涝分析

现状试点区内在30年一遇重现期降雨条件下，整体内涝较严重，主要原因是未开发地块存在局部低点，管网排水标准低，导致排水不畅；另外现状王窑河排水能力不足，影响上游管网排水导致周边地块积水。按区域主要分5 个区域，见表2。现状内涝积水深度见图2。

4.3 工程布置

结合周围地块设计标准为3～5年的规划管网布置，本文在试点区内山脚下设置截水沟，以便于将山体涝水转输至附近海绵湿地中。

4.3.1 截水沟平面布置

海绵城市截水沟工程主要包括：泉润大道东段截水沟（D1～D6 段0.703km）、泉润大道中段截水沟（B2～B3 段0.912km）、车辆段南侧东段截水沟（B1～B2段0.776km）、车辆段南侧西段截水沟（A1～A2 段0.664km）、车辆段西侧截水沟（A2～A3 段0.407km）、支路10 截水沟（C1～C3 段1.582km）和入泉润公园箱涵（A3～A4 段0.888km）。

4.3.2 模拟结果

利用PCSWMM 软件计算复核截水沟断面尺寸。经过PCSWMM 模型模拟，截水沟30年一遇降雨情况下设计水面线均低于地面高程。相应各段截水沟水力计算结果详见图3～图6。

4.3.3 积水深度

通过PCSWMM 建模模拟计算，截水沟实施后，在规划管网建设完备后，截水沟汇水区范围内的内涝情况有显著改善，见图7。其中，区域1 积水减少，积水在16～34cm；区域2 徐萧公路除涝效果良好；区域3 无截水沟，积水与规划管网条件下的情况基本一致；区域4 产生的效果明显，积水基本在18～38cm