基于SWMM模型的道路積水分析

邢健　任賀靖　晏清洪　徐景東

摘? 要：文章采用SWMM建立道路雨水管匯水范圍的降雨～產(chǎn)匯流模型，對新建道路方案進(jìn)行洪水影響分析，找出道路潛在積水點(diǎn)，適時調(diào)整管網(wǎng)及道路設(shè)計方案確保方案經(jīng)濟(jì)合理，并具可實(shí)施性，消除項目區(qū)受外水影響。同時，在分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，要求設(shè)計方案綜合考慮采用透水鋪裝、綠化隔離帶、雨水調(diào)蓄水池、初雨設(shè)施等措施，使降雨盡可能就地消納或蓄存起來加以利用，減小項目區(qū)外排水量，減輕項目建設(shè)對周邊環(huán)境的影響，避免實(shí)施后存在路面積水隱患。

關(guān)鍵詞：SWMM;路面積水;內(nèi)澇分析

中圖分類號：TU992 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）06-0048-03

Abstract： In this paper， SWMM is used to establish the rainfall-runoff model of rainwater pipe catchment range， analyze the flood impact of the new road scheme， find out the potential pondings of the road， timely adjust the pipe network and road design scheme so as to ensure that the scheme is economic and reasonable， feasible， and eliminate the impact of external water on the project area. At the same time， on the basis of the analysis results， the design scheme is required to comprehensively consider the adoption of measures such as permeable pavement， green isolation belt， rainwater regulation and storage pool， primary rain facilities， etc.， so that the rainfall can be absorbed or stored locally as much as possible to reduce the water discharge outside the project area， reduce the impact of the project construction on the surrounding environment， and avoid the potential water accumulation on the road after implementation.

Keywords： SWMM; road ponding; analysis of waterlogging

引言

近年來，由于氣候變化，城市暴雨及連續(xù)性強(qiáng)降雨頻率增加，同時由于城市下墊面條件改變等原因，導(dǎo)致因城市降雨強(qiáng)度及地表徑流量超出雨水管網(wǎng)排水能力引起的城市道路積水現(xiàn)象嚴(yán)重且頻繁發(fā)生，對道路交通、行人安全造成了很大危害。城市道路積水深度過大，容易造成車輛熄火、引發(fā)交通擁堵和通行困難，存在造成人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失的隱患。因此，加強(qiáng)對城市道路積水點(diǎn)分析及監(jiān)測，對新建、改建道路進(jìn)行洪水影響分析，合理有效地安排潛在積水點(diǎn)應(yīng)急排水設(shè)施及搶險措施，緩解因道路積水造成的交通壓力及消除不安全因素是非常必要的。

1 路面積水原因分析

1.1 設(shè)計方案不合理

路面不透水地面增加，降落于道路流域范圍內(nèi)雨水無法通過地表直接下滲，地面徑流只能通過散排方式流至道路兩側(cè)的雨水口;道路縱向存在凹點(diǎn)，局部積蓄量過大，雨水口尺寸過小，道路兩側(cè)雨水口間距設(shè)置不合理，或者是雨水口被雜物堵塞時，均會阻礙地表徑流順利排至地下雨水收集系統(tǒng)，使路面存在積水風(fēng)險。

1.2 雨水管網(wǎng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低

由于空間、時間以及經(jīng)濟(jì)等方面因素的限制，建設(shè)項目配套雨水管網(wǎng)設(shè)施設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)基本采用規(guī)范規(guī)定的下限標(biāo)準(zhǔn)，還可能因特殊原因而導(dǎo)致項目設(shè)計不滿足標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致雨水管網(wǎng)無法承接地面暴雨導(dǎo)致地表徑流，形成地面積水。

1.3 雨水管道下游出口排水不暢

排水體制不健全，建設(shè)項目上下游雨水系統(tǒng)無法有效銜接;雨水排口受到下游河道水位頂托，以及雨水系統(tǒng)維護(hù)不足導(dǎo)致不能正常運(yùn)行。

2 建設(shè)項目洪水影響分析

本文以北京某地鐵配建道路洪水分析為例，采用SWMM模型對新建道路方案進(jìn)行洪水影響分析，根據(jù)分析結(jié)果對方案及時調(diào)整，避免實(shí)施后存在路面積水隱患。

2.1 工程概況

北京某地鐵配建道路，分別為道路1、道路2、道路3三條，均為城市支路。其中道路1，東西向，全長約636m，道路紅線寬為25m～20m;道路2，由北向南接入道路1，全長約235m，紅線寬度為25m;道路3，位于道路2東側(cè)，由北向南接入道路1，全長約193m，紅線寬度為15m。

沿道路1～道路2，新建φ500～φ1400mm雨水管道;沿道路1～道路3，新建φ500～φ1000mm雨水管道，兩段雨水管道均接入北側(cè)市政雨水管網(wǎng)。

2.2 項目區(qū)凈雨過程線計算

項目內(nèi)澇防治設(shè)計重現(xiàn)期采用50年。根據(jù)《北京市水文手冊》，項目區(qū)50年一遇24h降雨量為347.3mm，項目建成后內(nèi)澇分析范圍內(nèi)道路不透水面積比為61%，本次按不透水率61%計。按照城市建設(shè)區(qū)洪水計算方法，查圖表得徑流量為197mm，徑流損失量為150.3mm。采用平均扣損法試算求得最小時間段為5min的24h凈雨過程。50年一遇降雨過程及凈雨過程見圖1。

2.3 SWMM模擬

本次使用EPA-SWMM模型建立配建道路雨水管匯水范圍的降雨～產(chǎn)匯流模型，分析內(nèi)澇對建設(shè)項目的影響。SWMM主要通過構(gòu)建項目區(qū)降雨～徑流模型，在不同條件下（降雨頻率、下墊面條件等）對降雨徑流進(jìn)行模擬，由模擬結(jié)果中節(jié)點(diǎn)溢流量、管段超載數(shù)、洪峰流量、節(jié)點(diǎn)深度、洪峰時間、綜合進(jìn)流系數(shù)等指標(biāo)研究分析管網(wǎng)系統(tǒng)的排放規(guī)律、積水情況、管網(wǎng)能力以及實(shí)時預(yù)測管網(wǎng)運(yùn)行情況等。

根據(jù)項目排水方案，將項目區(qū)承擔(dān)的兩側(cè)地塊排水范圍分為15個單元匯水分區(qū)，每個匯水分區(qū)根據(jù)排水方案井位再細(xì)化，共劃分為54個子匯水分區(qū)。各分區(qū)獨(dú)立進(jìn)行降雨～產(chǎn)匯流模擬后，再經(jīng)雨水管網(wǎng)演進(jìn)計算得到排水系統(tǒng)徑流過程;根據(jù)項目區(qū)及匯水范圍內(nèi)現(xiàn)狀及規(guī)劃雨水管情況，建立29個節(jié)點(diǎn)和2個出口，節(jié)點(diǎn)為雨水收集井，出口為項目區(qū)雨水管線入其他市政管線雨水管接口。項目區(qū)SWMM模型概化圖見圖2。

2.3.1參數(shù)選取

本次模擬涉及主要參數(shù)為流域面積、寬度、坡度等流域特性參數(shù);雨水管道長度、管道坡度、管徑等雨水管特性參數(shù);流域不透水比、透水部分的糙率、不透水部分的糙率等下墊面參數(shù)。

（1）流域特性、雨水管特性參數(shù)

本次根據(jù)項目區(qū)排水方案，核算各分區(qū)匯水面積、流域?qū)挾?，根?jù)地塊規(guī)劃地坪高程計算匯水范圍內(nèi)流域坡度。

雨水管各特性參數(shù)依照該排水方案取值。

（2）下墊面參數(shù)

根據(jù)項目下墊面類型，加權(quán)平均計算各排水分區(qū)綜合流量徑流系數(shù)，建設(shè)用地采用0.6，綠地采用0.3，道路采用0.9。結(jié)合用地規(guī)劃，本次選取各排水分區(qū)綜合徑流系數(shù)為0.55。

透水、不透水面積的曼寧系數(shù)分別取為0.1、0.025。

2.3.2 模型驗證

將模型計算成果與暴雨強(qiáng)度公式法計算成果進(jìn)行比較驗證，暴雨強(qiáng)度公式如式（1）。

驗證成果詳見表1。

結(jié)果表明，SWMM模型計算峰值排水流量成果與暴雨強(qiáng)度公式法基本吻合，計算結(jié)果是合理可信的。

2.3.3 模擬結(jié)果

模擬結(jié)果表明，項目區(qū)雨水管網(wǎng)實(shí)施后在50年一遇降雨條件下，道路1～道路2出現(xiàn)漫溢，且水量漫溢段位于道路1上，漫溢水量383m3，積水歷時約22min。雨水管道最高水位縱斷圖見圖3和圖4。

道路1漫溢段發(fā)生在樁號約K0+260東西150m范圍內(nèi)。將383m3漫溢水量分?jǐn)?，?5m的路面紅線寬度作為積水寬度，平均積水深度0.10m，核算得最大積水深度約0.13m，最高水位57.43m，積水歷時22min。

根據(jù)計算結(jié)果，道路1樁號K0+260上下150m范圍內(nèi)產(chǎn)生積水，路面最大積水深度0.13m，歷時22min，滿足道路中一條車道的積水深度不超過15cm、積水時間小于30min的要求。

3 結(jié)論

采用SWMM模型對新建道路進(jìn)行內(nèi)澇分析，確定新建道路潛在積水點(diǎn)，適時調(diào)整管網(wǎng)及道路設(shè)計方案確保方案經(jīng)濟(jì)合理，并具可實(shí)施性;根據(jù)分析結(jié)果，對潛在積水點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并制定預(yù)警方案，一旦發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水致使路面積水發(fā)生內(nèi)澇，可迅速做出應(yīng)急搶險反應(yīng)，降低危害發(fā)生，減小經(jīng)濟(jì)損失。同時，在分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，道路設(shè)計方案要綜合考慮透水鋪裝、綠化隔離帶、雨水調(diào)蓄水池、初雨設(shè)施等措施，使降雨盡可能就地消納或蓄存起來加以利用，減小項目區(qū)外排水量，減輕項目建設(shè)對周邊環(huán)境的影響，降低內(nèi)澇風(fēng)險。項目實(shí)施前對建設(shè)方案進(jìn)行洪水影響分析，避免外水對本項目的威脅，降低項目建設(shè)對周邊環(huán)境影響，避免經(jīng)濟(jì)損失。

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