swmm在城市排水系统雨季溢流问题中的应用_排水管网_1

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1、SWMM在城市排水系统雨季溢流问题中的应用_排水管网论文导读:：应用SWMM对北方某城市小区的合流制排水管网系统进行仿真，模拟重现期为一年的暴雨期间不同时段城市排水管道和节点的工作状态，利用SWMM的结果找出主要的溢流瓶颈点，对造成此结果的可能原因包括管径、管道粗糙度以及管道坡度进行了比较和量化分析，得出最主要原因是下游管道的管径过小，据此结果对管网进行了优化，并对优化后的管道在雨季的工作状况进行了二次模拟。本文的研究方法和研究成果为新建、改建和扩建城市排水管网提供科学参考和依据，从而帮助减少暴雨给城市带来的涝灾损失

2、。关键词：SWMM，地表径流，排水管网，节点溢流　　随着全球气候变化的日趋加剧，多数区域的降雨在近些年呈现雨期集中、强度加大的特点，使得很多没有充分考虑降雨径流排水的城市区域在雨季出现局部排水不畅，严重影响了城市居民的日常生活，造成严重的涝灾损失[1-3]。目前国内多数大中型城市，已有的排水管路都没有单独的雨水排放管路，都是雨污合流[4,5]。合流制排水系统不仅承担着日常污水的排出，同时也是降雨径流的排出通道，即城市点源和非点源污染的双重排出通道[6,7]。由于合流制的体系在旱季时，污水流速较慢，会在管道底部产生沉积

3、物，导致管道排水不畅通，当雨季来临，降雨强度较大时，容易出现节点溢流现象[8]；不仅如此，在很多老城区，陈旧的排水管路管径偏小，管坡设计不合理，管网覆盖率低，溢流状况非常严重[10,11]，新建、改造陈旧排水管路以改善城区雨季溢流问题成为许多城市的迫切需求。美国环保局开发的暴雨管理模型（StormWaterManagementModel，SWMM）可对整个城市降雨、径流过程进行较为准确的量和质的模拟[2,11]，根据SWMM模拟结果，完善城市的排水管道设计以及对已有排水系统进行改造，可以大大提高设计的效果[4]。　　

4、SWMM自1971年由美国环保局推出以来，得到了广泛的应用,取得了良好的效果[12-17]。本文利用SWMM模拟中国北方某城市小区排水管网在雨季遇不同强度降雨时管路中的水流状况排水管网，根据模拟结果，识别其溢流瓶颈段，并对各种可能的原因进行分析和模拟，在此基础上提出了相应的解决措施。　　1SWMM介绍　　SWMM全称是暴雨管理模型（StormWaterManagementModel），是一个面向城市区域的雨水径流水量和水质分析的综合性计算机模型。　　SWMM可以对单场降雨或者连续降雨而产生的坡面径流及其汇入排水管网系

5、统后的水量和水质变化进行动态模拟，也可以进行排水系统中节点、管道、汇水区以及其他排水构筑物的流量、水深和流速等时间序列的仿真模拟[18]。　　由于强大的模拟功能，SWMM被广泛用于城市排水系统的水文-水动力学模拟，模型输出具有多种形式，包括统计分析表格、时间序列图表、剖面图和动画演示等，可以显示在降雨期间及退水时排水管网中各个节点和管道的流量、水深和水质状况，通过对管网在降雨过程中的运行状态及负荷的分析，为合理规划管网、优化规划方案提供决策支持。　　2研究区域概况　　研究区是中国北方某城市的一个经济技术开发区，其总汇

6、水面积为4500hm2，服务人口25万人。该区属中温带大陆性季风气候，降水量年内分配十分不均，全年平均降水量约570mm，6至9月份降水集中，占年降水量的70%以上，3至5月份不足20%，10月至翌年2月不足10%，由于降水量年内分配十分不均，形成春旱夏涝的景象。　　3模型参数的的确定过程　　3.1降雨量的确定　　SWMM动态模拟中降雨量的输入可以是实测降雨量，也可以是根据暴雨强度公式计算得到的降雨量[19]。目前该市的降雨资料以日为时间间隔，对城市排水管网动态模拟来说计算时间步长太大，不利于水流状态的精确模拟。研究

7、资料表明应用Keifer和Chu雨型一般能够满足精度要求，且比较容易确定雨强过程[19]，即采用此雨型作为降雨过程模拟管网的工作状态。Keifer和Chu雨型的缺点是雨峰处过于尖瘦，为此可采用5min为一时段的柱状过程来代替，可以克服这一缺点[20]中国。　　根据以往研究该市的暴雨强度公式为　　　　式中，q—设计暴雨强度，L/(s.hm2)　　P—设计重现期，a　　T—降雨历时，min.　　该市的已有城市降雨设计按重现期P=1a设计，模拟的雨峰系数取建议值R=0.4[19]，降雨历时取60min。则雨强过程为　　峰前

8、　　峰后　　式中，i—瞬时降雨强度，mm/min　　t1—峰前降雨历时，min　　t2—峰后降雨历时，min　　图1为60min雨量分布图，总降雨量为24.73mm,雨峰强度为2.28mm/min。　　　　图160min雨量分布图　　3.2模拟区概化　　选取该经济开发区的一个小区的排水管网进行仿真，模拟其在降雨期间的工作状态。该排水管网系统是合