基于SWMM模型的道路积水分析

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　　摘  要：文章采用SWMM建立道路雨水管汇水范围的降雨～产汇流模型，对新建道路方案进行洪水影响分析，找出道路潜在积水点，适时调整管网及道路设计方案确保方案经济合理，并具可实施性，消除项目区受外水影响。同时，在分析结果的基础上，要求设计方案综合考虑采用透水铺装、绿化隔离带、雨水调蓄水池、初雨设施等措施，使降雨尽可能就地消纳或蓄存起来加以利用，减小项目区外排水量，减轻项目建设对周边环境的影响，避免实施后存在路面积水隐患。
　　关键词：SWMM;路面积水;内涝分析
　　中图分类号：TU992 文献标志码：A 文章编号：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，由于气候变化，城市暴雨及连续性强降雨频率增加，同时由于城市下垫面条件改变等原因，导致因城市降雨强度及地表径流量超出雨水管网排水能力引起的城市道路积水现象严重且频繁发生，对道路交通、行人安全造成了很大危害。城市道路积水深度过大，容易造成车辆熄火、引发交通拥堵和通行困难，存在造成人员伤亡及经济损失的隐患。因此，加强对城市道路积水点分析及监测，对新建、改建道路进行洪水影响分析，合理有效地安排潜在积水点应急排水设施及抢险措施，缓解因道路积水造成的交通压力及消除不安全因素是非常必要的。
　　1 路面积水原因分析
　　1.1 设计方案不合理
　　路面不透水地面增加，降落于道路流域范围内雨水无法通过地表直接下渗，地面径流只能通过散排方式流至道路两侧的雨水口;道路纵向存在凹点，局部积蓄量过大，雨水口尺寸过小，道路两侧雨水口间距设置不合理，或者是雨水口被杂物堵塞时，均会阻碍地表径流顺利排至地下雨水收集系统，使路面存在积水风险。
　　1.2 雨水管网设计标准偏低
　　由于空间、时间以及经济等方面因素的限制，建设项目配套雨水管网设施设计标准基本采用规范规定的下限标准，还可能因特殊原因而导致项目设计不满足标准，导致雨水管网无法承接地面暴雨导致地表径流，形成地面积水。
　　1.3 雨水管道下游出口排水不畅
　　排水体制不健全，建设项目上下游雨水系统无法有效衔接;雨水排口受到下游河道水位顶托，以及雨水系统维护不足导致不能正常运行。
　　2 建设项目洪水影响分析
　　本文以北京某地铁配建道路洪水分析为例，采用SWMM模型对新建道路方案进行洪水影响分析，根据分析结果对方案及时调整，避免实施后存在路面积水隐患。
　　2.1 工程概况
　　北京某地铁配建道路，分别为道路1、道路2、道路3三条，均为城市支路。其中道路1，东西向，全长约636m，道路红线宽为25m～20m;道路2，由北向南接入道路1，全长约235m，红线宽度为25m;道路3，位于道路2东侧，由北向南接入道路1，全长约193m，红线宽度为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，两段雨水管道均接入北侧市政雨水管网。
　　2.2 项目区净雨过程线计算
　　项目内涝防治设计重现期采用50年。根据《北京市水文手册》，项目区50年一遇24h降雨量为347.3mm，项目建成后内涝分析范围内道路不透水面积比为61%，本次按不透水率61%计。按照城市建设区洪水计算方法，查图表得径流量为197mm，径流损失量为150.3mm。采用平均扣损法试算求得最小时间段为5min的24h净雨过程。50年一遇降雨过程及净雨过程见图1。 　　 2.3 SWMM模拟
　　本次使用EPA-SWMM模型建立配建道路雨水管汇水范围的降雨～产汇流模型，分析内涝对建设项目的影响。SWMM主要通过构建项目区降雨～径流模型，在不同条件下（降雨频率、下垫面条件等）对降雨径流进行模拟，由模拟结果中节点溢流量、管段超载数、洪峰流量、节点深度、洪峰时间、综合进流系数等指标研究分析管网系统的排放规律、积水情况、管网能力以及实时预测管网运行情况等。
　　根据项目排水方案，将项目区承担的两侧地块排水范围分为15个单元汇水分区，每个汇水分区根据排水方案井位再细化，共划分为54个子汇水分区。各分区独立进行降雨～产汇流模拟后，再经雨水管网演进计算得到排水系统径流过程;根据项目区及匯水范围内现状及规划雨水管情况，建立29个节点和2个出口，节点为雨水收集井，出口为项目区雨水管线入其他市政管线雨水管接口。项目区SWMM模型概化图见图2。
　　 2.3.1参数选取
　　本次模拟涉及主要参数为流域面积、宽度、坡度等流域特性参数;雨水管道长度、管道坡度、管径等雨水管特性参数;流域不透水比、透水部分的糙率、不透水部分的糙率等下垫面参数。
　　（1）流域特性、雨水管特性参数
　　本次根据项目区排水方案，核算各分区汇水面积、流域宽度，根据地块规划地坪高程计算汇水范围内流域坡度。
　　雨水管各特性参数依照该排水方案取值。
　　（2）下垫面参数
　　根据项目下垫面类型，加权平均计算各排水分区综合流量径流系数，建设用地采用0.6，绿地采用0.3，道路采用0.9。结合用地规划，本次选取各排水分区综合径流系数为0.55。
　　透水、不透水面积的曼宁系数分别取为0.1、0.025。
　　2.3.2 模型验证
　　将模型计算成果与暴雨强度公式法计算成果进行比较验证，暴雨强度公式如式（1）。
　　验证成果详见表1。
　　结果表明，SWMM模型计算峰值排水流量成果与暴雨强度公式法基本吻合，计算结果是合理可信的。
　　2.3.3 模拟结果
　　模拟结果表明，项目区雨水管网实施后在50年一遇降雨条件下，道路1～道路2出现漫溢，且水量漫溢段位于道路1上，漫溢水量383m3，积水历时约22min。雨水管道最高水位纵断图见图3和图4。
　　道路1漫溢段发生在桩号约K0+260东西150m范围内。将383m3漫溢水量分摊，以25m的路面红线宽度作为积水宽度，平均积水深度0.10m，核算得最大积水深度约0.13m，最高水位57.43m，积水历时22min。
　　根据计算结果，道路1桩号K0+260上下150m范围内产生积水，路面最大积水深度0.13m，历时22min，满足道路中一条车道的积水深度不超过15cm、积水时间小于30min的要求。
　　3 结论
　　采用SWMM模型对新建道路进行内涝分析，确定新建道路潜在积水点，适时调整管网及道路设计方案确保方案经济合理，并具可实施性;根据分析结果，对潜在积水点进行实时监测，并制定预警方案，一旦发生超标准洪水致使路面积水发生内涝，可迅速做出应急抢险反应，降低危害发生，减小经济损失。同时，在分析结果的基础上，道路设计方案要综合考虑透水铺装、绿化隔离带、雨水调蓄水池、初雨设施等措施，使降雨尽可能就地消纳或蓄存起来加以利用，减小项目区外排水量，减轻项目建设对周边环境的影响，降低内涝风险。项目实施前对建设方案进行洪水影响分析，避免外水对本项目的威胁，降低项目建设对周边环境影响，避免经济损失。
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