SWMM在城市排水管网系统的应用研究

科技与质量Scienceandtechnologyandquality159质量管理【文章摘要】随着城市化的不断加剧与极端暴雨频发，加之我国排水系统标准偏低，因此城市内涝现象日益频发，给城市的发展以及人民的生产生活带来了极大不便，故本文以西安市北片未央区内未央湖公园及附近区域作为研究对象，并通过ArcGIS基本的空间分析和数据处理功能以及模型手册获得SWMM模型前期基本数据和基本参数，基于SWMM模拟了研究区域内现状排水管网系统在不同重现期设计暴雨情形下的内涝情形，并分析原因，提出工程改善措施并对其改善结果做量化分析，从而提高研究区域内排水管网系统的排水能力，减少城市内涝灾害。【关键词】城市内涝；城市雨洪模型；工程改善；SWMM；ArcGIS；0引言由于城市不断扩张，致使我国城市道路硬化率逐渐提高，城市下垫面不透水面积增加，造成城区暴雨产、汇流流量大大增加，导致城市内涝现象不断发生。2010年住建部关于国内351个城市防洪排涝能力调研结果反映，在08-10年这3年期间，全国经调查共218座城市发生严重洪涝灾害。全国有137个城市发生多于3次以上的涝灾，占城市总数的39.0%。196座城市中涝灾积水深度大于0.15米，严重影响城市交通，且其中高达166个城市涝水深度大于0.5米，为城市总数的47.3%，172座城市涝水囤积时间大于半小时，占城市总数的49.0%，更有57座城市涝水囤积时间超过12小时，占城市总数的16.2%。基于上述调研，得知城市洪涝灾害大大影响人民正常的生产生活，对我国经济发展造成不可逆转的重大损失。理应不断探求城市洪涝机理，并利用先进的技术进行城市内涝灾害模拟，分析涝点状况，为城市排水系统建设提供高效的支持，为完善城市内涝机制提供帮助，对城市防洪排涝减灾有着重大意义，有效减少城市内涝灾害给社会带来的经济损失。因此本文通过文献全面地整理国内外雨洪模型，全方位探讨SWMM雨洪模型原理以及建模方法，建立基于SWMMSWMM在城市排水管网系统的应用研究符博渊西安理工大学陕西西安710061的研究区域城市雨洪模型，模拟研究区域内排水管网内涝状况，进而通过科学有效的技术手段，提出缓解城市内涝灾害的方法，有效降低城市洪涝灾害。1SWMM原理及建模方法所谓SWMM模型，系暴雨洪水管理模型，是美国环境保护署开发的一个基于水力学的城市降雨—径流模拟模型。首次问世于1971年，该模型在城市排水系统设计中被广泛应用。SWMM模型不仅对单一暴雨事件进行降雨径流模拟，而且可以对连续降雨而产生的降雨径流进行动态模拟。SWMM建模步骤主要可分为六步：创建新项目工程、绘制研究对象、设置研究对象属性参数、执行运行模拟、运行模拟结果、模拟结果查看。2基于SWMM研究区域雨洪模型的建立本论文研究区域位于西安市北片区未央区,东起灞河,南至北三环,西至包茂高速,北至渭河。规划总用地面积18.76。研究区域内陇海线由西向东贯穿。研究区域内地块现状以建设用地为主，少量农田为辅。由于西安市平均高程为400米，本研究区域平均高程低于西安市平均高程，根据西安市历史洪涝资料，其北片区为易涝区域，下图为通过ArcGIS提取研究区DEM高程数据：图3-1研究区高程图得到研究区域每块地块用地性质。其中包括医疗用地，公共绿地，防护绿地，教育科研用地，居住用地，文化娱乐用地，市政用地，生态绿地，商业用地，行政用地，体育用地以及仓储用地。下图所示为研究区域示意图：图3-2研究区域用地性质图2.1研究区现状排水管网系统概化本文研究区域内的管网数据为现状管网实测资料，由于在研究区域内现状排水系统分布比较稀少,部分子汇水区域旁并没有铺设排水管道,因此现状排水管网系统属性为：研究区域内共4个雨水排放口，即研究区域内北边有一个雨水排放口排入雨水处理厂，东边由南向北分别设置3个雨水排放口排入灞河河道。研究区域为独立排水区域，因此研究区域内现状雨水管网概化结果为：节点55个（包括4个排水口），现状排水管道51条。下图利用GIS技术对现状排水管网进行概化，如图所示：图3-3研究区域内现状排水管网系统概化图2.2研究区子汇水划分SWMM模型中所谓子汇水区排水管网节点所收纳产生地表径流所在区域。科技与质量Scienceandtechnologyandquality160质量管理SWMM模型规定一个子汇水区域有且仅有一个排水节点，本文结合研究区地形图借助ArcGIS空间分析与数据处理功能对研究区域进行子汇水区域的划分。同时利用ArcGIS中几何计算工具计算每一个子汇水的面积大小和其特征宽度。所谓子汇水区特征宽度为子汇水区最远点到集水收纳点的距离。如下图所示为研究区子汇水划分区域：图3-4研究区子汇水区域图2.3子汇水区不透水面积率确定通过GIS与Intersect工具将子汇水区所在的面要素与土地利