基于SWMM的校園雨水徑流模型建立及模擬

摘 要：目的：在校園內開展海綿城市相關研究，為利用海綿城市的建設解決內澇問題打下堅實基礎，起到示范作用。方法：以沈陽建筑大學校園為研究對象，利用SWMM雨水徑流模擬軟件，構建校園雨水徑流模型。運用該模型對沈陽建筑大學校園雨水徑流現狀進行分析。結果：經驗證，NS值分別為0.82和0.95，認為模擬徑流量與實際徑流量吻合度較高，模擬結果可信。結論：隨著降雨重現期的增大，校園內各區域的積水厚度也隨之增加。

關鍵詞：海綿城市；徑流模擬模型；現狀模擬分析

近年來隨著城市化進程不斷發展，城市不透水面積的大幅度增加，導致城市內澇、水資源短缺、面源污染加劇等問題接踵而至。因地制宜的建立符合城市可持續發展的海綿城市建設是新時期解決內澇問題的主要方向。校園作為一個特殊的社會子系統，具有人口密度高，功能分區全，與城市規劃類似的特點，因此在校園內開展海綿校園相關研究具有較強的示范作用。

隨著雨水控制管理體系的不斷發展與成熟，目前國內外已開發出多款雨水控制管理模型，但多數模型適用性較為單一，功能不夠全面。經比較SWMM模型能完整模擬單場或連續的降雨匯流過程和徑流水質模擬，并且擁有評估雨水控制設施、分析排水系統等能力， 且操作簡單、實用性強，基于研究的可行性考慮本題采用SWMM雨洪管理軟件進行研究。

1 校園徑流現狀模擬分析

根據沈陽市暴雨強度公式，取設計重現期為1 a，3 a，5 a，10 a，20 a的短時降雨設計降雨過程，運用校園雨水徑流模型對校園徑流現狀進行模擬分析。其中降雨歷時為2小時，模擬歷時為4小時，時間步長為1 min。

對沈陽建筑大學不同降雨重現期下的徑流情況進行量化，表1是對校園內各匯水面在不同設計重現期下的徑流深度及峰值徑流量的統計，表2是對校園整體徑流量和綜合徑流系數進行的統計。

經統計對比得出隨著設計重現期的增大各匯水區的徑流量及峰值徑流量也在增大，但由于各匯水面性質不同，各匯水面的徑流變化情況也存在差異。隨著重現期的增加，徑流總量和平均徑流系數都呈上升的趨勢，當重現期從1a一遇上升到20a一遇時，降雨量從33.82mm上升到59.79mm，隨著降雨強度的增加，總徑流量從15.363mm上升到40.292mm，徑流總量增大了近三倍，校園綜合徑流系數從0.439增加到0.701，增加了62.6%。

通過不同重現期校園徑流總量隨降雨歷時變化過程，可以得出同一時刻徑流量隨降雨重現期的增大而增大，具體為1a<3a<5a<10a<20a；不同重現期徑流變化趨勢相同，與降雨過程相似都是先增大后減小，在未達到徑流量峰值時，徑流量隨降雨歷時的增大而增大，到達峰值后隨降雨歷時的增大而減少。這是由于降雨剛開始時，降雨強度較小，土壤較為干燥滲透速率較大，地面徑流產生量較少，隨著降雨歷時的不斷累積、降雨強度的逐漸增大，地面的徑流量也逐漸增大，在降雨強度達到峰值時地面徑流量也達到最大。之后因為下滲及雨水管網的調蓄作用，隨著降雨強度的減小徑流量也不斷減小，但由于徑流累積的作用，在降雨結束時校園內仍有一定量的雨水徑流。

對沈陽建筑大學不同降雨重現期下的排放口流量進行模擬分析，對校園內兩個排放口在不同設計重現期下的流量和降雨強度的統計。可以得降雨強度是排放口流量的主要影響因素，排放口進流量隨降雨強度的增大而增大；排放口流量的峰值時刻略遲于降雨量的峰值；當降雨重現期較大時，排放口在流量達到峰值時會產生溢流并持續一段時間。PFK1的流量明顯大于PFK2流量，這是由于兩套排水系統承擔的排水區域的匯水面積及滲透性存在差異導致的。

2 結論

基于SWMM雨水徑流模擬模型，向其中輸入沈陽建筑大學校園雨水徑流情況相關參數，對各子匯水面及管段進行概化，選取芝加哥雨型作為模擬設計暴雨雨型，最終建立校園雨水收集利用徑流模型，并對其進行校驗。

對沈陽建筑大學校園雨水徑流現狀進行模擬，經分析，隨著重現期的增加，徑流總量量和平均徑流系數都呈上升的趨勢，當重現期從1a一遇上升到20a一遇時，降雨量從33.82mm上升到59.79mm，總徑流量從14.717mm上升到39.580mm，校園綜合徑流系數從0.435增加到0.662，增加了52.2%。同一時刻徑流量隨降設計重現期的增大而增大，具體為1a<3a<5a<10a<20a。排放口進流量隨降雨強度的增大而增大；排放口流量的峰值時刻略遲于降雨量的峰值。由于兩套排水系統承擔的排水區域的匯水面積及滲透性存在差異導致PFK1的流量明顯大于PFK2流量。運用積水厚度相關計算公式及雨水徑流模擬結果，對校園積水情況進行研究，得到隨著降雨重現期的增大，校園內各區域的積水厚度也隨之增加，校園內積水較為嚴重的區域分別是校前廣場區和學生生活區中的鐵石廣場區。

參考文獻

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作者簡介

馬榕徽（1993—），女，滿，遼寧省丹東市，碩士在讀，畢業于沈陽建筑大學，研究方向海綿城市。