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～產匯流模型，對新建道路方案進行洪水影響分析，找出道路潛在積水點，適時調整管網及道路設計方案確保方案經濟合理，并具可實施性，消除項目區受外水影響。同時，在分析結果的基礎上，要求設計方案綜合考慮采用透水鋪裝、綠化隔離帶、雨水調蓄水池、初雨設施等措施，使降雨盡可能就地消納或蓄存起來加以利用，減小項目區外排水量，減輕項目建設對周邊環境的影響，避免實施后存在路面積水隱患。

關鍵詞：SWMM;路面積水;內澇分析

中圖分類號：TU992 文獻標志碼：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，城市暴雨及連續性強降雨頻率增加，同時由于城市下墊面條件改變等原因，導致因城市降雨強度及地表徑流量超出雨水管網排水能力引起的城市道路積水現象嚴重且頻繁發生，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、引發交通擁堵和通行困難，存在造成人員傷亡及經濟損失的隱患。因此，加強對城市道路積水點分析及監測，對新建、改建道路進行洪水影響分析，合理有效地安排潛在積水點應急排水設施及搶險措施，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的雨水口;道路縱向存在凹點，局部積蓄量過大，雨水口尺寸過小，道路兩側雨水口間距設置不合理，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，使路面存在積水風險。

1.2 雨水管網設計標準偏低

由于空間、時間以及經濟等方面因素的限制，建設項目配套雨水管網設施設計標準基本采用規范規定的下限標準，還可能因特殊原因而導致項目設計不滿足標準，導致雨水管網無法承接地面暴雨導致地表徑流，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，建設項目上下游雨水系統無法有效銜接;雨水排口受到下游河道水位頂托，以及雨水系統維護不足導致不能正常運行。

2 建設項目洪水影響分析

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行洪水影響分析，根據分析結果對方案及時調整，避免實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，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市政雨水管網。

2.2 項目區凈雨過程線計算

項目內澇防治設計重現期采用50年。根據《北京市水文手冊》，項目區50年一遇24h降雨量為347.3mm，項目建成后內澇分析范圍內道路不透水面積比為61%，本次按不透水率61%計。按照城市建設區洪水計算方法，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～產匯流模型，分析內澇對建設項目的影響。SWMM主要通過構建項目區降雨～徑流模型，在不同條件下（降雨頻率、下墊面條件等）對降雨徑流進行模擬，由模擬結果中節點溢流量、管段超載數、洪峰流量、節點深度、洪峰時間、綜合進流系數等指標研究分析管網系統的排放規律、積水情況、管網能力以及實時預測管網運行情況等。

根據項目排水方案，將項目區承擔的兩側地塊排水范圍分為15個單元匯水分區，每個匯水分區根據排水方案井位再細化，共劃分為54個子匯水分區。各分區獨立進行降雨～產匯流模擬后，再經雨水管網演進計算得到排水系統徑流過程;根據項目區及匯水范圍內現狀及規劃雨水管情況，建立29個節點和2個出口，節點為雨水收集井，出口為項目區雨水管線入其他市政管線雨水管接口。項目區SWMM模型概化圖見圖2。

2.3.1參數選取

本次模擬涉及主要參數為流域面積、寬度、坡度等流域特性參數;雨水管道長度、管道坡度、管徑等雨水管特性參數;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。

（1）流域特性、雨水管特性參數

本次根據項目區排水方案，核算各分區匯水面積、流域寬度，根據地塊規劃地坪高程計算匯水范圍內流域坡度。

雨水管各特性參數依照該排水方案取值。

（2）下墊面參數

根據項目下墊面類型，加權平均計算各排水分區綜合流量徑流系數，建設用地采用0.6，綠地采用0.3，道路采用0.9。結合用地規劃，本次選取各排水分區綜合徑流系數為0.55。

透水、不透水面積的曼寧系數分別取為0.1、0.025。

2.3.2 模型驗證

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

驗證成果詳見表1。

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

2.3.3 模擬結果

模擬結果表明，項目區雨水管網實施后在50年一遇降雨條件下，道路1～道路2出現漫溢，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漫溢段發生在樁號約K0+260東西150m范圍內。將383m3漫溢水量分攤，以25m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。

根據計算結果，道路1樁號K0+260上下150m范圍內產生積水，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 結論

采用SWMM模型對新建道路進行內澇分析，確定新建道路潛在積水點，適時調整管網及道路設計方案確保方案經濟合理，并具可實施性;根據分析結果，對潛在積水點進行實時監測，并制定預警方案，一旦發生超標準洪水致使路面積水發生內澇，可迅速做出應急搶險反應，降低危害發生，減小經濟損失。同時，在分析結果的基礎上，道路設計方案要綜合考慮透水鋪裝、綠化隔離帶、雨水調蓄水池、初雨設施等措施，使降雨盡可能就地消納或蓄存起來加以利用，減小項目區外排水量，減輕項目建設對周邊環境的影響，降低內澇風險。項目實施前對建設方案進行洪水影響分析，避免外水對本項目的威脅，降低項目建設對周邊環境影響，避免經濟損失。

參考文獻：

[1]吳慧英，江凱兵，李天兵，等.基于SWMM的市政排水管道泥沙淤積對溢流積水影響的模擬分析[J].給水排水，2019，55（11）：135-139.

[2]楊靜，洪德松，張斌.基于高精度MIKE模型的居住小區雨水系統評價及內澇積水分析[J].水利與建筑工程學報，2019，17（03）：236-241.

[3]姜煒.淺談道路積水相關的排水設計[J].居業，2019（05）：21+23.

[4]宋麗華.城市道路積水分析及排水設計研究[J].海峽科技與產業，2018（08）：90-92.

[5]費宇婷，沙崢崢，薛嘉兵.城市道路積水成因分析及解決對策[J].工程建設與設計，2016（13）：103-106.

[6]尤鳳春，郭麗霞，史印山，等.北京強降雨與道路積水統計分析及應用[J].氣象，2013，39（08）：1050-1056.

[7]姚曉平.太原市城市道路積水情況分析[J].山西建筑，2013，39（11）：138+225.

[8]張碧琴，王大偉，韓朝峰.城市道路積水成因分析及線性排水設計[J].公路交通科技（應用技術版），2009，5（03）：102-104.

[9]郝身群，宋國軍，郭敏.洛陽市城市道路積水成因分析及防治對策[J].城市道橋與防洪，2008（05）：37-39+9.

[10]王秀榮.“7·21”北京地區公路下凹式橋區積水的原因分析及處理措施[J].給水排水，2013，49（S1）：158-160.

[11]GB50014-2006.室外排水設計規范（2016年版）[S].

[12]DB11/T969-2016.城鎮雨水系統規劃設計暴雨徑流計算標準[S].