鞍山市區域排水分析系統

史高峰

【摘要】鞍山市區域排水分析系統以全市地形及用地類型數據為基礎，通過建立匯水面模型和雨水設計流量模型，確定匯水區域以及雨水流量和排水管渠所需斷面尺寸，從而排水管網現狀基礎上，智能分析鞍山易澇區域，提出排水管線設計解決方案，全面評估管網能力，為城市管網規劃、排水防澇提供決策依據。

【關鍵詞】匯水面模型;雨水設計流量模型;智能分析;評估管網能力

1、前言

鞍山市管網老化程度較大，舊城區內城市排水設施配套相對滯后，管網建設年代久遠，管徑偏小，早期排水基礎設施投入不足導致排水管網標準較低，嚴重影響了城市排水效率，造成舊城區內污水冒溢、下雨積水等現象時有發生。

2、系統架構

為提高排水管網分析能力，解決城市排水問題，建立了鞍山市區域排水分析系統。系統采用B/S架構模式，服務器中集成匯水面模型、雨水設計流量模型、用地類型、現狀排水管線，用戶端對服務器端數據進行調用，并通過在瀏覽器端繪制區域，從而分析區域內的匯水面及所需管線斷面尺寸。

3、匯水面模型

匯水面模型基于數字高程模型（DEM）和D8單流向算法進行構建。利用ArcGIS模型構建器，創建匯水面模型，模型創建方法為：創建TIN→TIN轉柵格→填洼→流向→流量→條件函數→河流鏈接→河網分級→柵格河網矢量化→要素折點轉點→捕捉傾斜點→分水嶺→柵格轉面。最終根據城市地形高程點或者數字高程模型（DEM）劃分集水區域。模型如圖1所示：

4、雨水設計流量模型

雨水設計流量按下式計算：

Q=ψqF

（1-1）

式中Q-雨水設計流量（L/s）;

ψ一凈流系數，其數值小于1;

F-匯水面積（ha）;

q-設計暴雨強度（L/（s·ha））。

4.1徑流系數子模型

城市用地徑流總量控制是城市雨洪管理極重要的目標[1]，影響ψ值的主要因素為地面覆蓋種類的透水性，目前在雨水管渠設計中，徑流系數通常采用按地面覆蓋種類確定的經驗數值，不同用地類型的徑流系數值見表1所示。

由于匯水面積由各種性質的地面覆蓋所組成[2]，因此需要將鞍山市用地類型與表1徑流系數ψ值進行關聯，通過對不同用地類型的凈流系數進行加權計算，從而建立起鞍山范圍內徑流系數子模型。

4.2設計暴雨強度

設計暴雨強度與暴雨強度i、降雨歷時t、暴雨強度重現期P有關，其中，暴雨重現期的選擇對暴雨強度影響最大[3]。現如今各個城市都建立了暴雨強度公式，對于沒有暴雨強度公式的城市，可選用附近地區城市的暴雨強度公式。

5、集成現狀排水設施

根據上述匯水面模型和雨水設計流量模型可對不同匯水面的設計雨量進行預估，從而確定雨水設計流量，進而確定雨水管渠斷面尺寸。同時，通過將現狀排水管線集成到系統當中，即可分析出當前現狀排水管線是否滿足雨水流量。

結語：

鞍山市區域排水分析系統將排水管網及其附屬設施的地理空間信息和相關屬性信息有機結合起來，其設計合理性以及良好排水效果將為鞍山市打造完善的排水管網，將排水洪澇隱患消除在萌芽狀態，從而滿足城市生活需求，為城市建設提供保障，為政府決策提供科學決策。

參考文獻：

[1]韓志剛.水環境容量約束下的雨水排放系統設計[J].給水排水，2015，51（S1）：165-166.

[2]張自杰.排水工程下冊（第四版）[M].排水工程下冊（第四版）.中國建筑工業出版社2000.

[3]趙偉義，趙鳳偉.淺談雨排水管網設計的若干優化方式及建議[J].中國勘察設計，2018（06）：98-100.