基于PCSWMM模型的山體水安全治理研究

李洋洋 張崴棟 鄒福建 黃 偉 蘇 永 魏海峰

（1.徐州市水利建筑設計研究院 2.徐州市銅山區房村水利站 徐州 221100）

1 引言

2012年4月，《2012 低碳城市與區域發展科技論壇》首次提到了“海綿城市”這一概念。2013年12月，習近平總書記在《中央城鎮化工作會議》的講話中所強調：“要讓城市融入大自然，不要花大氣力去劈山填海，很多山城、水城很有特色，完全可以依托現有山水脈絡等獨特風光，讓居民望得見山、看得見水、記得住鄉愁；解決城市缺水問題，必須順應自然。”為了貫徹和落實總書記講話和會議精神，2013年徐州市全面開展海綿城市建設工作。2016年7月，江蘇省第一批海綿城市建設試點城市新增加一座城市——徐州市。

2 工程概況

項目區位于徐州市主城區西部。項目區建設重要的內容為截水溝工程，更是該區域澇防治的重要措施。截水溝工程范圍內遍布多條道路，人口聚集，山體面積較大，項目區地面高程起伏較大，是淹、澇的重災區，并且由于徐州市發展建設、地塊開發，區內多條排澇溝渠被填埋，使項目區的防洪排澇任務加重。為消除項目區山體的排澇問題，保護周邊居民的人身財產安全、提高城市品位以及促進城市可持續發展具有重要的意義。

3 模型介紹

為進一步復核、初擬截水溝斷面數據是否可以滿足海綿城市對水安全的要求，本次采用PCSWMM軟件，二維模擬淹水程度來對其進行分析。

該軟件是加拿大水利局根據EPA SWMM 軟件，集成了其各種功能之后進行再的一款用于商也用途的軟件，使其模擬過程更加方便、更加明了。

其被應用于綠色工程設施設計、2D 建模、整體模型、水質分析、防洪排澇系統計算、實時控制管理和洪水風險分析等方面。該軟件擁有模塊有水文模擬、水動力模擬，能夠模擬降雨地表產流、地表匯流，支持1D、2D 模型的耦合，可模擬降雨產生的水流及水流中雜物移動的過程，對其進行動態模擬，也可對因暴雨產生的水流有關的水量及水質問題進行進一步分析。

4 方案設計及計算結果

4.1 水文分析

4.1.1 降雨數據

根據實際情況，選用SWMM 模型建立研究截水溝集水范圍內暴雨產匯流模型，并根據模型結果進行截水溝工程優化設計。由《江蘇省暴雨參數圖集》（2005年），查算徐州市24h 歷時5年一遇、10年一遇、20年一遇以及30年一遇的點雨量，經點面轉換得到不同重現期下的設計降雨量。

采用江蘇省暴雨等值線圖法對各重現期設計降雨進行時程分配，將其作為產匯流模型的輸入降雨。軟件計算采用30年一遇24h 的設計降水過程，見圖1。

4.1.2 模型構建及分析

SWMM 模型參數分為兩部分，產流過程參數、匯流過程參數。根據暴雨強度公式及降雨雨型，結合海綿示范區規劃地形以及受納水體30年一遇設計洪水位，利用SWMM 研究海綿示范區截水溝設計集水范圍內的產、匯流情況，通過模型進一步優化截水溝斷面設計。

圖1 徐州市30年一遇24h 的降水過程圖

圖2 現狀內澇積水深度示意圖

圖3 A 線截水溝模擬結果圖

圖4 B 線截水溝模擬結果圖

圖5 C 線截水溝模擬結果圖

圖6 D 線截水溝模擬結果圖

圖7 設置截水溝后的積水區域分布圖

表1 集水范圍表

表2 現狀內澇積水深度表

4.1.3 匯水分析

根據排水規劃圖紙、規劃豎向以及規劃用地屬性等參數建立SWMM 模型，依據截水溝空間范圍，劃分截水溝的服務范圍，集水范圍共計2.79km2，見表1。

4.2 現狀內澇分析

現狀試點區內在30年一遇重現期降雨條件下，整體內澇較嚴重，主要原因是未開發地塊存在局部低點，管網排水標準低，導致排水不暢；另外現狀王窯河排水能力不足，影響上游管網排水導致周邊地塊積水。按區域主要分5 個區域，見表2。現狀內澇積水深度見圖2。

4.3 工程布置

結合周圍地塊設計標準為3～5年的規劃管網布置，本文在試點區內山腳下設置截水溝，以便于將山體澇水轉輸至附近海綿濕地中。

4.3.1 截水溝平面布置

海綿城市截水溝工程主要包括：泉潤大道東段截水溝（D1～D6 段0.703km）、泉潤大道中段截水溝（B2～B3 段0.912km）、車輛段南側東段截水溝（B1～B2段0.776km）、車輛段南側西段截水溝（A1～A2 段0.664km）、車輛段西側截水溝（A2～A3 段0.407km）、支路10 截水溝（C1～C3 段1.582km）和入泉潤公園箱涵（A3～A4 段0.888km）。

4.3.2 模擬結果

利用PCSWMM 軟件計算復核截水溝斷面尺寸。經過PCSWMM 模型模擬，截水溝30年一遇降雨情況下設計水面線均低于地面高程。相應各段截水溝水力計算結果詳見圖3～圖6。

4.3.3 積水深度

通過PCSWMM 建模模擬計算，截水溝實施后，在規劃管網建設完備后，截水溝匯水區范圍內的內澇情況有顯著改善，見圖7。其中，區域1 積水減少，積水在16～34cm；區域2 徐蕭公路除澇效果良好；區域3 無截水溝，積水與規劃管網條件下的情況基本一致；區域4 產生的效果明顯，積水基本在18～38cm

5 結語

通過PCSWMM 建模軟件計算了徐州市海綿城市試點區內山體周邊現狀內澇情況，并結合截水溝工程布置，利用PCSWMM 軟件將項目區內澇情況控制在城市建設要求范圍內■