SWMM模型在市政道路LID雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張欣蓓

(西北綜合勘察設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710003)

0 引 言

市政道路LID雨水系統(tǒng)是解決其排水問(wèn)題的關(guān)鍵措施，近年來(lái)成為市政道路發(fā)展的主要建設(shè)目標(biāo)。基于此，本文將SWMM模型應(yīng)用在市政道路LID雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，致力于實(shí)現(xiàn)對(duì)市政道路LID雨水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 SWMM模型

SWMM模型作為一種動(dòng)態(tài)模擬模型，能夠模擬降雨-徑流的動(dòng)態(tài)過(guò)程，主要應(yīng)用于城市雨水模擬中，為城市雨水管理提供參考[1]。隨著SWMM模型的不斷發(fā)展，目前已經(jīng)更新到SWMM5.1版本，在原有的LID模塊中新增3種LID措施，分別為：植草溝、屋頂散水以及雨水花園，在傳統(tǒng)降雨-徑流模擬過(guò)程中加入了生物滯留處理措施。因此，有必要將SWMM模型應(yīng)用在市政道路LID雨水系統(tǒng)中。本文基于SWMM模型開(kāi)發(fā)的市政道路LID雨水系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)內(nèi)容如下。

2 市政道路LID雨水系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 傳感器

本文設(shè)計(jì)的傳感器型號(hào)為KLK54780023，具體參數(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 KLK54780023傳感器參數(shù)指標(biāo)

結(jié)合表1所示，在不同位置安裝KLK54780023傳感器，實(shí)時(shí)、有效、全面地獲取市政道路LID雨水?dāng)?shù)據(jù)，為后續(xù)環(huán)節(jié)提供輸入和參考。KLK54780023傳感器使對(duì)市政道路LID雨水全方位立體感知成為可能，豐富了傳統(tǒng)傳感器類型和能力，進(jìn)而滿足市政道路LID雨水系統(tǒng)應(yīng)用的需求。

2.2 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器

傳感器采集到的模擬量數(shù)據(jù)不符合系統(tǒng)運(yùn)行需求，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換采集數(shù)據(jù)。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的精準(zhǔn)度直接影響此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，因此根據(jù)系統(tǒng)的需要設(shè)計(jì)型號(hào)為AGVD-SDNV1400的32位半閃速結(jié)構(gòu)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。該型號(hào)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器不僅具備高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的功能，并且還具有轉(zhuǎn)換保持電路功能。該型號(hào)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器主要性能指標(biāo)為：20V多電源供電、分辨率為32位、20M SPS最大轉(zhuǎn)換速率、60 ms轉(zhuǎn)換周期、2.5個(gè)時(shí)鐘的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)等待時(shí)間。AGVD-SDNV1400模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器各個(gè)引腳功能見(jiàn)表2。

表2 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器引腳功能

結(jié)合表2所示，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器用于驅(qū)動(dòng)兩路采樣比較器，由編碼器生成數(shù)字信號(hào)，由高四位和低四位合并形成最終的16位傳輸數(shù)據(jù)，提高市政道路LID雨水?dāng)?shù)據(jù)傳輸效率。

3 市政道路LID雨水系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)軟件部分，共分為3步主要流程，基于SWMM模型的市政道路LID雨水系統(tǒng)軟件流程圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)軟件流程圖

下文對(duì)圖1中主要流程展開(kāi)詳細(xì)研究。

3.1 基于SWMM模型設(shè)定市政道路LID雨水模擬參數(shù)

通過(guò)SWMM模型，設(shè)定市政道路LID雨水模擬參數(shù)，其中包括市政道路水文、水力參數(shù)。根據(jù)SWMM模型用戶手冊(cè)[2]設(shè)定的市政道路LID雨水模擬參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 基于SWMM模型設(shè)定市政道路LID雨水模擬參數(shù)

結(jié)合表3所示，為基于SWMM模型設(shè)定市政道路LID雨水模擬參數(shù)，以此為基礎(chǔ)，為市政道路LID雨水模型提供運(yùn)行環(huán)境。

3.2 計(jì)算市政道路LID雨水強(qiáng)度

在基于SWMM模型設(shè)定市政道路LID雨水模擬參數(shù)的基礎(chǔ)上，還需要計(jì)算市政道路LID雨水強(qiáng)度，有針對(duì)性地模擬市政道路LID雨水滲透，保證市政道路LID雨水排水能力。設(shè)市政道路LID雨水強(qiáng)度的計(jì)算表達(dá)式為i，可得下列公式：

式中：P為市政道路LID雨水總量；t為降雨時(shí)長(zhǎng)。通過(guò)該公式，得出市政道路LID雨水強(qiáng)度，結(jié)合上文所設(shè)定的市政道路LID雨水模擬參數(shù)，基于SWMM模型動(dòng)態(tài)模擬市政道路LID雨水降雨-徑流過(guò)程。

3.3 動(dòng)態(tài)模擬市政道路LID雨水徑流

利用上文所得參數(shù)，在SWMM模型中，記錄當(dāng)下產(chǎn)生的涌水量以及相同時(shí)間段下的排水量[3]。保證涌水量必須小于排水量，將市政道路LID雨水壓力控制在允許范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)市政道路LID雨水徑流動(dòng)態(tài)模擬。

4 實(shí)例分析

4.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本文通過(guò)構(gòu)建實(shí)例分析的方式，以M市政道路為本次實(shí)驗(yàn)對(duì)象。隨機(jī)選取一臺(tái)運(yùn)行系統(tǒng)為XP的計(jì)算機(jī)。在計(jì)算機(jī)上安裝雙端口萬(wàn)兆位的路由協(xié)調(diào)控制器，安裝流程需要嚴(yán)格的遵循互聯(lián)網(wǎng)連通標(biāo)準(zhǔn)，并允許地方局域網(wǎng)或存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其的共享，將網(wǎng)絡(luò)格局實(shí)施統(tǒng)一化的處理。實(shí)驗(yàn)測(cè)試運(yùn)行環(huán)境為開(kāi)放性B/S系統(tǒng)，先用傳統(tǒng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬市政道路LID雨水徑流，設(shè)置為對(duì)照組；再用本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬市政道路LID雨水徑流，設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組。實(shí)驗(yàn)主要對(duì)比內(nèi)容為測(cè)試兩種系統(tǒng)的雨水徑流洪峰流量，雨水徑流洪峰流量數(shù)值越高證明該系統(tǒng)的排水效率也就越高，設(shè)置雨水模擬時(shí)長(zhǎng)為0.5～4.0 h，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

整理雨水徑流洪峰流量對(duì)比結(jié)果，見(jiàn)表4。

表4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表

通過(guò)表4可知，本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)雨水徑流洪峰流量明顯高于對(duì)照組，具有現(xiàn)實(shí)推廣價(jià)值。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)SWMM模型在市政道路LID雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究，取得一定的研究成果，可用于解決傳統(tǒng)市政道路LID雨水系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，能夠指導(dǎo)市政道路LID雨水系統(tǒng)的優(yōu)化，具有現(xiàn)實(shí)意義，因此在以后的發(fā)展中應(yīng)加大SWMM模型在市政道路LID雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用力度。截至目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)基于SWMM模型的市政道路LID雨水系統(tǒng)的研究仍存在一些問(wèn)題，在日后的研究中還需要進(jìn)一步對(duì)市政道路LID雨水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，為提高市政道路LID雨水系統(tǒng)的綜合性能提供參考。