基于SWMM 的干旱区小城镇雨洪系统研究构想

吴晓枫，燕宁娜*

（宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川 750021）

我国是一个干旱缺水严重的国家，水资源总量缺乏，但是每年雨季的时候都会面临洪水的威胁。而洪水所导致的雨洪问题和城市排水问题在近些年越来越受到重视，传统的解决方法在效率和成本上已经不能满足现在的要求。而当前的软件技术如SWMM（Storm Water Management Model），越来越受到青睐，其实时模拟和低成本特点是主要的优势。既能够满足需求，又可以对现状雨洪建立模型，找出存在问题。

目前国外有关SWMM模型的研究主要集中在对模型参数设定、下垫面及模型的模拟效率中。国外研究起步较早，相关的理论具有很高的参考价值，对现在的研究具有很大的启发性。国内在内涝排水模拟以及风险识别、雨水管网设计、城市内涝控制方面取得了一定的研究。但是在干旱地区小城镇缺乏实际的参考案例，既缺乏政府政策资金的支持，又缺乏专家学者的研究。如何尽快改变这种不利局面，为干旱区小城镇发展提供助力，同时更好地满足其发展的多样化、差异化的雨洪需求，有益于干旱区小城镇健康发展与建设，是干旱区城镇面临的重要课题，也是干旱区推进雨洪模式创新的重要举措。本研究立足于本土，对干旱区小城镇进行雨洪研究有助于解决宁夏干旱区小城镇雨洪设施存在的问题，有利于小城镇健康快速的发展，满足其雨洪需求，为城镇化建设提供更加有力的保障。

1 研究区概况

银川市镇北堡镇位于贺兰山东麓，因为贺兰山暴雨通常集中在7～8月份，所以镇北堡镇为了防范由暴雨产生的洪水，镇区周围建设了防洪设施。镇区的西南建有防洪堤，防止镇区受到洪水的威胁；镇区的南部建有排洪沟，雨季来临时利于洪水的排泄；镇区的东南方向建有拦洪库，存储雨季大量的洪水。由此可见，镇北堡镇常年受到较大的雨洪威胁，对其进行雨洪管理研究是必要的。2016年，宁夏银川市镇北堡镇被评为中国第一批特色小镇，如何在雨季不受暴雨的影响，从而达到特色小镇可持续发展的目标，是摆在眼前的一个迫切的问题。

2 雨洪模型发展现状

19世纪末至20世纪中期，国外就针对雨洪模型开始进行了研究，提出了一系列的水文水力数学模型，为水文学的发展奠定了厚实基础。雨洪模型理论的发展时序如表1所示。

表1 雨洪模型理论发展顺序

SWMM雨洪模型可以研究不同区域，通过选择与研究区域相匹配的产汇流模型，根据输入模型的暴雨过程线等气象条件，对研究区域雨水产生过程、汇流过程、排水管网输送过程进行模拟。所以SWMM模型针对城区雨洪模拟和非城区雨洪模拟都是适用的。

发达国家从20世纪起开始研制数学模型，主要数学模型如表2所示。1971年，在美国环保总署的支持下，M&E公司和佛罗里达大学共同开发了这款软件。通过对雨洪形成过程、下水管道运输过程、降雨流经过程和降雨分析模拟等，使过程更加直观化，有利于我们解决相关的雨洪问题。

表2 雨洪数字模型理论发展顺序

3 研究内容与实施方案

3.1 研究内容

3.1.1 干旱区小城镇雨洪系统背景与基础数据研究。以城镇雨洪系统为切入点，研究东南沿海、中部内陆地区等小城镇雨洪系统发展历程及其各自的应用。重点关注干旱区小城镇的雨洪模式发展，借鉴其它区域城镇雨洪系统发展的优点，从而实现对干旱区小城镇雨洪系统发展的整体把握。通过对研究区域进行实地调研、使用测量仪器测绘地形图、咨询当地政府部门并收集相关规划文本和图纸等。通过对研究区域基础数据资料的整合研究，确定干旱区小城镇的基础研究数据与参数。

3.1.2 干旱区小城镇雨洪模型的应用研究。以SWMM雨洪模型发展和演变为基础，构建镇北堡镇区的雨洪模型，并确定模型的参数。在建模过程中，以雨洪模型理论和研究区域实际情况相结合作为研究思路，以基础数据搜集，研究区域的管网概化、子汇水区划分为研究方法，从而建立镇北堡区域内的SWMM模型，来对不同暴雨重现期设计降雨进行模拟。

3.1.3 干旱区小城镇雨洪模型模拟结果验证研究。针对SWMM模拟应用的结果，通过近些年的实际雨洪数据来检验模拟的结果，观察是否与模拟结果契合度较高。如果二者结果存在较大误差，则需要分析误差出现的原因，并进行参数修改和反复的模拟，直至误差控制在允许的范围内。

3.1.4 干旱区小城镇雨洪系统优化策略研究。通过以上的研究，分析SWMM模型模拟结果。找出研究区内的雨洪系统不同暴雨重现期存在的问题，提出具体可靠的改进措施，针对系统存在的不足之处进行改进，提出雨洪系统优化策略。

3.2 实施方案

3.2.1 资料收集分析。通过阅读和梳理大量国内外相关文献资料和实际工程案例，同时对研究区域进行实地测绘和调研，充分掌握研究区域的规划数据和雨洪资料。并在前人研究成果的基础上掌握SWMM雨洪模型的发展历史与应用的多样化，从而比较不同区域雨洪模型应用的特点与差异，寻找规律与特征。

3.2.2 研究区模型构建。根据镇区下垫面的实际情况，结合产汇流与排水特点，对镇区进行管网的概化。由银川市暴雨公式和芝加哥雨型公式进行计算，得出设计降雨。通过SWMM模型相关文献资料和实际应用案例获取相关的运行参数，从而构建研究区域的SWMM雨洪模型。

3.2.3 研究区模拟设置及分析。对模型进行不同重现期降雨模拟，通过SWMM模型输入模拟各暴雨重现期下雨洪系统的运行状况。分析不同重现期下出现的不同情况，进行总结从而得到该雨洪管网系统的运行规律。

3.2.4 提出雨洪系统优化方案。SWMM软件模拟结束后，检查区域溢流和各管道运行情况。如果发生溢流和超载情况，则需要改变溢流点以下管道坡度与管径，从而确定出最终的雨水管网布置、排水节点位置、管道形式等。总结之后提出研究区域的雨洪系统优化方案。

4 结语

城镇化的发展，带给我们日新月异的城市风貌的同时，也产生了一系列的城市问题。本文以时间发展顺序为纵轴，对雨洪模型的各个时间阶段模型的发展、国内外SWMM模型的研究进展进行了分析研究。表明了近年来国内外针对雨洪模型的研究多集中于南方多雨地区，一方面是雨洪压力大，一方面是资金及项目资源和专家研究的投入；雨洪模型也多应用于大城市的排水管网和内涝防治；而应用于干旱区小城镇的雨洪模型研究较少，缺乏实际的参考案例。但是小城镇犹如组成人体各种组织的细胞，细胞是否良性的发展就决定了人体组织是否健康，城市也是如此。所以文章以SWMM数学模型为抓手，提出将SWMM模型应用在干旱区小城镇的构想，并制定了研究内容和技术路线，确定了优化方案和改进模式。对于干旱区小城镇雨洪模型研究，有助于解决宁夏干旱地区雨洪的问题，同时对于引导西北干旱地区的雨洪问题解决具有参考意义。

（收稿：2018-06-08）