基于SWMM的校园雨水径流模型建立及模拟

摘 要：目的：在校园内开展海绵城市相关研究，为利用海绵城市的建设解决内涝问题打下坚实基础，起到示范作用。方法：以沈阳建筑大学校园为研究对象，利用SWMM雨水径流模拟软件，构建校园雨水径流模型。运用该模型对沈阳建筑大学校园雨水径流现状进行分析。结果：经验证，NS值分别为0.82和0.95，认为模拟径流量与实际径流量吻合度较高，模拟结果可信。结论：随着降雨重现期的增大，校园内各区域的积水厚度也随之增加。

关键词：海绵城市；径流模拟模型；现状模拟分析

近年来随着城市化进程不断发展，城市不透水面积的大幅度增加，导致城市内涝、水资源短缺、面源污染加剧等问题接踵而至。因地制宜的建立符合城市可持续发展的海绵城市建设是新时期解决内涝问题的主要方向。校园作为一个特殊的社会子系统，具有人口密度高，功能分区全，与城市规划类似的特点，因此在校园内开展海绵校园相关研究具有较强的示范作用。

随着雨水控制管理体系的不断发展与成熟，目前国内外已开发出多款雨水控制管理模型，但多数模型适用性较为单一，功能不够全面。经比较SWMM模型能完整模拟单场或连续的降雨汇流过程和径流水质模拟，并且拥有评估雨水控制设施、分析排水系统等能力， 且操作简单、实用性强，基于研究的可行性考虑本题采用SWMM雨洪管理软件进行研究。

1 校园径流现状模拟分析

根据沈阳市暴雨强度公式，取设计重现期为1 a，3 a，5 a，10 a，20 a的短时降雨设计降雨过程，运用校园雨水径流模型对校园径流现状进行模拟分析。其中降雨历时为2小时，模拟历时为4小时，时间步长为1 min。

对沈阳建筑大学不同降雨重现期下的径流情况进行量化，表1是对校园内各汇水面在不同设计重现期下的径流深度及峰值径流量的统计，表2是对校园整体径流量和综合径流系数进行的统计。

经统计对比得出随着设计重现期的增大各汇水区的径流量及峰值径流量也在增大，但由于各汇水面性质不同，各汇水面的径流变化情况也存在差异。随着重现期的增加，径流总量和平均径流系数都呈上升的趋势，当重现期从1a一遇上升到20a一遇时，降雨量从33.82mm上升到59.79mm，随着降雨强度的增加，总径流量从15.363mm上升到40.292mm，径流总量增大了近三倍，校园综合径流系数从0.439增加到0.701，增加了62.6%。

通过不同重现期校园径流总量随降雨历时变化过程，可以得出同一时刻径流量随降雨重现期的增大而增大，具体为1a<3a<5a<10a<20a；不同重现期径流变化趋势相同，与降雨过程相似都是先增大后减小，在未达到径流量峰值时，径流量随降雨历时的增大而增大，到达峰值后随降雨历时的增大而减少。这是由于降雨刚开始时，降雨强度较小，土壤较为干燥渗透速率较大，地面径流产生量较少，随着降雨历时的不断累积、降雨强度的逐渐增大，地面的径流量也逐渐增大，在降雨强度达到峰值时地面径流量也达到最大。之后因为下渗及雨水管网的调蓄作用，随着降雨强度的减小径流量也不断减小，但由于径流累积的作用，在降雨结束时校园内仍有一定量的雨水径流。

对沈阳建筑大学不同降雨重现期下的排放口流量进行模拟分析，对校园内两个排放口在不同设计重现期下的流量和降雨强度的统计。可以得降雨强度是排放口流量的主要影响因素，排放口进流量随降雨强度的增大而增大；排放口流量的峰值时刻略迟于降雨量的峰值；当降雨重现期较大时，排放口在流量达到峰值时会产生溢流并持续一段时间。PFK1的流量明显大于PFK2流量，这是由于两套排水系统承担的排水区域的汇水面积及渗透性存在差异导致的。

2 结论

基于SWMM雨水径流模拟模型，向其中输入沈阳建筑大学校园雨水径流情况相关参数，对各子汇水面及管段进行概化，选取芝加哥雨型作为模拟设计暴雨雨型，最终建立校园雨水收集利用径流模型，并对其进行校验。

对沈阳建筑大学校园雨水径流现状进行模拟，经分析，随着重现期的增加，径流总量量和平均径流系数都呈上升的趋势，当重现期从1a一遇上升到20a一遇时，降雨量从33.82mm上升到59.79mm，总径流量从14.717mm上升到39.580mm，校园综合径流系数从0.435增加到0.662，增加了52.2%。同一时刻径流量随降设计重现期的增大而增大，具体为1a<3a<5a<10a<20a。排放口进流量随降雨强度的增大而增大；排放口流量的峰值时刻略迟于降雨量的峰值。由于两套排水系统承担的排水区域的汇水面积及渗透性存在差异导致PFK1的流量明显大于PFK2流量。运用积水厚度相关计算公式及雨水径流模拟结果，对校园积水情况进行研究，得到随着降雨重现期的增大，校园内各区域的积水厚度也随之增加，校园内积水较为严重的区域分别是校前广场区和学生生活区中的铁石广场区。

参考文献

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作者简介

马榕徽（1993—），女，满，辽宁省丹东市，硕士在读，毕业于沈阳建筑大学，研究方向海绵城市。