基于SWMM与GIS的某高校低影响开发设施对内涝模拟研究

2019-11-07孙孝天陈帅

科技与创新 2019年20期

关键词：排水口内涝径流

孙孝天，陈帅

孙孝天，陈帅

（安徽建筑大学环境与能源工程学院，安徽合肥 230601）

海绵城市也称低影响开发（LID），可以通过分散、小规模的源头控制机制和设计技术[1]来有效控制暴雨所产生的内涝和面源污染。模拟结果对LID设施有良好的径流削减效果，且能减轻暴雨时校园雨水管网的工作压力，缓解甚至防止校园内涝的发生。

海绵城市；生态环境；不透水区域；绿地

据统计，合肥地区有各类高等院校60所，在校学生62.86万人，形成了合肥大学城、磨店大学城两个大学城。这些校区占地面积十分广阔，所以对大学校园进行海绵体改造是十分必要和可行的。将原有的校园排水管网则作为体系的支撑与补充和海绵体设施相互配合作用，使校园开发建设后的水文特征接近开发前[2]，有效缓解校园内涝带来的负面影响，减少人员出行不便的麻烦和生态环境的破坏。

1 研究区域概况

选取合肥某高校校区北部作为研究对象。研究对象总面积约为4.36 hm2，不透水区域主要由屋顶与路面组成，不透水区域由绿地组成。土地利用类型如图1所示。

图1 研究区域土地利用类型图

2 子区域概化

从施工图纸中将管网资料输入到模型之中。使用泰森多边形法划分子汇水区域并使用GIS建立数字高程模型后，将地理高程信息导入到模型之中。

研究区域概化情况如图2所示。

图2 校园下垫层概化图

3 LID措施

此次校园海绵城市改造主要选用绿色屋顶，透水铺装与生物滞留设施。LID设施设置参数参考了SWMM用户手册以及相关文献[3-4]。LID设施情况如表1所示。

表1 LID设施一览表

LID设施LID占地面积/m2LID面积所占研究地块百分比/（%）透水铺装6 57615 绿色屋顶4 3499 生物滞留设施4 72910 合计15 65434

4 降雨模拟

本次降雨模拟采用合肥市暴雨强度公式，降雨历时2 h，取0.4。经过专门的雨型合成软件，合成计算出暴雨重现期1年、2年、5年与10年的降雨过程线，如图3所示。

图3 不同重现期2 h降雨过程线

5 模型运行结果及分析

将不同重现期的降雨过程线数据整理成时间序列输入到模型之中，分别计算模拟出现状与经过LID改造后汇水区的径流流量及径流峰值[5]。校园现状与LID改造后径流流量对比及削减率如表2所示。

表2 校园现状与LID改造后径流流量对比及削减率

方案重现期 1a2a5a10a 现状/m31 3901 7902 3102 760 LID方案/m39301 1901 5701 870 削减率/（%）3333.532.632.2

可以看出，经过LID改造后，径流流量削减十分显著。随着重现期的增大，削减率略有下降但仍能保持在32%～33%之间。

校园现状与LID改造后径流峰值对比及削减率如表3所示。

表3 校园现状与LID改造后径流峰值对比及削减率

方案重现期 1a2a5a10a 现状/m31.011.31.72.05 LID方案/m30.60.791.131.45 削减率/（%）40.639.233.529.2

流量峰值的削减率从40.6%下降到29.2%，说明随着重现期增大，降雨强度随之提高，径流峰值削减效果会有所降低，但还能起到可观的作用。

一年一遇2 h降雨排水口流量对比如图4所示，两年一遇2 h降雨排水口流量对比如图5所示，五年一遇2 h降雨排水口流量对比如图6所示，十年一遇2 h降雨排水口流量对比如图7所示。

可以看出，经过LID改造后从总排水口流出的流量有所减少，并且随着重现期的增大，流量削减效果也越来越突出。

6 结论

本文基于现有校园的管网及地形地貌，结合芝加哥降雨线分别现状及LID改造后校园径流及排水口交流变化，从模拟结果上看，LID设计可有效减少径流流量和流量峰值，可有效防止校园出现大面积积水的情况，而从总排口的流量变化可以看出，LID设计随着重现期的增长在排水口流量的削减效果也越来越突出，这说明LID设施可有效降低暴雨期间校园原有雨水管网设施的压力。