基于SWMM的银川市某停车场雨洪模拟分析

李月恒，崔自治，李亚东，丁妍妍

（宁夏大学 土木与水利工程学院，宁夏 银川 750021）

银川市的停车场大多为传统露天停车场，雨水主要通过排水管网排泄，经历短时强降雨时径流总量大，易导致场地积水，且雨水中的面源污染物多。为提高雨水利用率，解决城市内涝，降低城市温室效应，吴盈盈等[1]使用暴雨洪水管理模型（SWMM）模拟研究了区域降水径流过程，发现低影响开发（LID）设施对径流峰值和总量都有削减作用，并在一定程度上延缓洪峰出现时间。卢明明等[2]构建SWMM，探讨了不同降雨强度下的生态滞留设施、植草沟、透水路面以及组合模式下的城市道路LID设施雨水调控效果。甘丹妮等[3]通过构建SWMM，发现不同的LID设施组合都能有效地调控雨洪，但是随着暴雨重现期的增加，雨洪调控效果有所减弱。LID设施对地表径流的调控效果良好，可以有效解决场地积水问题。本文针对银川市某大型传统停车场在经历短时强降雨时场地积水问题，通过面层透水铺装、植草沟和两者组合等LID设施改造，应用暴雨洪水管理模型（SWMM）探索停车场径流总量、径流系数和径流峰值等随暴雨重现期变化的规律，对银川市传统露天停车场改造具有现实意义。

1 研究方案

1.1 停车场概况

停车场为银川市兴庆区某大型露天停车场，地势平坦，总面积约为5.8 hm2，面层为不透水层，仅布置少量普通的绿化带。停车场周围为环形行车道，内部布置三条大致东西走向的行车道，行车道间布置两排停车位，场地内排水管网沿内部两条行车道布置。

1.2 改造方案

常见的LID设施有透水铺装、雨水花园、雨水桶、植草沟、生物滞留池等。基于研究对象为停车场，保留原有排水管网，仅改造停车位和绿化部分。设置3种改造方案：方案一，仅将停车位改造成透水铺装；方案二，仅设置植草沟；方案三，透水铺装与植草沟组合。透水铺装由面层、蓄水层和土壤基层组成。结合景观与雨水调节，植草沟东西走向沿两排停车位间共布置4道，南北走向沿停车场边缘和中部共布置3道植草沟。

1.3 区域概化

停车场区域范围不大，管网布置简单，根据场地地形特征和排水系统相关元素，将区域划分为16个子汇水区域、9个节点、9个管段、1个排放口，区域内无市政管道贯穿，仅排放口处外接市政管道，概化结果如图1所示。

图1 研究区域概化图

1.4 雨型设计

芝加哥雨型能很好地描述暴雨过程中的平均雨强、最大雨强和瞬时雨强，被大量学者采用。本文采用芝加哥雨型，结合银川市暴雨强度公式，进行时长120 min，雨峰系数r为0.453，重现期分别为1，5，10，20 a的降雨模拟。

银川市暴雨强度公式如下[4]：

式中：q为暴雨强度，mm/min；p为重现期，a；t为降雨历时，min。

根据银川市暴雨强度公式，结合芝加哥雨型，得出4种不同暴雨重现期时的降雨过程，如图2所示。

图2 降雨过程线

2 结果与分析

2.1 场地改造前

根据《水文情报预报规范》（SL 250—2000）[5]、SWMM用户使用手册确定模型水量参数，如表1所示。模拟得出不同重现期下场地地表径流结果如表2所示，场地管道排水及节点溢流情况如表3所示。

表1 模型水量参数

由表2可知，随着暴雨重现期的增加，降雨总量、径流总量、降雨峰值、径流峰值都在增大，径流系数也在不断增加，说明在短时间内经历极端强降雨会使研究区域径流量不断加大。由表3可知，暴雨重现期的增加致使初始满流管道和初始溢流节点逐渐提前，全部满流的时间也逐渐提前，满流维持的时间越来越长，停车场地表滞水。

表2 改造前不同重现期下场地地表径流

表3 改造前场地管道排水及节点溢流情况

2.2 场地改造后效果分析

2.2.1 相关参数 透水铺装：面层表面坡度为0.5%，表面粗糙度为0.12；蓄水层厚度为500 mm，孔隙率为30%，渗水速率为12.5 cm/h。植草沟：表面坡度为1.0%，表面粗糙度为0.10，植被容积分数为0.6，初始饱和度为20%。

2.2.2 模拟结果与分析 场地不同暴雨重现期下各改造方案的雨量模拟结果如表4所示，削减率如图3所示。

从表4可知，3种改造方案的径流量、径流峰值、径流总量和径流系数均随着重现期的增长呈现出增大的趋势，方案二的各项数值均大于方案一和方案三，说明方案二对径流总量、径流峰值和径流系数的削减效果不如方案一和方案三好。

表4 各改造方案的雨量模拟结果

由图3可知：在暴雨重现期分别为1，5，10，20 a时，研究区域采用方案一时，研究区径流总量较未进行LID设施布置前削减了70.2%，69.6%，68.5%，66.7%，径流系数较之前分别削减了71.2%，70.3%，68.4%，67.2%，径流峰值较之前分别削减了70.3%，69.5%，68.7%，66.3%；当研究区域采用方案二时，研究区径流总量较未进行LID设施布置前削减了25.2%，24.3%，23.8%，23.3%，径流系数较之前分别削减了6.32%，5.49%，5.11%，4.95%，径流峰值较之前分别削减了34.19%，33.95%，33.5%，33.1%；当研究区域采用方案三时，研究区径流总量较未进行LID设施布置前削减了85.8%，85.3%，85.1%，84.9%，径流系数较之前分别削减了74.11%，73.6%，73.4%，73.3%，径流峰值较之前分别削减了90.98%，90.92%，90.89%，90.76%。通过对比以上结果可知，对研究区进行LID设施布置后，随着暴雨重现期时间增长，各项雨量指数都出现增大的现象，较未进行LID设施布置前雨量的削减量也在增大，但3种方案下的削减率均呈现逐渐下降的趋势。

图3 雨洪调控削减效率

方案二在4种重现期时，GQ7，GQ8总是最先满流，J4，J8，J9节点最先溢流，分别在第49，45，41，37 min时刻所有管道满流；方案一在20 a重现期时，GQ7，GQ8最先满流，J4，J8节点最先溢流，第55 min时所有管道满流，其他重现期均无满流情况；方案三在4种重现期时均无满流溢流现象。

3 结论

（1）场地在设置LID设施前后，地表径流总量、径流峰值、径流系数都随着暴雨重现期的增长而增大，且3种方案对雨洪的削减率随着重现期的增长逐渐降低。

（2）透水铺装和植草沟两种LID设施对场地的雨水径流都有不同程度调节，方案三最好，方案一次之，方案二最弱。方案二不能解决停车场地的积水问题，方案一可解决暴雨重现期10 a以内的停车场地的积水问题，方案三可解决暴雨重现期20 a以内的停车场地的积水问题。