基于SWMM的雨水管道优化设计

学报( 自然科学版) ，2012( 3) : 276-281．
过提高设计暴雨重现期来实现，因此，要提高设计管道的过流能 ［4］ Jang S M Cho． Using SWMM as a Tool for Hydrologic Impact
力，就要提高设计暴雨重现期，使之达到暴雨的排水要求，这样才
Assessment［J］． Desalination，212( 1-3) : 344-356．
井渍水的数目，提 高 管 道 整 体 排 水 能 力，同 时 减 少 由 于 渍 水 所 产
1.0
生的经济损失和其带来的社会影响。
占总节点的百分比/%
流量/m3·s-1
0.8
0.6
管道 2
0.4
管道 1
0.2
90 ◆
60 ◆
30
◆ 垂直式 水平式
0
5来自百度文库
10
降雨历时/h
图 3 管道流量历时变化
◆ ◆
0 12 345
重现期 P/年
容量
1.2
1.0
0.8
管道 2
0.6
0.4
管道 1
0.2
0
5
10
15
降雨历时/h
图 4 管道容量历时变化
图 5 渍水节点数占总节点数的百分比分布图
3 结论与展望
1） 在气象局提供的典型暴雨条件下设计雨水管道 P = 1 年时 两种布置方式均发生渍水，不能满足排水要求。
2） 根据实际的渍水情况可以看出： 垂直式的管道布置方式随 着重现期的提高，渍水明显减少，因此，在平坦区域提高设计暴雨 重现期后，雨水管道采用垂直式布置方式更加合理。
摘 要： 采用 SWMM 模型，对比分析了平坦区域垂直和水平两种管道布置形式在实际暴雨条件下随着重现期提高节点渍水情况
及管道过流能力的变化，结果表明：在平坦区域垂直式管道布置方式随着重现期的提高在暴雨条件下可以有效减少检查井渍水的
数目，相比水平式布置方式更有优势，为城市雨水管道优化设计提供技术支持。
第 39 卷 第 25 期 2013 年9 月
山西建筑
SHANXI AＲCHITECTUＲE
Vol． 39 No． 25
Sep． 2013 ·135·
文章编号： 1009-6825（ 2013） 25-0135-03
基 于 SWMM 的 雨 水 管 道 优 化 设 计
程 伟1 王宏峰2* 谌志涛3
（1． 华中科技大学文华学院城市工程建设学部，湖北 武汉 430074； 2． 华中科技大学环境科学与工程学院，湖北 武汉 430074； 3． 中信建筑设计研究总院有限公司深圳市政分公司，广东 深圳 518000）
可以看出，在接近 5 h 的时候，管道的排水容量已经达到了极限，
水工业市场，2012( 8) : 7-27．
发生渍水现象。在 8 h 以后缓慢降下来，这是由于降雨后期，降雨 ［2］ Ｒossman L A． Storm water management model user’s manual
强度减小，地面径流减少，雨水管网中流量降低。
生了渍 水 现 象，现 对 垂 直 式 布 置 方 式 中 发 生 渍 水 的 管 道 1 井发生渍水，水平式则有 25% 的检查井发生渍水，这说明在平坦
（ DN600） 和管道 2（ DN800） 进行过流能力分析，得出两根管道的 区域，垂直式管道布置方式随着重现期的提高可以有效减少检查
流量历时变化图和排水容量历时变化图，具体见图 3 和图 4。
由设计资料可知，管道 1 和管道 2 的设计管道过流能力分别
3） 要减少管网渍水现象，除管道布置合理外，还需提高设计
是 0． 235 m3 / s 和 0． 494 m3 / s，由图 3 可知，在降雨进行 4 h 之后， 暴雨重现期，增加设计雨水管道的过流能力。
管道的流量开始迅速增加，到达 5 h 时管道 1 和管道 2 的流量分 参考文献： 别达到了 0． 4 m3 / s 和 0． 8 m3 / s，远远超出了其设计流量，由图 4 ［1］ 赵旭雯，张敏芳．“十二五”城市排水系统建设的探讨［J］．
1 模型构建
1． 1 模拟区域选取
选取武汉市青山区南干渠区域作为雨水管道模拟计算区域， 该区域总汇水面积 720 hm2 ，地势平坦，平均高程为 22 m，地面平
均坡度为 2‰，排水体制为雨污分流，现状管道多为 1 m 以上的管
道或明渠。
采用垂直和水平两种管道布置形式对该区域进行雨水管道
方案设计，得到两种方案的模拟节点图，具体布置如图 1 所示。
第 39 卷 第 25 期
·136· 2 0 1 3 年 9 月
山西建筑
如图 2 所示。这场暴雨历时 10 h，其中第 5 h 的时候出现瞬时最 式有 59 个检查井发生渍水，这是由于垂直式布置方式在管网前
大暴雨强度 116． 4 mm / h，总降雨量达到 190 mm，达到 5 年一遇的 段管径都比较小，只有在主干管上管径增加幅度很大，在暴雨来
暴雨，接近特大暴雨。
临时，主干管一旦满流，支管必然发生渍水，发生渍水的检查井较
降雨强度/mm·h-1
110 90 70 50 30 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 降雨历时/h
图 2 降雨历时曲线
2 结果分析
2． 1 节点渍水情况分析
多，而水平式管道 布 置 方 式 由 于 有 多 条 平 行 的 干 管 ，分 担 了 主 干
1． 2 参数选择
1） 模型选择。
Horton 下渗模型和 Green-Ampt 下渗模型是常用的地面产流 计算模型，而 Green-Ampt 下渗模型对土壤资料要求较高［5］，本区
域土壤资料不够齐全，因此采用 Horton 下渗模型进行计算。
2） 区域参数选择。
根据典型区域的特点，无洼蓄量的不透水地表占总不透水地
C148
J19
J33 C150 J18
C4 C26 J26
C64 C56 C69
C63 C55 C62 C54 J100 C60 C56
C40 C22 J21
C39 C21 C19
C38 J55
C149
C20 J22 J25
C41 C23 J27
J148CC11335
J134 J148
C138 C15
J149
注：C 为节点；J 为管道；Out 为出口
Out1
a）垂直式
J62
J18
C8J84C58J58CCJ6J7J8987C6617C77CC8J717C77JC4888CJ86J8J7687C889CJ9969C88CJ9017JC0783JC0J8C0917J617C0811JC1267CC72J2J1C2667J2C7J33836J36474JC4CJ648615JJ3517666JJCC6J3C673378786JJJJ7333CCC987CCCCC33465126556J5890JJJ23436JJJJ6726656CCCCC190CCC432355404450430JJJJJ432356511CCCCCCCC244531549922396
66）
］
（ 1）
式中： q———暴雨强度，L / （ s·ha） ；
P———设计暴 雨 重 现 期，分 别 取 P = 1 年，P = 1． 5 年，P = 2 年，P = 5 年，P = 10 年；
t———集水时间，min。
J95
C102J105C98 J96
CC1C1313C83719J4JC1CC10C3J11311511471J3441J518CJ011J13C116J2C91121071210CJC1231C181J2JJ0111113400229C5745J1CC1J0CJ11096112089JC006719C101J0109J801J7C91J1C9181951J4J21CC1C0088742870
关键词： 暴雨管理模型，平坦区域，雨水管道
中图分类号： TU991． 33
文献标识码： A
0 引言
近年来，我 国 大 中 城 市 频 繁 发 生 渍 水 事 件 ，造 成 了 巨 大 的 经 济损失及社会影响［1］ ，这 也 暴 露 出 城 市 雨 水 管 道 设 计 上 存 在 着 许多不足，为了对暴雨雨水进行有效的管理和控制，必须对降雨 过程中地表积水、径流以及管道过流量进行更加深入的认识、科 学的预测，对整个管道系统进行模拟分析，寻找到最优化的设计 方案。
C142
J141 C11
J119 C68
J147 C143 C12
C132
J117 C67
C76
J62
J51
J35 C33
C49 J45 C28 J30
C77
C91 C79
C45 J65 J66
C46
J48 C29
J49C30
C80 J67 J50C31
C81 C47 C32
C7 C6 C5
C34 J36 C2 J2C1 J1
1． 3 雨量资料选取
排水管网系统的模拟一般采用设计暴雨作为雨量资料进行 分析［6］，但本文结合实际情况，为更好的了解实际的管网排水能 力，从武汉气象局提供的 10 场暴雨中选取瞬时降雨强度最大的 实际雨量资料对 两 个 方 案 进 行 模 拟，更 有 针 对 性，降 雨 历 时 数 据
收稿日期： 2013-06-19 作者简介： 程 伟（1975- ） ，女，讲师； 王宏峰（1989- ） ，男，在读硕士； 谌志涛（1977- ） ，男，高级工程师
3． 17
54
1． 09
14
0． 55
0
0
0
0
水平式（ 共 90 个节点）
渍水节点数 最长渍水时间 /h
59
3． 05
41
2． 15
23
1． 51
3
0． 01
0
0
在前文所述的实际暴雨情况下，分别对两种管道布置形式在
随着重现期的提高，两种方案的渍水节点数明显下降，如图 5
P = 1 年时的管网排水能力进行分析，结果表明两种布置形式均发 所示，但垂直式的下降速度更快，到 P = 2 年时，只有 12% 的检查
SWMM（ Storm Water Management Model，暴雨洪水管理模型） 是一个动态的降水—径流模拟模型［2］，有学者从降雨径流总量以 及降雨径流过程两方面来验证 SWMM，所得误差在可接受范围之 内［3］，说明该模型适用性很强。因此本文采用 SWMM 为模拟工 具［4］，选取典型平坦区域进行研究，对不同设计暴雨重现期和管 道布置方式条件下管道系统的排水能力进行分析，对比两种管道 布置方式的优劣，来为管道优化设计提供技术支撑。
J20 J19
J4 C3 J3C2 J2C1 J1
J30C28J28C27J26 J27
J34 J57
C32 C55
JJ5363C53
J58
J53 C51 J52 J40 C39
J43 C41 J42 J41
J50 C48 J49 J48
J94 C90 C15 J92
C93 C16
J93
注：C 为节点；J 为管道；Out 为出口
Out1
b）水平式
图 1 雨水管道 SWMM 模拟节点图
4） 其他设计参数。 两种布置方案所采用的管材均为钢筋混凝土管，管径按标准 管径选取，最小管径取为 600 mm，圆管的最大直径取 1 800 mm， 超过即采用箱涵，其他设计参数均相同。如径流系数 0． 77； 折减 系数 2． 0； 明沟折减系数 1． 2； 地面集流时间 15． 00 min； 管道连接 方式： 管顶平接； 最小覆土深度 0． 70 m； 最大冻土深度 0． 80 m。
管的排水压力，渍 水 节 点 数 相 对 较 少，但 最 大 渍 水 时 间 与 垂 直 式 相比基本一样，同样满足不了暴雨的排水要求。
表 1 暴雨条件下管网渍水情况
暴雨重现期 年
P =1 P = 1． 5
P =2 P =5 P = 10
垂直式（ 共 112 个节点）
渍水节点数 最长渍水时间 /h
92
( Version 5． 0) ． 2004．
许多学者也采用 SWMM 对管道的实际过流能力进行了分析， ［3］ 张 倩，苏保林，袁军营． 城市居民小区 SWMM 降雨径流过
李彦伟等［7］提出改变节点高程和增大管径这两种方式进行管网
程模拟———以营口市贵都花园小区为例［J］． 北京师范大学
优化设计，发现增 大 管 径 效 果 较 为 理 想，而 增 大 设 计 管 径 可 以 通
表的 50% 。透水地表和不透水地表的洼蓄量分别取 5． 0 mm，
2． 0 mm。透 水 面、不 透 水 面、管 道 的 曼 宁 系 数 分 别 取 0． 100，
0． 010，0． 020。
3） 暴雨强度公式。
采用 2000 年汉口暴雨强度公式：
q
=
885［1
+ 1． 58lg（ P + 0． （ t + 6． 37） 0． 604