SWMM模型在年径流总量控制率计算中的应用

吴海春

摘要：随着海绵城市建设进行的如火如荼，人们普遍采用SWMM模型法计算年径流总量控制率，然而，由于SWMM模型添加LID措施后计算的复杂性，大部分人未能正确设置，致使计算结果存在较大误差。本文提出了一套SWMM模型在年径流总量控制率计算中的使用方法，介绍了其在使用过程中需注意的事项，如需更改不透水率、添加LID措施两种方案以及调整子汇水区宽度和LID措施的宽度计算。以玉田河流域为例，参考相关文献，经模拟计算得出年径流总量控制率为42.4%。

关键词：海绵城市；LID措施；SWMM模型；年径流总量控制率

城镇化是保持经济持续健康发展的强大引擎，然而，快速城镇化的同时，也造成硬化面积大幅度增加，改变了城市地区原有的水文条件。为应对城市发展带来的水文条件改变、内涝和污染加剧等问题，2013年12月，习近平总书记在中央城镇化工作会议上提到要建设“自然积存、自然渗透、自然净化”的海绵城市；2014年11月，住建部颁布《海绵城市建设指南—低影响开发雨水系统构建》[1]；2015年4月，住建部联合财政部评选出16个海绵城市试点城市，后又于2016年4月评选出14个海绵城市，共30个海绵城市试点城市，海绵城市建设进行的如火如荼。目前，由于雨水下渗过程的复杂性，人们普遍采用SWMM模型法输入典型年降雨和当地土壤参数计算年径流总量控制率。然而，由于SWMM模型添加LID措施后计算的复杂性，大部分人未能正确设置，致使计算结果存在较大误差。鉴于此，研究SWMM模型在年径流总量控制率计算中的应用就显得十分必要和迫切。本文以深圳市玉田河流域为例，基于SWMM模型，介绍其在年径流总量控制率计算中的使用方法。

1.LID计算原理

SWMM模型将LID措施概化为一个蓄水池，并根据各种低影响开发设施的基本原理概化为7种LID调控措施，不同的LID措施含有不同的层组成，如表面层、土壤层、路面层、蓄水层和排水层。以生物滞池为例，介绍LID计算原理，其他LID措施类似，在此不再一一介绍，具体可参看EPA-SWMM模型官网所出版的《StormWaterManagementModelReferenceManualVolumeIII–WaterQuality》，该手册中对LID计算原理有详细介绍[2，3]。

式中：p为调整后子汇水区不透水面积百分比，本质即不透水区占非LID部分的百分比，%；A为子汇水区的面积，m2；f为调整前子汇水区不透水面积百分比，%；Aimper，v为该子汇水区由不透水部分变为LID措施的面积，m2；ALID为调整后该子汇水区中LID措施所占面积，m2。

2.3添加LID措施

根据设计方案，计算各子汇水区中LID措施面积，并将其输入SWMM模型。在子汇水区中添加LID措施有两种添加方法可供选择，不同的添加方法计算过程不同，具体可根据特定的工作方案选择。第一种为在一个子汇水区内添加多种LID措施，各个LID措施仅负责其对应收水范围内的降雨，各个LID措施之间互不关联，相互之间以并联关系计算，即无法设定为从一个LID措施流出的雨水作为另一个LID措施流入的雨水；第二种为各个LID措施以串联的形式连接计算，允许LID措施占据整个子汇水区，可计算从一个LID措施流出的雨水可以作为另一个LID措施流入的雨水。同时添加LID措施时可勾选LID措施雨水是否流入子汇水区透水部分继续下渗。以及如图1所示，可接收来自不透水区范围内雨水，需设定有多少比例的不透水区径流流入该LID措施。

2.4调整子汇水区宽度和计算LID措施宽度

SWMM模型手册[3]中仍提到需对各子汇水区宽度进行调整，但如何调整手册中并未给出详细说明，仅给出如图2所示。由图2可知，添加LID措施后，SWMM模型将LID部分和非LID部分分开计算，且添加LID前后子汇水区的流长属性未变，漫流宽度变短。经总结可知，添加LID后需调整子汇水区宽度，子汇水区宽度属性按非LID部分面积除以原定子汇水区流长得到，LID部分宽度属性计算按LID面积除以原定子汇水区流长得到，具体参考如图2所示。

图2添加LID后宽度属性调整示意图

3.模型构建

3.1研究区域概况

研究区域为玉田河流域，位于国家低影响开发示范区—深圳市光明新区，为茅洲河上游一级支流，总面积13.6km2，属海洋性热带季候风区，盛行季风，夏、秋季节常受台风影响。年均气温22℃，多年平均相对湿度79%，年均水面蒸发量为1345.7mm。年降雨量约为1700～2000mm，降雨量季节分配极不均衡，主要集中在4~9月份，降雨量占全年降水的85%以上。

3.2模型构建

根据研究区域排水管网图如实提取检查井和管网，但考虑到雨水篦子仅具有收水功能，较多短管则模型易不稳定，故将雨水篦子删除，并合并较短管网。根据研究区域地形图、道路、管线及建筑物分布等对其进行子汇水区划分，由于研究区域地势平坦，在子汇水区划分过程中更加重视街道和社区单元的分布情况，将较小子汇水区调整合并共划分为194个子汇水区、186个节点、185根管道。子汇水区参数主要可分为确定性参数和不确定性参数，如坡度，面积，下垫面比例等为确定性参数，根据地形图等资料计算各子汇水区的平均坡度，根据遥感影像图提取各子汇水区不透水率现状。不确定性参数可参考相同或相近地区其它学者所做研究的参数，本研究参考紧邻玉田河流域的鹅颈水流域相关文献，选取吴亚男等[4]在鹅颈水流域所做研究，具体水动力参数如表1所示。

表1子汇水区水动力参数取值

Table1Valuesofthehydrodynamicparametersofsub-catchmentarea

3.3添加LID措施

参考《海绵城市建设指南—低影响开发雨水系统构建》，各LID措施具体参数如表2所示。根据《深圳市海绵城市规划要点和审查细则》，玉田河流域位于深圳市西部雨型区，采用适用于该地区年降雨数据和蒸发数据，参照吴亚男等[5]在鹅颈水流域所做指标分解结果，输入模型，并分别按前文所述方法添加LID措施，经计算研究区域年径流总量控制率为42.4%。

表2不同LID措施设计参数

4.结论

（1）提出了一套基于SWMM模型在年径流总量控制率计算中的使用方法，介绍了其在使用过程中需注意的事项，如需更改不透水率、添加LID措施两种方案以及调整子汇水区宽度和LID措施的宽度计算，详细介绍了其计算方法。

（2）按上述设置方法，以玉田河流域为例，参考《海绵城市建设指南—低影响开发雨水系统构建》和《深圳市海绵城市规划要点和审查细则》，经模拟计算得出年径流总量控制率为42.4%。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房城乡建设部.海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）[S].2014-10-15.

[2]ROSSMANLA，HUBERWC.StormWaterManagementModelReferenceManualVolumeIII–WaterQuality[M].Cincinnati，Ohio，UnitedStatesofAmerica：EnvironmentalProtectionAgency，2016.

[3]ROSSMANLA.StormWaterManagementModelUser'sManual，Version5.1[M].Cincinnati，Ohio，UnitedStatesofAmerica：EnvironmentalProtectionAgency，2015.

[4]吴亚男，熊家晴，任心欣，等.深圳鹅颈水流域SWMM模型参数敏感性分析及率定研究[J].给水排水，2015，51（11）：126-131.

[5]吴亚男.基于SWMM的海绵城市径流总量控制指标分解及验证[D].西安：西安建筑科技大学，2016.