SWMM模型辅助进行下穿式立交道路规划排水设计

摘要：下穿式立交道路规划中，排水设计部分显得尤其重要，但是由于目前设计过程中采用计算方法的限制，一般仅将敞口段作为汇水区域进行水力计算，可能导致排水能力不足，影响通道的通行安全。通过利用SWMM模型辅助进行下穿式立交道路规划的排水设计，可以根据实际情况划定雨水汇水面积，利用水力模拟结果进行雨水调蓄排出构筑物及设备的选择及设计参数的选定，并且可以利用模型对相应措施的效果进行量化评价。

关键词：下穿式立交；SWMM模型；排水管网；规划设计

Abstract: the underpass road planning, drainage design is particularly important, but because the calculation methods currently used in the design process, the general will only open segment as the catchment area for hydraulic calculation, may be due to insufficient drainage capacity, the influence of channel access security. By using the SWMM model to wear under the drainage design interchange road planning, according to the actual situation can be delineated rainwater catchment area were selected, rainwater storage discharge selection and design parameters of structures and equipment using the hydraulic simulation, and can be quantified evaluation of using model effect on the corresponding measures.

Keywords: underpass; SWMM model; drainage network; planning and design

中图分类号： U412.37文献标识码：文章编号： 25e5

1 前言

排水设计是城市道路规划设计中的一个重要组成部分，直接关系到道路运行的安全可靠性及投资的经济合理性。排水问题能否妥善解决是确保道路交通正常运行的关键。尤其对于下穿式立交道路而言，排水设计显得更加重要。下穿式道路路面是最易积水的部位,汇水面积大,危害大,且一般不能自流排水。由于下立交两侧引道纵坡一般较大,具有降雨时聚水较快的特点,若排除不及时就会影响道路通行,以致中断道路交通, 甚至危及人身安全，这一现实对排水系统设计有着较高的要求。目前对于下穿式立交的排水设计主要通过：在下穿通道入口处设置反坡减小汇水区域面积、坡道截流、低洼路段集中排水等手段排除雨水。

目前在进行下穿式立交排水设计过程中，一般只将敞口坡段作为主要汇水面积进行考虑，同时假设周边地区的雨水可以利用相对应的排水系统排出，而不会进入下穿立交道路范围内。但是由于下穿通道的特殊性，其设计暴雨重现期往往大于周边道路排水管网的设计暴雨重现期，从而造成在某些情况下虽然暴雨强度没有超过下穿立交设计暴雨强度，但是由于周边排水管网能力不足，而使雨水进入下穿通道内的情况，对车辆及行人的通行安全造成威胁。对于这种情况，需要在进行排水设计过程中扩大汇水区域的范围，将下穿立交所处的汇水区域作为设计过程中需要考虑的汇水范围，而不仅仅是考虑敞口段面积。但是利用传统的计算方法对扩展后的汇水范围进行地面径流计算非常困难，很难实现。这种情况下利用计算机进行汇水区域内雨天水力模拟可以解决这一问题。20世纪70年代初期,国外的研究者已经在排水水力模型方面进行了研究和开发,至今已出现了大量的统计模型、机理模型及管理和规划模型。其中, SWMM 模型是其中应用较为广泛的一中模型，自开发以来己被广泛应用于降雨径流和排水系统的规划、设计计算[1~3]。

本文通过一个下穿通道排水规划实例，介绍如何利用SWMM模型对下穿通道及周边排水设施的规划设计提供设计依据，同时对于设计成果进行校验计算。

2 SWMM模型建立

SWMM模型的建立大致需要进行汇水区域划界、汇水子区域划分、管道拓扑结构录入、参数设定、降雨数据输入等五部分工作。图1显示了规划下穿通道所在汇水区域的总图。汇水区域面积为4.82km2，汇水区域内地势起伏较大，最大自然地面高程115.4米，北侧雨水系统出口处地面高程21.0米，规划通道所在位置自然高程为22.5米，为整个排水系统易渍水区域。汇水区域内排水管网的设计暴雨重现期为1年，而由于下穿通道位于较重要的城市干道，其对应的设计暴雨重现期选用10年。这种情况下很容易造成在超过1年重现期降雨强度情况下，会有周边雨水进入下穿通道敞口段，从而流入下穿通道内部造成地面积水。所以采用SWMM模型辅助判断是否有雨水进入下穿通道，并辅助决策是否需要采用必要构筑物对雨水进行调蓄、排出是十分必要的。

图1 规划下穿通道所处汇水区域

Fig.1 Catchment area of underpass planning

汇水区域内地形数据主要采用1:2000地形图，对于局部重点区域如下穿通道附近采用1:500地形图作为建模依据。根据地形条件以及道路情况对总汇水区域进行了汇水子区域划分。汇水子区域划分时主要考虑的因素包括：地形坡度、地表径流系数、街区分块等。通过汇水子区域划分将总汇水区域划分为164个汇水子区域，划分情况如图2所示。

SWMM水力模型建立过程中，汇水区域参数选取是否合理，直接影响模型模拟的准确性，是模型建立中一项重要工作。汇水区域主要参数包括：汇水区域概化宽度(m)、汇水区域概化坡度、径流系数、透水地面初始积洼深度(mm)、不透水地面初始积洼深度(mm)、透水地面曼宁系数、不透水地面曼宁系数、透水地面下渗公式参数。

图2 汇水子区域划分

Fig.2 Partition of Subcatchment

汇水子区域概化坡度主要依据地面标高数据进行选取。径流系数主要根据地形图进行选取，对于汇水区域内山地、草坪的径流系数取值较低，取值范围在5%~30%之间，对于其他汇水子区域径流系数取值在40%~90%之间。透水地表与不透水地表的初始积洼深度及曼宁系数主要参考《SWMM建模手册》提供的参数参考值进行选取，表1展示了本项目模型参数取值。

表 1汇水子区域不同地表初始积洼深度值

透水地面下渗公式选取霍顿下渗公式，下渗公式中参数值主要参考《SWMM建模手册》进行选取，参考值及参数取值如表2所示。

表 2霍顿下渗公式参数取值

降雨数据采用当地暴雨强度公式作为不同重现期暴雨强度的降水量计算依据，并且利用芝加哥降雨过程线法将暴雨强度公式获得的平均降雨强度转化为降雨过程线。图3显示了重现期为1年、10年的降雨的平均降雨强度及降雨过程线。