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【摘 要】随着城市化进程的加快，城市涝灾问题日益严重。而引起城市涝灾问题的主要原因之一是市政部门和水利部门排水采用的重现期不同。运用SWMM软件对研究区域模拟和城市室外排水法计算两种方式，比较两者得到的雨洪峰值，从流量方面探索重现期衔接的关系。
【关键词】排涝；排水；重现期；衔接关系；SWMM模型
1.前言
城市排涝系统和排水系统从本质上看均属于一个自然系统，而我国城市排涝、排水设计和管理工作却是由水利与市政部门分别负责的。两个部门在设计过程中因为暴雨选样方法、设计标准、流量计算方法等不同，使得两者设计重现期不相衔接。
目前，研究两种排水体系衔接关系有三种方法。第一种是数理统计法，从数学角度出发，推算出两者的衔接关系【1】 ，但推导出的概率关系必须在资料年份很长的前提下才成立，并且要符合推导过程中的假设条件【2】；第二种是通过不同的暴雨样本选样方法以及频率计算的方法得出重现期之间的关系【3】；第三种是用不同的雨洪计算方法，得到重现期间的关系【4】。本文采用第三种方法，通过SWMM软件对研究区域模拟和城市室外排水法计算两种方式，比较两者得到的雨洪峰值，从流量方面探索重现期衔接的关系。
2.城市排涝与排水体系的关系
城市排涝与城市排水之间既相互联系，又相互影响。降雨经排水管网进入到受纳水体与其他区域来水汇合后排入江河湖海。城市排涝是由水利部门主管，用于解决较大汇流面积上较长历时暴雨产生的涝水排放问题。而城市排水是由市政部门主管，用于解决较小汇流面积上短历时暴雨产生的排水问题。由于现行的管理体制，城市排涝与排水成为跨部门不同专业研究的对象，因此城市排涝与城市排水系统应当综合规划，相互协调【5】。
3. SWMM的基本构成
3.1 SWMM概述
城市排水管网系统较为复杂，可以由几个独立的子系统组成。子系统的排水体制分为合流制和分流制。在模拟方面，两种排水形式的不同在于是否将污水和雨水汇入同一管道模拟。虽然城市排水管网较为复杂，但是每一个排水管网模型都必须由几个特定的模块组成。SWMM分为降雨模块、含水层模块、管网汇流模块、旱季污水模块和径流模块。对于某一特定的排水管网模型需要将这些模块进行组合而得到最终的系统模型。
3.1.1 降雨模块
降雨模块的作用是模拟系统的降雨情境，它是SWMM模型的输入模块。获得模块描述的降雨情境有两种方法，第一种是通过实测资料获取；第二种是通过某种理论或经验公式推导出来。
3.1.2 含水层模块
含水层模块的作用是模拟土壤中水的运动情况，主要用于模拟土壤中水渗入到排水管网中的情况，这里渗入的水参与了排水系统的水力模拟。
3.1.3 管网汇流模块
管网汇流模块的作用是模拟雨、污、废水从排水管网、溢流口等设施流到受纳水体的整个过程。
3.1.4 旱季污水模块
旱季污水模块的作用是模拟污废水通过收集设施流入到污水支管的过程，主要用于计算进入污水支管中的污水流量。
3.1.5 径流模块
径流模块的作用是模拟雨水降落到地面最后进入雨水口的过程。径流模块分为两个，一个是地面产流模块，用于模拟降雨扣除洼蓄、截留、入渗和蒸发等损失后形成净雨的过程；另一个是地面汇流模块，用于模拟各区域的产流汇入到雨水口的过程。
3.2 南昌市室外排水（雨水）公式介绍
4.实例分析
4.1 研究区域概况
本次研究区域主要位于南昌市老城区，范围为：南起新溪桥路、石桥路，北至富有大堤；东起青山湖大道，西至子固路、船山路、十字街所划区域，区域只设一个排放口为青山湖排水口。南昌市青山湖排涝区域总汇水面积450000hm2。
4.1.1 降雨情景模拟
选择降雨强度高、量值大、积水难以自排的长历时典型暴雨，以1 h、3h、6h、12 h、24h为控制时段进行同频率缩放，可得到重现期分别为5 a、10 a、20 a、50 a的设计暴雨过程。本次计算采用2012年5月12日2时到13日2时的降雨作为典型暴雨过程。设计暴雨所参考的降雨数据由南昌市水利局提供。
4.1.2 管网概化
管网概化是将获得的管网数据通过GIS对管网节点和汇水分区进行处理分析的过程。管网数据包括：标高、管网坐标、管道直径、管道长度、坡度、水流方向等，本研究经过管网概化得到601个节点和598条管道。
4.1.3汇水子区域的划分
本次研究是在实测资料和建模区背景图基础上，通过CAD绘制汇水子区域。划分步骤如下：
①以主干道、街道作为汇水子区域的分界线，将建模区域分割成面积大小不等的街区条块。
②将与其他区域水交换不显著的地方或者取水向外流的地方作为外边界，比如铁路、堤坝、高于地面的公路、城墙、内河、河沟等。
③根据就近排放的原则将汇水子区域的径流接入到距离最近的或者靠近相应门口的检查井节点上；在区域周边无排水管道并且其内的污废水是通过流入其他子区域再进入排水管道系统的情况下，根据地形情况和调研资料，选择其下游最邻近的汇水子区域排水。
本次建模区共划分为249个汇水子流域。
4.1.4 确定模型参数
SWMM中参数分为两类：第一类参数作为模型的基础数据一般不需要在校准中进行调整，可以通过测量或现有资料得到，如管径、管长、坡度等；第二类参数则要通过校准算法求解确定，或者经过调查研究加经验取值确定，如地表粗糙系数、洼蓄量等【6】。模型参数应由实测流量资料率定选取。
4.1.5 计算结果
南昌市各个重现期，洪峰流量值为：Q5a =390.03 m3/ s；Q10a = 398.04m3 / s；Q20a = 425.08m3 / s；Q50a = 481.64m3 / s。 4.2 城市室外排水（雨水）公式应用
4.2.1 参数选取说明
4.2.2 计算结果
将以上各参数代入式（1） ，计算结果如下：重现期一年时，降雨历时为60min，降雨强度为153.76 s·hm2，洪峰流量为415.16m3/s；重现期3年时，降雨历时为59.1min，降雨强度为114.59 s·hm2，洪峰流量为309.4m3/s；重现期5年时，降雨历时为57.5min，降雨强度为174.44 s·hm2，洪峰流量为470.98m3/s。
4.3 结果分析
将两者结果对比显示：市政部门1年一遇的雨洪峰值小于水利部门5年一遇的雨洪峰值。市政部门3年一遇的雨洪峰值介于水利部门10年一遇与20年一遇雨洪峰值之间。市政部门5年一遇的峰值介于水利部门20年一遇与50年一遇雨洪峰值之间。将其与已有的相关结论进行比较分析，反映的衔接关系趋势是一致的。
5.结论与建议
（1）随着城市的发展，城市排涝与排水的关系越发紧密。建议将两者进行统一管理，有利于城市排水标准与排涝标准的协调与统一，符合水务一体化管理的大趋势。
（2）本文研究成果反映了南昌地区排水与排涝系统间重现期关系。对南昌地区城市排水标准与城市排涝标准的协调统一有着一定的借鉴和指导意义。
（3）由于地区暴雨特性存在差异，计算方法和公式不同等原因，不同类型的城市的排水与排涝之间的关系存在一定的差异性。建议对不同类型城市进行排水重现期的制定。
参考文献：
[1]胡斌. 城市排水与防洪排涝设计中重现期的确定. 中国市政工程， 2004， （3） ： 44～45.
[2]邓培德. 城市暴雨两种选样方法的概率关系与应用评述. 给水排水， 2006， 6 （32） ： 39～42.
[3]谢淑琴. 城市小区管网排水及区域排涝水文计算方法初步探讨. 人民珠江， 2003， （6） ： 30～32.
[4]陈斌. 城市排涝与排水研究. 给水排水， 1996， 22 （9） ： 17～20.
[5]陈鑫，邓慧萍，马细霞. 基于SWMM的城市排涝与排水体系重现期衔接关系研究[J]. 给水排水，2009.
[6]谢莹莹.城市排水管网系统模拟方法和应用：[硕士学位论文].上海：同济大学，2007.
【关键词】排涝；排水；重现期；衔接关系；SWMM模型
1.前言
城市排涝系统和排水系统从本质上看均属于一个自然系统，而我国城市排涝、排水设计和管理工作却是由水利与市政部门分别负责的。两个部门在设计过程中因为暴雨选样方法、设计标准、流量计算方法等不同，使得两者设计重现期不相衔接。
目前，研究两种排水体系衔接关系有三种方法。第一种是数理统计法，从数学角度出发，推算出两者的衔接关系【1】 ，但推导出的概率关系必须在资料年份很长的前提下才成立，并且要符合推导过程中的假设条件【2】；第二种是通过不同的暴雨样本选样方法以及频率计算的方法得出重现期之间的关系【3】；第三种是用不同的雨洪计算方法，得到重现期间的关系【4】。本文采用第三种方法，通过SWMM软件对研究区域模拟和城市室外排水法计算两种方式，比较两者得到的雨洪峰值，从流量方面探索重现期衔接的关系。
2.城市排涝与排水体系的关系
城市排涝与城市排水之间既相互联系，又相互影响。降雨经排水管网进入到受纳水体与其他区域来水汇合后排入江河湖海。城市排涝是由水利部门主管，用于解决较大汇流面积上较长历时暴雨产生的涝水排放问题。而城市排水是由市政部门主管，用于解决较小汇流面积上短历时暴雨产生的排水问题。由于现行的管理体制，城市排涝与排水成为跨部门不同专业研究的对象，因此城市排涝与城市排水系统应当综合规划，相互协调【5】。
3. SWMM的基本构成
3.1 SWMM概述
城市排水管网系统较为复杂，可以由几个独立的子系统组成。子系统的排水体制分为合流制和分流制。在模拟方面，两种排水形式的不同在于是否将污水和雨水汇入同一管道模拟。虽然城市排水管网较为复杂，但是每一个排水管网模型都必须由几个特定的模块组成。SWMM分为降雨模块、含水层模块、管网汇流模块、旱季污水模块和径流模块。对于某一特定的排水管网模型需要将这些模块进行组合而得到最终的系统模型。
3.1.1 降雨模块
降雨模块的作用是模拟系统的降雨情境，它是SWMM模型的输入模块。获得模块描述的降雨情境有两种方法，第一种是通过实测资料获取；第二种是通过某种理论或经验公式推导出来。
3.1.2 含水层模块
含水层模块的作用是模拟土壤中水的运动情况，主要用于模拟土壤中水渗入到排水管网中的情况，这里渗入的水参与了排水系统的水力模拟。
3.1.3 管网汇流模块
管网汇流模块的作用是模拟雨、污、废水从排水管网、溢流口等设施流到受纳水体的整个过程。
3.1.4 旱季污水模块
旱季污水模块的作用是模拟污废水通过收集设施流入到污水支管的过程，主要用于计算进入污水支管中的污水流量。
3.1.5 径流模块
径流模块的作用是模拟雨水降落到地面最后进入雨水口的过程。径流模块分为两个，一个是地面产流模块，用于模拟降雨扣除洼蓄、截留、入渗和蒸发等损失后形成净雨的过程；另一个是地面汇流模块，用于模拟各区域的产流汇入到雨水口的过程。
3.2 南昌市室外排水（雨水）公式介绍
4.实例分析
4.1 研究区域概况
本次研究区域主要位于南昌市老城区，范围为：南起新溪桥路、石桥路，北至富有大堤；东起青山湖大道，西至子固路、船山路、十字街所划区域，区域只设一个排放口为青山湖排水口。南昌市青山湖排涝区域总汇水面积450000hm2。
4.1.1 降雨情景模拟
选择降雨强度高、量值大、积水难以自排的长历时典型暴雨，以1 h、3h、6h、12 h、24h为控制时段进行同频率缩放，可得到重现期分别为5 a、10 a、20 a、50 a的设计暴雨过程。本次计算采用2012年5月12日2时到13日2时的降雨作为典型暴雨过程。设计暴雨所参考的降雨数据由南昌市水利局提供。
4.1.2 管网概化
管网概化是将获得的管网数据通过GIS对管网节点和汇水分区进行处理分析的过程。管网数据包括：标高、管网坐标、管道直径、管道长度、坡度、水流方向等，本研究经过管网概化得到601个节点和598条管道。
4.1.3汇水子区域的划分
本次研究是在实测资料和建模区背景图基础上，通过CAD绘制汇水子区域。划分步骤如下：
①以主干道、街道作为汇水子区域的分界线，将建模区域分割成面积大小不等的街区条块。
②将与其他区域水交换不显著的地方或者取水向外流的地方作为外边界，比如铁路、堤坝、高于地面的公路、城墙、内河、河沟等。
③根据就近排放的原则将汇水子区域的径流接入到距离最近的或者靠近相应门口的检查井节点上；在区域周边无排水管道并且其内的污废水是通过流入其他子区域再进入排水管道系统的情况下，根据地形情况和调研资料，选择其下游最邻近的汇水子区域排水。
本次建模区共划分为249个汇水子流域。
4.1.4 确定模型参数
SWMM中参数分为两类：第一类参数作为模型的基础数据一般不需要在校准中进行调整，可以通过测量或现有资料得到，如管径、管长、坡度等；第二类参数则要通过校准算法求解确定，或者经过调查研究加经验取值确定，如地表粗糙系数、洼蓄量等【6】。模型参数应由实测流量资料率定选取。
4.1.5 计算结果
南昌市各个重现期，洪峰流量值为：Q5a =390.03 m3/ s；Q10a = 398.04m3 / s；Q20a = 425.08m3 / s；Q50a = 481.64m3 / s。 4.2 城市室外排水（雨水）公式应用
4.2.1 参数选取说明
4.2.2 计算结果
将以上各参数代入式（1） ，计算结果如下：重现期一年时，降雨历时为60min，降雨强度为153.76 s·hm2，洪峰流量为415.16m3/s；重现期3年时，降雨历时为59.1min，降雨强度为114.59 s·hm2，洪峰流量为309.4m3/s；重现期5年时，降雨历时为57.5min，降雨强度为174.44 s·hm2，洪峰流量为470.98m3/s。
4.3 结果分析
将两者结果对比显示：市政部门1年一遇的雨洪峰值小于水利部门5年一遇的雨洪峰值。市政部门3年一遇的雨洪峰值介于水利部门10年一遇与20年一遇雨洪峰值之间。市政部门5年一遇的峰值介于水利部门20年一遇与50年一遇雨洪峰值之间。将其与已有的相关结论进行比较分析，反映的衔接关系趋势是一致的。
5.结论与建议
（1）随着城市的发展，城市排涝与排水的关系越发紧密。建议将两者进行统一管理，有利于城市排水标准与排涝标准的协调与统一，符合水务一体化管理的大趋势。
（2）本文研究成果反映了南昌地区排水与排涝系统间重现期关系。对南昌地区城市排水标准与城市排涝标准的协调统一有着一定的借鉴和指导意义。
（3）由于地区暴雨特性存在差异，计算方法和公式不同等原因，不同类型的城市的排水与排涝之间的关系存在一定的差异性。建议对不同类型城市进行排水重现期的制定。
参考文献：
[1]胡斌. 城市排水与防洪排涝设计中重现期的确定. 中国市政工程， 2004， （3） ： 44～45.
[2]邓培德. 城市暴雨两种选样方法的概率关系与应用评述. 给水排水， 2006， 6 （32） ： 39～42.
[3]谢淑琴. 城市小区管网排水及区域排涝水文计算方法初步探讨. 人民珠江， 2003， （6） ： 30～32.
[4]陈斌. 城市排涝与排水研究. 给水排水， 1996， 22 （9） ： 17～20.
[5]陈鑫，邓慧萍，马细霞. 基于SWMM的城市排涝与排水体系重现期衔接关系研究[J]. 给水排水，2009.
[6]谢莹莹.城市排水管网系统模拟方法和应用：[硕士学位论文].上海：同济大学，2007.