房亞軍，于川淇，金 鑫

1.北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 100044 2.北京市通州區(qū)水務(wù)局，北京 100011 3.北京市通州區(qū)供水排水水質(zhì)監(jiān)測(cè)站，北京 101100 4.清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，成都 610000

0 引言

現(xiàn)階段我國(guó)城市化進(jìn)程與城市防洪排澇工程建設(shè)不同步，致使城市洪澇災(zāi)害頻發(fā)[1]。2012年7月，北京“7·21”特大暴雨，房山區(qū)為重災(zāi)區(qū)，70多人遇難，很多設(shè)施被沖毀，多條地鐵、公交、鐵路停運(yùn)[2]。2014年8月，重慶云陽(yáng)、奉節(jié)等區(qū)域遭受特大暴雨，出現(xiàn)嚴(yán)重城市內(nèi)澇，造成直接經(jīng)濟(jì)損失5.8億元[3]。2017年6月，湖南長(zhǎng)沙地區(qū)遇特大暴雨，遭受?chē)?yán)重城市內(nèi)澇，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[4]。解決暴雨導(dǎo)致的城市內(nèi)澇，已成為迫在眉睫的問(wèn)題[5-7]。

城市內(nèi)澇產(chǎn)生原因在于建筑密度大，地下空間和排水管網(wǎng)工況復(fù)雜，尤其暴雨條件下的匯流速度較快，城市凹地易造成大面積積水。建立城市的降雨產(chǎn)流、管網(wǎng)排水和內(nèi)澇淹沒(méi)的數(shù)學(xué)模型，需具備更加全面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和更加精準(zhǔn)的地形數(shù)據(jù)，以便更加精確地模擬密集建筑物對(duì)洪水過(guò)程的影響。單一管網(wǎng)模型和水動(dòng)力模型不能全面準(zhǔn)確地模擬城市內(nèi)澇排水過(guò)程，因此需要產(chǎn)流模型和水動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行耦合來(lái)模擬城市的降雨產(chǎn)流、管網(wǎng)排水和內(nèi)澇淹沒(méi)過(guò)程。陳浩等[8]利用SWMM(storm water management model)模擬分析了低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案效果，結(jié)果充分反映了設(shè)計(jì)過(guò)程中LID(低影響開(kāi)發(fā))設(shè)施的設(shè)計(jì)對(duì)年徑流總量控制率、污染物去除率等的影響。徐樂(lè)等[9]利用CCHE2D(center for computational hydroscience and engineering 2-dimensional)模型模擬了城市引水渠內(nèi)的水流特性，模擬結(jié)果與實(shí)際測(cè)量相吻合。SWMM和CCHE2D軟件在城市管網(wǎng)模擬以及地表二維水動(dòng)力模擬方面都具有各自的特點(diǎn)，但目前多為單向耦合[10]，而較少見(jiàn)將二者耦合來(lái)進(jìn)行海綿城市洪澇管控的模擬。其中，一二維水動(dòng)力學(xué)模型耦合常見(jiàn)于河道防洪研究，例如，劉永志等[11-12]耦合一二維水動(dòng)力學(xué)模型研究了珠江三角洲樵桑聯(lián)圍的防洪問(wèn)題。

本文以北京市通州區(qū)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)區(qū)為研究區(qū)域，通過(guò)SWMM-CCHE2D耦合模型模擬暴雨條件下通州區(qū)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)區(qū)的產(chǎn)匯流特征和徑流削減變化等，以期為解決城市內(nèi)澇和應(yīng)急管理提供技術(shù)支撐。

1 模型簡(jiǎn)介

1.1 SWMM模型

SWMM[13]是面向城市區(qū)域雨水徑流水量和水質(zhì)分析的綜合性模擬軟件，廣泛應(yīng)用在城市排水管網(wǎng)模擬方面。SWMM模型構(gòu)成包括降雨模型、地面徑流模型和管網(wǎng)匯流模型，在模擬管網(wǎng)匯流過(guò)程中，基于圣維南方程，采用運(yùn)動(dòng)波法、擴(kuò)散波法和動(dòng)力波法模擬管道水流運(yùn)動(dòng)[13]。

一維圣維南運(yùn)動(dòng)方程公式為

(1)

式中：Q為流量，m3/s；t為時(shí)間，s；s為沿管道流程的距離，m；A為過(guò)水?dāng)嗝娴拿娣e，m2；g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，m/s2；h為管道水頭，m;K為流量模數(shù)。

SWMM可用來(lái)設(shè)計(jì)控制洪災(zāi)的各種排水設(shè)施、制定最小的合流制溢流策略、評(píng)估入流和入滲對(duì)生活污水管溢流的影響，用于非點(diǎn)源污染研究及評(píng)估減少雨季污染負(fù)荷的最佳管理措施。 SWMM為非商業(yè)性軟件，使用成本低，同時(shí)源代碼開(kāi)源，為軟件集成到系統(tǒng)平臺(tái)提供了便利，并且SWMM模型模擬計(jì)算速度相比于同類(lèi)軟件較快。

結(jié)合城市復(fù)雜的下墊面和排水管網(wǎng)，采用SWMM建模，用于針對(duì)城市排水系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和優(yōu)化管理，如蓄水能力優(yōu)化、雨水處理分析、洪泛區(qū)管理、防洪減災(zāi)措施(如LID)等分析[14]。由于SWMM沒(méi)有二維水動(dòng)力模塊，故本研究采用美國(guó)國(guó)家計(jì)算水科學(xué)工程中心(national center for computational hydroscience and engineering，NCCHE)開(kāi)發(fā)的CCHE2D模型作為研究工具，主要用于雨水管網(wǎng)溢流造成的內(nèi)澇模擬。

1.2 CCHE2D模型

CCHE2D模型由二維網(wǎng)格生成器和數(shù)學(xué)模擬圖形界面構(gòu)成，其采用隱式解法，模擬結(jié)果更加準(zhǔn)確快速，模擬速度明顯優(yōu)于MIKE(MIKE powered by DHI)模型，適用于分析解決和地表水相關(guān)的水流運(yùn)動(dòng)、洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理和風(fēng)暴潮與海浪的災(zāi)害影響等，是模擬水力復(fù)雜物理過(guò)程的有效工具[9,15-16]。針對(duì)城市內(nèi)特殊的水力條件，CCHE2D模型可更精準(zhǔn)快速地模擬受高密度建筑物影響的洪水過(guò)程。CCHE2D水流模擬采用交錯(cuò)網(wǎng)格法求解連續(xù)方程水位，水深積分的二維控制方程在笛卡爾坐標(biāo)下可表示為

(2)

式中：Z為水面高程，m；ζ為床底高程，m；h1為當(dāng)?shù)厮?，m；u為垂線平均流速在x方向上的分量，m/s；v為垂線流速在y方向上的分量，m/s。

CCHE2D主要應(yīng)用于河流、湖泊、水庫(kù)和地表的二維水動(dòng)力模擬、二維水質(zhì)模擬、海岸和風(fēng)暴潮模擬等，在本研究中主要用作模擬溢流點(diǎn)地面淹沒(méi)水深及淹沒(méi)范圍。

1.3 模型耦合

SWMM模型和CCHE2D模型耦合可以將城市地表水動(dòng)力和排水相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)城市排水系統(tǒng)的模擬。城市管網(wǎng)模型與地表二維水動(dòng)力模型將檢查井、雨水篦子和城市海綿設(shè)施作為耦合連接點(diǎn)。SWMM模型模擬地表產(chǎn)匯流，地表產(chǎn)匯流通過(guò)檢查井、雨水篦子和海綿設(shè)施排水口匯入管網(wǎng)；管網(wǎng)模型通過(guò)對(duì)管網(wǎng)水位、流量等模擬，將檢查井和雨水篦子作為溢流出口，模擬得到溢流點(diǎn)。檢查井和雨水篦子等溢流點(diǎn)的溢流又可以作為地表二維水動(dòng)力模型CCHE2D的進(jìn)水點(diǎn)源，基于溢流點(diǎn)地形模擬得出溢流區(qū)域的溢流范圍和水深，對(duì)城市內(nèi)澇提供預(yù)報(bào)預(yù)警和應(yīng)急管理參考數(shù)據(jù)支持。SWMM-CCHE2D模型耦合物理過(guò)程如圖1所示。

2 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

2.1 研究區(qū)項(xiàng)目背景

2016年北京市通州區(qū)代表北京市成功入選國(guó)家第二批海綿城市建設(shè)試點(diǎn)，通州區(qū)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)區(qū)的建成區(qū)面積7.41 km2，包含水域面積3.33 km2和建設(shè)用地面積約4.08 km2，其中建設(shè)用地包括居住用地、公共設(shè)施用地、商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地、綠地和廣場(chǎng)用地等。原下墊面主要包括農(nóng)田、村莊建設(shè)用地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地和道路用地等，其中村莊和城鎮(zhèn)等建設(shè)用地大部分己經(jīng)完成拆遷，僅保留東北部的中學(xué)和兩塊居住用地。項(xiàng)目區(qū)地處北京市區(qū)東南(圖2)，區(qū)域內(nèi)平均海拔35 m，地勢(shì)平坦，平均坡度約1.38%。

圖1 SWMM-CCHE2D模型耦合物理過(guò)程示意圖

圖2 研究區(qū)位置圖

2.2 數(shù)據(jù)

2.2.1 地形與管網(wǎng)數(shù)據(jù)

地形與管網(wǎng)數(shù)據(jù)包括高精度DEM(digital elevation model)數(shù)據(jù)(1∶2 000)、土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)、規(guī)劃建設(shè)數(shù)據(jù)和排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)。

2.2.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

降雨徑流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括降雨數(shù)據(jù)和流量數(shù)據(jù)。所有監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、用于率定的站點(diǎn)及管網(wǎng)分布見(jiàn)圖3。

監(jiān)測(cè)站點(diǎn)S3位于通胡大街排入北運(yùn)河處，S6位于潞通大街排入北運(yùn)河處。

圖3 通州海綿項(xiàng)目區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布

Fig.3 Monitoring station locations at Tongzhou sponge project site

3 模型構(gòu)建

3.1 SWMM模型管網(wǎng)構(gòu)建

將現(xiàn)有管網(wǎng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入SWMM模型中，輸入管節(jié)點(diǎn)底部標(biāo)高、埋深，管渠斷面形狀、最大深度，排水口形狀、尺寸、底部標(biāo)高，糙率等關(guān)鍵信息，計(jì)算管道入孔的井底標(biāo)高和與其相連的管道管底標(biāo)高的差值，設(shè)置進(jìn)出水偏移量，對(duì)排水系統(tǒng)數(shù)據(jù)的連接性、高程關(guān)系等拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行檢查，充分模擬真實(shí)環(huán)境。模型共構(gòu)建455個(gè)鉸點(diǎn)、454段管道和11個(gè)排放口。

3.2 SWMM模型子匯水區(qū)劃分

依據(jù)通州區(qū)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)高精度(1∶2 000)地形數(shù)據(jù)和水系數(shù)據(jù)[17]，對(duì)集水區(qū)進(jìn)行提取。先基于地形用流域軟件劃分子流域，再結(jié)合下墊面分布和道路、小區(qū)情況，把每塊子流域又劃分成若干個(gè)子匯水區(qū)。圖4顯示了研究區(qū)的子匯水區(qū)劃分和管網(wǎng)布置，共劃分了49個(gè)子匯水區(qū)。

3.3 SWMM-CCHE2D耦合模型構(gòu)建

依據(jù)通州區(qū)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)地形、土地利用類(lèi)型和匯水分區(qū)等資料，經(jīng)反復(fù)調(diào)試，在基本網(wǎng)格劃分原則指導(dǎo)下，劃分CCHE2D計(jì)算網(wǎng)格，采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，共劃分77 500個(gè)網(wǎng)格。在CCHE2D模型中設(shè)置邊界條件，將SWMM模型計(jì)算得到的溢流點(diǎn)流量過(guò)程作為內(nèi)澇模型的輸入點(diǎn)源邊界條件，以預(yù)熱后的穩(wěn)定初始水深為模型初始條件進(jìn)行內(nèi)澇模擬。

圖4 通州海綿項(xiàng)目區(qū)SWMM模型子匯水區(qū)劃分

以時(shí)間進(jìn)程為基本計(jì)算過(guò)程，通過(guò)開(kāi)發(fā)SWMM-CCHE2D模型耦合模塊，在每一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，把SWMM模型的輸出二進(jìn)制文件中節(jié)點(diǎn)溢流流量信息提取出來(lái)，然后將其作為輸入傳遞給CCHE2D模型函數(shù)，作為CCHE2D模型的邊界條件。參數(shù)成功傳遞后，在該步長(zhǎng)內(nèi)執(zhí)行CCHE2D函數(shù)，進(jìn)行內(nèi)澇模擬后，結(jié)果存入擴(kuò)展名為.his的二進(jìn)制文件，該結(jié)果文件包含了耦合模型模擬后的內(nèi)澇點(diǎn)位置、內(nèi)澇范圍和深度等所有的結(jié)果數(shù)據(jù)。同時(shí)，溢流點(diǎn)處的水深信息又通過(guò)CCHE2D函數(shù)的參數(shù)返回，作為SWMM模型中管網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的新邊界條件。此交互過(guò)程在耦合模型每一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)重復(fù)執(zhí)行，直至?xí)r間進(jìn)程結(jié)束。

SWMM-CCHE2D耦合模型較單獨(dú)使用SWMM和CCHE2D模型模擬的時(shí)間縮短。SWMM-CCHE2D耦合模型的模擬計(jì)算時(shí)間滿足公式：

tsim=Δtsc+tc；

(3)

Δtsc=tsc-ts。

(4)

式中：tsim為SWMM-CCHE2D耦合模型的計(jì)算時(shí)間，min；Δtsc為耦合模塊提取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時(shí)間與SWMM運(yùn)行時(shí)間的差值，min；tc為CCHE2D模型的計(jì)算時(shí)間，min；tsc為SWMM-CCHE2D模型耦合模塊提取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信息的時(shí)間，min；ts為SWMM模型計(jì)算時(shí)間，即從SWMM模型開(kāi)始計(jì)算到SWMM-CCHE2D模型耦合模塊開(kāi)始提取SWMM結(jié)果數(shù)據(jù)的時(shí)間，min。

本項(xiàng)目模擬過(guò)程中，tc=0.11 min，ts=0.07 min，數(shù)據(jù)提取從SWMM計(jì)算開(kāi)始便開(kāi)始進(jìn)行，SWMM計(jì)算結(jié)束數(shù)據(jù)提取結(jié)束，tsc約為0.10 min。模型耦合模塊在SWMM開(kāi)始計(jì)算的時(shí)候就進(jìn)行數(shù)據(jù)提取和轉(zhuǎn)換，因此，tsc包含了SWMM的計(jì)算時(shí)間ts，計(jì)算得到Δtsc為0.03 min。由上述公式可得，tsim= 0.14 min，小于SWMM與CCHE2D單獨(dú)計(jì)算時(shí)間之和，說(shuō)明耦合模型具有較好的時(shí)效性。

3.4 模型率定及驗(yàn)證

3.4.1 模型率定

依據(jù)相關(guān)手冊(cè)、成果、文獻(xiàn)、土地利用類(lèi)型分布圖及雨水工程現(xiàn)狀圖，查出產(chǎn)匯流、管網(wǎng)和溢流等一系列參數(shù)的取值，通過(guò)調(diào)整適當(dāng)范圍內(nèi)的參數(shù)值，使模型正確、合理地滿足預(yù)定的校核標(biāo)準(zhǔn)，本文使用流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)校核模型參數(shù)[18]。通過(guò)對(duì)較敏感參數(shù)的調(diào)整，使預(yù)測(cè)模型的模擬結(jié)果與觀測(cè)值匹配。

該模擬區(qū)域共有40個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位置見(jiàn)圖3。經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估，本研究采用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量較高的S3、S6兩站點(diǎn)用于模型率定和驗(yàn)證，主要調(diào)整參數(shù)是各地塊的不透水率，總體而言，大部分地塊調(diào)低了不透水率。

選擇2019-09-09降雨的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)率定雨洪模型，紫荊雅園雨量站降雨過(guò)程見(jiàn)圖5，模型率定結(jié)果見(jiàn)圖6。采用NSE(Nash-sutcliffe efficiency)系數(shù)來(lái)評(píng)估模擬值和實(shí)測(cè)值的吻合程度。對(duì)比實(shí)測(cè)和模擬結(jié)果(圖6)可以看出，模擬值和實(shí)測(cè)值的峰值、曲線形狀都較吻合，實(shí)測(cè)值比模擬值稍微滯后一點(diǎn)；主要原因可能是部分管道是老管道，管道內(nèi)和入流口的通暢程度可能比模型設(shè)置值低，即管道糙率實(shí)際值比模型值高，從而引起實(shí)測(cè)結(jié)果相對(duì)于模擬結(jié)果滯后。

3.4.2 模型驗(yàn)證結(jié)果

選擇同一地區(qū)2019-07-28降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)測(cè)降雨過(guò)程見(jiàn)圖7，模型驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)圖8。模擬值和實(shí)測(cè)值的對(duì)比結(jié)果和率定結(jié)果大體相同，對(duì)S6站點(diǎn)，趨勢(shì)和峰值都大體相同；對(duì)S3站點(diǎn)，模擬值和實(shí)測(cè)值的趨勢(shì)大體相同，但模擬值峰值稍微大一點(diǎn)，原因可能還是管道的實(shí)際糙率大于模型設(shè)定的糙率。

圖5 北京通州紫荊雅園雨量站2019-09-09的降雨過(guò)程

圖6 通州海綿區(qū)2019-09-09降雨模型率定結(jié)果

圖7 北京通州紫荊雅園雨量站2019-07-28的降雨過(guò)程

圖8 通州海綿區(qū)2019-07-28模型驗(yàn)證結(jié)果

4 模型模擬結(jié)果分析

4.1 設(shè)計(jì)降水過(guò)程

盡管芝加哥設(shè)計(jì)雨型對(duì)內(nèi)澇模擬結(jié)果有一定影響，但是該雨型仍然為最常用雨型，按照《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50014—2006)》[19]的要求，本文仍采用芝加哥雨型，通過(guò)引入雨峰位置系數(shù)r來(lái)描述暴雨峰值發(fā)生的時(shí)刻，根據(jù)該規(guī)范要求，采用最新暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算設(shè)計(jì)降水過(guò)程，本文取r為0.4。設(shè)計(jì)降雨過(guò)程如圖9所示。

圖9 設(shè)計(jì)降雨過(guò)程

4.2 模擬結(jié)果分析

依據(jù)研究區(qū)地形地貌特征，設(shè)置LID措施類(lèi)型為綠地(含下凹式)、生物滯留帶(雨水花園、生態(tài)樹(shù)池等)、透水鋪裝(包括透水路面、透水停車(chē)場(chǎng)等)、調(diào)蓄池，空間分布情況見(jiàn)圖10。

圖10 通州海綿區(qū)已建管網(wǎng)和LID措施

4.2.1 徑流削減率模擬

為研究暴雨條件下海綿措施對(duì)徑流的消減率，在100年一遇設(shè)計(jì)暴雨下，對(duì)比典型海綿地塊(圖11)在加上LID前后徑流系數(shù)變化，發(fā)現(xiàn)加入LID后徑流系數(shù)有較大幅度的下降，下降幅度為17.4%～40.6%(表1)，其中，最大降幅達(dá)40.6%(S38)。從表1看出，LID措施對(duì)降雨產(chǎn)流有較大的削減作用。

圖11 通州海綿區(qū)典型LID設(shè)施地塊分布圖

表1 通州海綿區(qū)加入LID措施各典型地塊前后徑流系數(shù)對(duì)比(100年一遇設(shè)計(jì)暴雨)

為研究透水鋪裝、生物滯留帶、綠地等3種海綿措施對(duì)徑流削減率的影響，將設(shè)置這3種海綿措施的所有地塊徑流削減率的提高幅度取平均值(表2)?？梢?jiàn)生物滯留帶在3種海綿措施中對(duì)徑流削減率的影響最大，削減率的提高幅度達(dá)28.4%：原因是生物滯留帶可遲滯水的快速流動(dòng)、匯集，使之有充分時(shí)間下滲，因而對(duì)于徑流削減率的提高效果也明顯[20]。透水鋪裝和綠地對(duì)徑流削減的效果差不多，在地勢(shì)平坦地區(qū)，透水鋪裝可以讓水充分下滲，所以削減率和綠地差不多。綜合考慮各種因素后，通州采用了這3種海綿設(shè)施。

表2 100年一遇設(shè)計(jì)暴雨下各種海綿措施對(duì)徑流削減率的提高幅度

4.2.2 內(nèi)澇模擬

在1、5、20、100年一遇設(shè)計(jì)暴雨情景下，設(shè)置LID措施前后，SWMM-CCHE2D耦合模型模擬的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)分布均隨著設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度(下文簡(jiǎn)稱(chēng)“雨強(qiáng)”)增大而呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，但積水區(qū)域相對(duì)整個(gè)區(qū)域仍較小。內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)分布整體呈現(xiàn)離散狀，尤其1年一遇設(shè)計(jì)暴雨，僅有2個(gè)孤立的內(nèi)澇點(diǎn)。在已建海綿區(qū)加上LID設(shè)施，1、5、20、100年一遇設(shè)計(jì)暴雨下，內(nèi)澇范圍和沒(méi)有LID的對(duì)比如圖12所示。從圖12看出，對(duì)同一重現(xiàn)期，加上LID措施后內(nèi)澇點(diǎn)和積水面積都減少了。為了進(jìn)一步定量分析內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)4場(chǎng)設(shè)計(jì)降雨的最大水深和內(nèi)澇點(diǎn)數(shù)目進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如表3所示。

對(duì)于各種水平年，對(duì)比有無(wú)LID措施，內(nèi)澇的積水深度對(duì)1年一遇暴雨差別不大，但是LID建成后內(nèi)澇點(diǎn)數(shù)目有減少，原因可能是加上LID措施后，對(duì)早期峰值有削減作用，所以內(nèi)澇點(diǎn)較少。5年一遇暴雨， LID建成后的積水深度和內(nèi)澇點(diǎn)數(shù)均明顯減少。對(duì)20年、100年一遇暴雨，有無(wú)LID的內(nèi)澇差別很明顯，但是，積水點(diǎn)的變化不明顯，只是100年一遇暴雨才有微小差別。綜上所述，從積水深度控制作用來(lái)說(shuō)，100年一遇暴雨控制效果最顯著。從內(nèi)澇點(diǎn)數(shù)控制作用來(lái)說(shuō)：5年一遇暴雨控制效果最顯著，原因可能是通州區(qū)地形造成的，加了LID措施、削減雨峰后，5年一遇暴雨強(qiáng)還不是很大，有些不是很低洼的地方就不會(huì)成為內(nèi)澇點(diǎn)，所以5年一遇暴雨對(duì)削減內(nèi)澇點(diǎn)效果明顯；而100年一遇暴雨，由于雨強(qiáng)很大，LID措施削減后留在地面上的雨量仍能夠造成非低洼處淹沒(méi)積水，所以內(nèi)澇點(diǎn)處變化不大。但是，LID對(duì)水量的削減還是會(huì)影響積水的漫溢程度，所以，內(nèi)澇有無(wú)LID還是會(huì)有差別的。

表3 設(shè)計(jì)暴雨下水深和內(nèi)澇點(diǎn)數(shù)目

a1, a2. 1年一遇；b1, b2. 5年一遇；c1, c2. 20年一遇；d1, d2. 100年一遇。a1, b1, c1, d1為有LID，a2, b2, c2, d2為無(wú)LID。

5 結(jié)論與展望

1)SWMM-CCHE2D耦合模型在海綿城市內(nèi)澇模擬過(guò)程中有良好的時(shí)效性，為城市內(nèi)澇預(yù)報(bào)預(yù)警起到良好的技術(shù)支撐作用。通州海綿區(qū)SWMM-CCHE2D耦合模型的模擬結(jié)果可以較好地反映模擬區(qū)域降雨內(nèi)澇情況，模擬計(jì)算時(shí)間遠(yuǎn)小于獨(dú)立運(yùn)行SWMM和CCHE2D模型計(jì)算時(shí)間之和。

2)SWMM-CCHE2D耦合模型具有良好的準(zhǔn)確性，可為城市內(nèi)澇應(yīng)急管理提供可靠的數(shù)據(jù)支持。通過(guò)對(duì)不同海綿措施和重現(xiàn)期下設(shè)計(jì)降雨的內(nèi)澇模擬，通州海綿城市在暴雨強(qiáng)度1年一遇時(shí)，積水深度范圍差別不大，深度范圍為0.02～0.29 m，暴雨強(qiáng)度為100年一遇時(shí)積水深度最深為1.63 m。

3)SWMM-CCHE2D耦合模型對(duì)海綿設(shè)施的合理規(guī)劃和海綿城市建設(shè)方案比較選擇起到技術(shù)支撐的作用。通過(guò)對(duì)不同海綿措施和重現(xiàn)期下的設(shè)計(jì)降雨的產(chǎn)流模擬結(jié)果表明，海綿措施的加入對(duì)徑流削減率會(huì)有9.0%～40.6%不同程度的提高，其中生物滯留帶的改善效果最明顯，高達(dá)28.4%。

4)SWMM-CCHE2D耦合模型在城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)管控、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)識(shí)別、洪澇保障機(jī)制等方面具有較大的應(yīng)用價(jià)值。耦合模型模擬將成為城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)管理的重要非工程工具之一，在新城區(qū)規(guī)劃編制、老城區(qū)設(shè)計(jì)改造及城市汛期應(yīng)急管理等方面發(fā)揮重要指導(dǎo)作用。