杜經(jīng)緯　王昊　王浩　廖衛(wèi)紅

摘要：管網(wǎng)過(guò)流能力不足或老化會(huì)導(dǎo)致城市內(nèi)澇問(wèn)題日趨嚴(yán)重，借助水力模型輔助城市排水管網(wǎng)改造尤為必要?？紤]到設(shè)計(jì)雨型是影響管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的重要因素，以廣州市獵德涌排澇片為研究區(qū)域，分析兩種短歷時(shí)設(shè)計(jì)雨型對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)（包括溢流和充滿度兩方面）的影響。研究表明：芝加哥雨型雨峰系數(shù)為0.35，降雨集中在雨峰附近，P&C雨型降雨波動(dòng)分布在前半時(shí)程，主雨峰系數(shù)為0.16；芝加哥雨型下的滿流管段數(shù)與溢流檢查井個(gè)數(shù)大于P&C雨型的，對(duì)于管道的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求更高；而P&C雨型下的溢流總水量及單個(gè)檢查井溢流水量大于芝加哥雨型的，對(duì)于地表積水影響更大；10 a一遇設(shè)計(jì)情景下，兩個(gè)雨型模擬結(jié)果差距最大。通過(guò)量化分析溢流與管段充滿度對(duì)雨型的響應(yīng)，以期為城市管網(wǎng)設(shè)計(jì)與改造提供參考。

關(guān) 鍵 詞：城市管網(wǎng)； 短歷時(shí)設(shè)計(jì)降雨； 芝加哥雨型； P&C雨型； SWMM； 廣州市

中圖法分類號(hào)： TU992

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.04.016

0 引 言

近年來(lái)，城市洪水事件頻發(fā)，其重要原因是管道設(shè)計(jì)時(shí)低估了峰值徑流［1］，設(shè)計(jì)重現(xiàn)期偏小。因此城市雨水管網(wǎng)亟需改造更新，科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以大大降低城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)［2］。國(guó)內(nèi)外學(xué)者和設(shè)計(jì)人員常借助水力模型輔助評(píng)估城市排水系統(tǒng)的排水能力并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)［3-6］。

在管網(wǎng)評(píng)估與設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)雨型的合理選擇至關(guān)重要，其對(duì)水力模型模擬結(jié)果影響很大。岑國(guó)平等［7］對(duì)比了4種設(shè)計(jì)雨型下的徑流過(guò)程，結(jié)果表明雨型對(duì)洪峰流量的影響明顯；曹經(jīng)福等［8］對(duì)比了不同短時(shí)暴雨雨型對(duì)城市內(nèi)澇積水量及峰現(xiàn)時(shí)間的影響，并建議重點(diǎn)關(guān)注單峰Ⅰ型降雨；唐明等［9］對(duì)比同倍比放大法與同頻率放大法設(shè)計(jì)雨型在南昌市的內(nèi)澇過(guò)程，發(fā)現(xiàn)模擬得到的河湖水位相差很大；成丹等［10］使用同頻率分析法與Huff雨型推求了武漢市24 h設(shè)計(jì)暴雨，研究發(fā)現(xiàn)基于同頻率方法的雨型使得達(dá)標(biāo)管網(wǎng)比例更低，并且積水情況更嚴(yán)重。除常用的幾種設(shè)計(jì)雨型，許多學(xué)者也研究了不同降雨特征對(duì)城市內(nèi)澇的影響。劉家宏等［11］對(duì)比廈門島在不同設(shè)計(jì)降雨下的內(nèi)澇結(jié)果時(shí)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)澇特征受到雨峰位置的影響較大，積水總量峰值與積水面積隨雨峰系數(shù)的增大而增大；侯精明等［12］對(duì)比了不同峰值比例設(shè)計(jì)降雨條件下的內(nèi)澇積水情況，發(fā)現(xiàn)峰值比例對(duì)內(nèi)澇積水總量影響較大，且峰值比例越大，內(nèi)澇面積越大，積水量峰值相對(duì)降雨峰值的遲滯時(shí)間越短；Krvavica等［13］發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)暴雨和降雨持續(xù)時(shí)間的選擇對(duì)洪水模擬結(jié)果有顯著影響；Pan等［14］證明了三角形雨型、Huff雨型與芝加哥雨型在SWMM（Storm Water Management Model）中模擬的洪峰流量相差很大，且均低估了洪峰流量。上述研究可見(jiàn)，以往學(xué)者的研究重點(diǎn)在于城市內(nèi)澇對(duì)雨型的響應(yīng)，而城市內(nèi)澇是管網(wǎng)運(yùn)行過(guò)流能力不足的表現(xiàn)，但極少有學(xué)者關(guān)注雨型對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的影響。摸清瓶頸節(jié)點(diǎn)、管網(wǎng)超負(fù)荷位置以及內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)情況是科學(xué)規(guī)劃的必要前提和重要內(nèi)容［15］，進(jìn)而影響管網(wǎng)改造與工程投資。童旭等［16］對(duì)此開(kāi)展了研究，證明雨型是影響節(jié)點(diǎn)溢流位置與溢流量的重要因素，但對(duì)管網(wǎng)充滿度的影響還有待進(jìn)一步研究。

廣州市降水量大、雨季長(zhǎng)，高速的城市化使廣州市不透水面積大大增加。由于短歷時(shí)降雨致災(zāi)性強(qiáng)［1］，且廣州市區(qū)的大多數(shù)風(fēng)暴持續(xù)時(shí)間少于3 h［14］，短歷時(shí)雨型的選擇對(duì)廣州市排水管網(wǎng)系統(tǒng)具有重要影響。在各類短歷時(shí)雨型中，若使用Huff雨型或三角雨型設(shè)計(jì)排水管道，需不斷變化降雨歷時(shí)才能減小管道設(shè)計(jì)流量誤差，否則將降低設(shè)計(jì)降雨與管道設(shè)計(jì)流量的可靠性［7］。而芝加哥雨型（KC雨型）方法簡(jiǎn)單且應(yīng)用有效［17-18］，其次基于實(shí)測(cè)資料的P&C雨型相對(duì)符合當(dāng)?shù)亟涤晏卣鳎?9-20］，這2種雨型是排水管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的首選。 因此，本文以廣州市獵德涌排澇片為例，通過(guò)對(duì)比2 h短歷時(shí)芝加哥設(shè)計(jì)降雨與P&C設(shè)計(jì)降雨的SWMM模型模擬結(jié)果，分析檢查井溢流情況和管段滿流情況對(duì)雨型的響應(yīng)，從而輔助城市管網(wǎng)的設(shè)計(jì)與改造。

1 設(shè)計(jì)降雨推求與對(duì)比

1.1 推求方法

1.1.1 芝加哥設(shè)計(jì)降雨

芝加哥雨型是結(jié)合暴雨強(qiáng)度公式、歷時(shí)與平均暴雨強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系得到的雨型，是對(duì)強(qiáng)度-持續(xù)時(shí)間-頻率（I-D-F）曲線方程的再分布［21］，

根據(jù)歷時(shí)與平均暴雨強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系（對(duì)任何所選擇的頻率）有［17］：

以上兩式結(jié)合暴雨強(qiáng)度公式，即可計(jì)算芝加哥設(shè)計(jì)降雨的雨量過(guò)程線。其中，綜合雨峰系數(shù)r的確定通常要考慮地區(qū)的實(shí)際降雨分布特征，一般通過(guò)計(jì)算不同歷時(shí)暴雨的雨峰系數(shù)rn，再根據(jù)降雨歷時(shí)進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算，作為r的最終取值。

1.1.2 P&C設(shè)計(jì)降雨

P&C雨型設(shè)計(jì)過(guò)程相對(duì)符合當(dāng)?shù)亟涤甑膶?shí)際特征，P&C設(shè)計(jì)降雨的具體步驟如下［19］：

（1） 樣本選?。焊鶕?jù)最小降雨間隔法［22］，將廣州市歷史逐分鐘降雨數(shù)據(jù)劃分成若干降雨場(chǎng)次，并采用年最大值法選取降雨歷時(shí)約為2 h（±15 min）的降雨場(chǎng)次。

（2） 分段編號(hào)：按照5 min步長(zhǎng)將選取的降雨樣本分為24個(gè)時(shí)段。

（3） 時(shí)段排序：按各時(shí)段雨量從大到小的順序排列，序號(hào)越小代表該時(shí)段雨量越大。

（4） 確定雨峰：計(jì)算步驟（3）中每個(gè)時(shí)段序號(hào)的平均值，數(shù)值越小，代表此時(shí)段雨強(qiáng)最大的可能性更大，因此平均序號(hào)最小的時(shí)段即為雨峰所在位置。

（5） 確定雨量分配比例：分別計(jì)算24個(gè)時(shí)段的降雨量與總雨量的比值，并對(duì)每個(gè)時(shí)段的比值取平均值，得到24個(gè)時(shí)段的分配比例。

（6） 推求設(shè)計(jì)雨型：將步驟（5）得到的24個(gè)分配比例按照步驟（4）得到的各時(shí)段序號(hào)大小進(jìn)行對(duì)應(yīng)，即可得到最大可能的設(shè)計(jì)雨型。

（7） 總降雨量乘以步驟（6）中各時(shí)段雨量分配比例，即為P&C設(shè)計(jì)降雨的雨量過(guò)程線。

1.2 設(shè)計(jì)降雨對(duì)比

根據(jù)廣州市五山氣象站1961～2012年共52 a的逐分鐘降雨數(shù)據(jù)，以12 h為間隔劃分降雨4 687場(chǎng)。根據(jù)《廣州市中心城區(qū)暴雨公式及計(jì)算圖表》，獲得廣州市區(qū)暴雨強(qiáng)度公式：

式中：q為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/（s·hm2）；P為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，a；t為降雨歷時(shí)，min。

根據(jù)不同歷時(shí)暴雨的平均雨峰系數(shù)rn進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算得到綜合雨峰系數(shù)r為0.35，將對(duì)應(yīng)參數(shù)值代入公式（6）～（7）即可獲得芝加哥設(shè)計(jì)暴雨過(guò)程。由式（8）中的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度乘以時(shí)間，計(jì)算得到9種重現(xiàn)期下2 h設(shè)計(jì)降雨量，設(shè)計(jì)降雨特征如表1所列。再根據(jù)P&C設(shè)計(jì)降雨計(jì)算方法進(jìn)行時(shí)段分配即可得到P&C設(shè)計(jì)降雨過(guò)程。不同重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)降雨過(guò)程線如圖1所示。

P&C雨型有多個(gè)雨峰，主雨峰系數(shù)為0.16，降雨幾乎全部集中在降雨的前半時(shí)程，占總雨量的96%，降雨強(qiáng)度隨時(shí)間上下波動(dòng)。芝加哥雨型有一個(gè)典型的雨峰，雨峰系數(shù)為0.35，略大于P&C雨型，雨峰附近降雨強(qiáng)度極大，遠(yuǎn)大于P&C設(shè)計(jì)降雨最大降雨強(qiáng)度，降雨集中分布在雨峰附近且降雨強(qiáng)度變化大，呈現(xiàn)出“中間大兩端小”的特征。

2 模型模擬與結(jié)果分析

2.1 獵德涌排澇片概況

本文以廣州市獵德涌排澇片作為研究區(qū)域，研究區(qū)域地理位置如圖2所示。獵德涌排澇片面積約1 630 hm2，位于廣州市天河區(qū)，屬東亞季風(fēng)氣候，夏季溫暖濕潤(rùn)，冬季干燥，年平均氣溫22℃，年平均降水量約1 700 mm。由于廣州市大部分（83%）的排水管道僅采用了1 a重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因此獵德涌排澇片的街道經(jīng)常在暴雨期間被水淹沒(méi)。

2.2 模型建立與率定

本文中模型的建立基于廣州市城建相關(guān)部門提供的2020年管網(wǎng)普查數(shù)據(jù)及規(guī)劃部門提供的2020年用地?cái)?shù)據(jù)，使用SWMM建立研究區(qū)域管網(wǎng)模型。獵德涌排澇片管網(wǎng)模型如圖3所示，研究區(qū)域用地類型包括房屋、道路、工礦區(qū)、植被。SWMM中不同模塊采用的模型方法及參數(shù)如表2所列。管網(wǎng)模型中管道依路而建，因此直接通過(guò)泰森多邊形法劃分子匯水區(qū)，共劃分子匯水區(qū)5 071個(gè)，以下游河道水位為排水口邊界條件。

匯水區(qū)下滲速率、地表洼地蓄水深等經(jīng)驗(yàn)參數(shù)采用分布式參數(shù)，各子匯水區(qū)參數(shù)通過(guò)提取不同土地利用參數(shù)值得到。對(duì)于各土地利用參數(shù)根據(jù)《SWMM用戶手冊(cè)》中的建議取值，再通過(guò)模型率定對(duì)初選參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

本文率定數(shù)據(jù)來(lái)源于廣州市氣象相關(guān)部門提供的2021年實(shí)測(cè)降雨數(shù)據(jù)以及城建部門提供的2021年管網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用2021年6月1日與7月28日兩場(chǎng)降雨進(jìn)行率定。兩個(gè)檢查井監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位模擬結(jié)果如圖4所示，峰現(xiàn)時(shí)間偏差均小于1 h，峰值水位均相差不超過(guò)20%，率定結(jié)果滿足規(guī)范要求［23］。

2.3 模擬結(jié)果與對(duì)比

不同設(shè)計(jì)降雨下的徑流過(guò)程線如圖5所示，由于P&C雨型下徑流量增大更早，1 h后即達(dá)到峰值，比芝加哥雨型的徑流峰值到來(lái)略晚且峰值偏小，但后半時(shí)程消落速度略快。P&C雨型徑流峰值相對(duì)雨峰的滯后時(shí)間遠(yuǎn)大于芝加哥雨型。

由于節(jié)點(diǎn)溢流的雨水間接反映了城市內(nèi)澇嚴(yán)重程度，而管道充滿度則與城市管網(wǎng)設(shè)計(jì)息息相關(guān)，管道滿流會(huì)產(chǎn)生虹吸流動(dòng)，提高管道的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，增加管道的建設(shè)成本。因此本文重點(diǎn)探究檢查井溢流情況與管段滿流情況對(duì)雨型的響應(yīng)。

不同設(shè)計(jì)降雨下節(jié)點(diǎn)溢流情況對(duì)比如圖6和表3所示，不同重現(xiàn)期的P&C設(shè)計(jì)降雨情景下溢流檢查井個(gè)數(shù)略少于芝加哥雨型，但P&C設(shè)計(jì)降雨情景下的溢流總水量更大，10 a一遇時(shí)相差最大。圖6為2 a一遇與10 a一遇設(shè)計(jì)情景下檢查井溢流水量差值圖，P&C雨型減去芝加哥雨型下的檢查井溢流水量之差以不同顏色表示。根據(jù)圖6與表3可知，同一重現(xiàn)期下兩種雨型情景下均發(fā)生溢流的點(diǎn)位數(shù)占單個(gè)雨型溢流點(diǎn)數(shù)量的80%以上，即兩種雨型造成的溢流位置基本相同，且空間分布較為分散，在雨天應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注此類易發(fā)生溢流的位置及地勢(shì)低洼地區(qū)。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，兩種雨型的共同溢流點(diǎn)位處的溢流水量占溢流總水量的99%以上，即溢流差異主要體現(xiàn)在共同溢流點(diǎn)位處。因此可以認(rèn)為P&C雨型下溢流量大于芝加哥雨型的檢查井更多，即大部分檢查井在P&C雨型下的溢流量更大，對(duì)于地表積水影響程度更大，但大部分檢查井位置的溢流水量差小于50 m3。在重現(xiàn)期達(dá)到10 a前，兩雨型溢流水量差大于50 m3的檢查井個(gè)數(shù)呈明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，同時(shí)10 a一遇時(shí)兩種雨型溢流水量之差也最大。

表4為不同設(shè)計(jì)降雨下滿流管段對(duì)比，兩種雨型情景下均滿流的管段數(shù)占兩情景下溢流點(diǎn)數(shù)總量的89%以上，即兩種雨型情景下滿流管段的位置基本相同，10 a一遇設(shè)計(jì)降雨下管段滿流分布如圖7所示。但芝加哥雨型下滿流的管道數(shù)量大于P&C雨型，即排水管道承受的水壓更大，對(duì)于管道的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求更高。

兩種雨型溢流點(diǎn)與滿流管段的位置分布基本相同，這是由于排水管網(wǎng)部分位置的管道尺寸小、井深小、管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等因素造成排水能力不足導(dǎo)致。

對(duì)以上結(jié)果進(jìn)一步分析其差異原因，芝加哥雨型滿流管段數(shù)多是由于降雨急驟，圖5中芝加哥雨型對(duì)應(yīng)的徑流增長(zhǎng)很快，強(qiáng)降水使得短時(shí)間內(nèi)大量雨水匯入管段，但由于管道排水能力限制使多處位置出現(xiàn)有壓流。P&C雨型下溢流總水量與單個(gè)檢查井溢流水量更大，這是由于在降雨前半時(shí)程降雨強(qiáng)度分布更均勻多峰，前期降雨量較大，由圖5中P&C雨型對(duì)應(yīng)的徑流可以看出，從降雨開(kāi)始后0.25 h徑流開(kāi)始增大，并在一定時(shí)間內(nèi)保持較高水平，導(dǎo)致排水管網(wǎng)內(nèi)雨水較多，后期納雨能力不足，且前期降雨使得土壤趨于飽和，后期下滲能力減弱，地表徑流系數(shù)增大，次雨峰的出現(xiàn)導(dǎo)致排水不暢，局部管網(wǎng)雨水壓力極大，單個(gè)雨水口的溢流總水量更大。

芝加哥雨型是為體現(xiàn)工程設(shè)計(jì)“不利性”原則而設(shè)計(jì)出的固定形狀，在不同地區(qū)得到的雨型是相似的，短時(shí)間內(nèi)降雨量極大的特征使管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)更高；P&C雨型的推求是基于歷史降雨數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，體現(xiàn)了不同區(qū)域不同的降雨特征，降雨過(guò)程線相較芝加哥雨型一般更為平緩，這種相對(duì)平緩或多峰的降雨過(guò)程更易導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)溢流與地面積水。

綜上所述，若采用芝加哥雨型指導(dǎo)管道設(shè)計(jì)改造，會(huì)使得更多管道需提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，增加工程費(fèi)用，但管道設(shè)計(jì)更為安全；反之采用P&C雨型雖更為經(jīng)濟(jì)，但易導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)溢流與地面積水，內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)更大。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，綜合考慮科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性與合理性選擇合適雨型與重現(xiàn)期。

3 結(jié) 論

本文以廣州市獵德涌排澇片作為研究區(qū)域建立管網(wǎng)模型，對(duì)比城市管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)對(duì)芝加哥雨型與P&C雨型的響應(yīng)，得到以下結(jié)論：

（1） 計(jì)算得到了9種重現(xiàn)期下的設(shè)計(jì)降雨，芝加哥設(shè)計(jì)降雨呈現(xiàn)單峰形態(tài)，雨峰系數(shù)為0.35；P&C設(shè)計(jì)降雨呈現(xiàn)波狀形態(tài)，降雨主要分布在前半時(shí)程，主雨峰系數(shù)為0.16。

（2） 芝加哥雨型下溢流檢查井個(gè)數(shù)與滿流管段數(shù)均大于P&C雨型；P&C雨型下的溢流總水量及單個(gè)檢查井溢流水量大于芝加哥雨型，對(duì)于地表積水影響表現(xiàn)更為嚴(yán)重。因此，采用芝加哥雨型輔助排水設(shè)計(jì)偏安全但投資較大，采用P&C雨型輔助排水設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性好但存在內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。

（3） 同一設(shè)計(jì)重現(xiàn)期下，不同雨型情景下發(fā)生溢流的檢查井位置與滿流管段位置基本相同，是改造重點(diǎn)區(qū)域；10 a一遇重現(xiàn)期下兩種雨型的模擬結(jié)果差異最大，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注雨型的選擇。

本研究可為城市管網(wǎng)設(shè)計(jì)與改造工作提供參考，但仍存在不足之處有待改進(jìn)，例如積水情況對(duì)于城市安全評(píng)估具有重要價(jià)值，今后可進(jìn)一步結(jié)合二維水動(dòng)力模型進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)：

［1］楊星，朱大棟，李朝方，等.按風(fēng)險(xiǎn)率模型分析的設(shè)計(jì)雨型［J］.水利學(xué)報(bào)，2013，44（5）：542-548.

［2］王建富，薛祥山，劉改妮，等.基于數(shù)字模型的西部平原城鎮(zhèn)雨水系統(tǒng)規(guī)劃優(yōu)化［J］.中國(guó)給水排水，2019，35（7）：128-134.

［3］李楊楊，郭赟，鄧佑鋒，等.城市雨水管網(wǎng)排水能力模型評(píng)估分析方法探究：以深圳市龍華區(qū)為例［J］.水利水電技術(shù)，2019，50（10）：84-90.

［4］鄭愷原，向小華.基于SWMM和PSO-GA的多目標(biāo)雨水管網(wǎng)優(yōu)化模型［J］.水利水電技術(shù)，2020，51（9）：24-33.

［5］ANDREA B M.Optimal design of rainwater collecting systems for domestic use into a residential development［J］.Conservation and Recycling，2014，84：44-56.

［6］MOUSSAVI A，SAMANI H M V，HAGHIGHI A.A framework for optimal reliability-based storm sewer network design in flat areas［J］.Canadian Journal of Civil Engineering，2016，44（3）：139-150.

［7］岑國(guó)平，沈晉，范榮生.城市設(shè)計(jì)降雨雨型研究［J］.水科學(xué)進(jìn)展，1998，9（1）：42-47.

［8］曹經(jīng)福，楊艷娟，郭軍，等.天津市短時(shí)暴雨雨型時(shí)空分異及其對(duì)城市內(nèi)澇的影響［J］.氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2021，37（4）：114-121.

［9］唐明，許文斌，堯俊輝，等.基于城市內(nèi)澇數(shù)值模擬的設(shè)計(jì)暴雨雨型研究［J］.中國(guó)給水排水，2021，37（5）：97-105.

［10］成丹，陳翠珍，陳正洪，等.武漢市暴雨的雨峰和歷時(shí)及其排水防澇的分析［J］.暴雨災(zāi)害，2020，39（5）：532-538.

［11］劉家宏，李澤錦，梅超，等.基于TELEMAC-2D的不同設(shè)計(jì)暴雨下廈門島城市內(nèi)澇特征分析［J］.科學(xué)通報(bào)，2019，64（19）：2055-2066.

［12］侯精明，郭凱華，王志力，等.設(shè)計(jì)暴雨雨型對(duì)城市內(nèi)澇影響數(shù)值模擬［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2017，28（6）：820-828.

［13］KRVAVICA N，RUBINIC J.Evaluation of design storms and critical rainfall durations for flood prediction in partially urbanized catchments［J］.Water，2020，12（7）：2044.

［14］PAN C L，WANG X W，LIU L，et al.Improvement to the Huff curve for design storms and urban flooding simulations in Guangzhou，China［J］.Water，2017，9（6）：411.

［15］蘇曉天，楊翠巧，欒清華，等.基于MIKE URBAN的典型北方城區(qū)防洪排澇模擬［J］.北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，56（3）：368-375.

［16］童旭，覃光華，王俊鴻，等.基于MIKE URBAN模型研究設(shè)計(jì)暴雨雨型對(duì)城市內(nèi)澇的影響［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2019（12）：80-85.

［17］倪志楠，李瓊芳，杜付然，等.南京市短歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨雨型研究［J］.水資源與水工程學(xué)報(bào)，2019，30（2）：57-62.

［18］YANG J，XIANG Y，XU X Z，et al.Design hyetograph for short-duration rainstorm in Jiangsu［J］.Atmosphere，2021，13（6）：899.

［19］歐淑芳，葉興成，王飛，等.P&C雨型在城市排水計(jì)算中的適用性分析［J］.水電能源科學(xué)，2018，36（2）：32-35.

［20］ANQI W，NINGLING Q，YUANFANG C，et al.A 60-minute design rainstorm for the urban area of Yangpu District，Shanghai，China［J］.Water，2018，10（3）：312.

［21］KEIFER C J，CHU H H.Synthetic storm pattern for drainage design［J］.Journal of the Hydraulics Division，1957，83：1-25.

［22］劉成林.城市排水防澇系統(tǒng)設(shè)計(jì)降雨時(shí)空分布特性研究［D］.北京：北京工業(yè)大學(xué)，2015.

［23］上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司.城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建和應(yīng)用規(guī)程：T/CECS 647-2019［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2019.

（編輯：謝玲嫻）

Research on influence of short-duration rainfall patterns on operation state of urban drainage pipe network

DU Jingwei1，WANG Hao2，WANG Hao1，3，LIAO Weihong3

（1.State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science，Wuhan University，Wuhan 430072，China； 2.Faculty of Architecture，Civil and Transportation Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China； 3.China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China）

Abstract：

The problem of urban waterlogging in China is becoming more and more serious due to the inadequate drainage capacity of pipes or the aging of the drainage pipe network，so it is necessary to assist urban pipe network reconstruction with hydraulic model.Considering that designed rainfall pattern is an important factor affecting the design standard of the drainage pipe network，we took Liede River drainage area in Guangzhou City as the study area to analyze the impact of two short-duration designed rain patterns on the operation state of the pipe network，including overflow and fullness degree of pipes.The results showed that the rain-peak coefficient of Chicago rainfall pattern was 035，and the rainfall was concentrated near the rain-peak.The rainfall fluctuation of P&C rainfall pattern was distributed in the first half of the period，and the main rain-peak coefficient was 016.The number of water-filled pipes and the number of inspection wells where overflow occurred under Chicago rainfall patternwere both greater than those under P&C rainfall pattern，which put higher design standard requirements for drainage pipes.The total overflow and overflow of a single inspection well under P&C rainfall pattern were larger than those under Chicago rainfall pattern，which had a greater impact on surface ponding.In the 10-year designed situation，the difference between simulation results of the two rainfall patterns was the largest.Through quantitative analysis on overflow and water-filled pipes under the two kinds of rainfall patterns，we hope to provide a reference for the design and reconstruction of the urban pipe networks.

Key words： urban pipe network；short-duration designed rainfall；Chicago rainfall pattern；P&C rainfall pattern；SWMM；Guangzhou City

收稿日期：2022-05-27

基金項(xiàng)目：北京市教育委員會(huì)科技計(jì)劃一般項(xiàng)目（KM202210005017）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（52179027）

作者簡(jiǎn)介：杜經(jīng)緯，女，碩士研究生，主要從事水文水資源研究。E-mail：3226426392@qq.com

通信作者：王 昊，男，助理研究員，博士，主要從事城市內(nèi)澇防治基礎(chǔ)理論與排水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化方面的研究。E-mail：wanghao87@bjut.edu.cn