冯晓晴、宋玉亮
潍坊市市政工程设计研究院有限公司 山东潍坊
摘要：伴随着城市化进程脚步的不断加快，城市内涝灾害作为城市发展中不可忽视的问题。为进一步控制城市内涝灾害发生，我国随之提出了暴雨洪水管理模型。该模型虽然能给城市内涝灾害处理给予一定的参考价值。但实际实施中我们仍可发现，该模型无法模拟城市地表淹没的过程。对此，为改善该模型存在的不足，本文将提出一种改进后的SWMM内涝灾害模拟方式。经研究结果表明可知，SWMM模拟方式能够模拟出城市地表的淹没深度与淹没范围，并且能给予城市内涝防治一定参考。
关键词：暴雨洪水管理模型；城市内涝淹没；模拟
引言：城市内涝灾害作为我城市发展中不可忽视的事。随着近年来我国部分城市内涝灾害的频繁发生，城市内涝灾害风险评估随之得到了人们的高度重视。就风险评估而言，其研究重点在于应用水力模型对城市排水管网系统进行模拟，进而得到不同重现期降雨下的淹没过程，判断出相应的淹没范围等，并以此为基础给予城市排水系统评估。暴雨洪水管理模型（SWMM）作为一种先进的模拟技术，其现阶段在城市排水系统模拟中的应用十分广泛。但不可否认该模型在应用上仍存在有部分问题。主要可表现在:部分管网汇流只能模拟管网节点的溢流量，不仅无法模拟出水体从节点溢流后在地表的淹没情况，而且不能模拟内涝灾害的淹没过程。对此，改进SWMM模型，让其变得更加完美已迫在眉睫。针对该类容，本文首先将分析暴雨洪水管理模型地表淹没模拟的原理，其次，阐述该模拟方法的实现，以供参考。
1.暴雨洪水管理地表淹没模拟原理
对于暴雨洪水管理模型而言，其模拟管网节点一流的方式主要为:当某一节点产生溢流时，水体将从该节点流出，并累计溢流的水量[1]。随着模拟进行，当该节点不在溢流时，累计的溢流水量将通过该节点流回到管网系统中，最终实现节点溢流与回流的过程。然而在这个过程中，由于该过程根本没有考虑地形因素，所以对于实际情况来说，在某个节点溢流之后，溢流水体将按照地形沿地表流动。如果水体流经其他非溢流节点，那么则需要通过该节点回流进入到官网。将反如果没有金牛其他溢流节点，则需要继续按照地形流向低洼处。由此可见，暴雨洪水管理模型的节点溢流方式根本无法满足溢流水体在地表淹没流动的模拟。为改善这一问题实现淹没流动，则需要对暴雨洪水管理模型进行一定的改善。其分别为将地形因素融入到模型中与让溢流水体依据地形流动。本文主要将通过改进SWMM模型的构建方式进而实现[2]。
1.1数字高程模型数据的概化
水池作为暴雨洪水管理模型在模拟排水管网系统时不可忽视的一部分。水池在此过程中的作用主要为调蓄。加上水池在模型中可以输入一个水深面积曲线，并实现对蓄水池的形状与尺寸设置。所以，可以在暴雨洪水管理模型中给每个汇水区对应添加一个水池，根据每个汇水区范围当中所包含的数字高程模型数据计算出一个反映汇水区表面地形的高度面积曲线。然后再将这个曲线转换成水池的水深面积曲线，并设置到对应的水池中。这样就可概化汇水区表面的地形，形成一种概化水池。此外，由于每个汇水区对应概化水池的结合，其池底形状能反映出整个研究区域的地形。所以用这种方式还可将城市地表的数字高程模型数据概化融入到暴雨洪水管理模型中[3]。
1.2水体的淹没流动
在排水官网模型中，每一个汇水区都对应着一个检查井。通过上述描绘可知每一个汇水区的地形概化都将形成一个水池。对此，如果想要溢流水体沿着地形流动，那么就需要在模型中实现:1.水体从井口溢出之后直接流入对应的汇水区所概化的水池当中，然后根据水池底部地形进行流动。
2.水体流入水池之后要在相邻的两个汇水区对应的概化水池中流动。当溢流水体流入概化水池后，可通过在检查井与对应的概化水池之间添加一个连接管，保证检查井与水池的联通。连接管在模型中的设置方法有:1.上游节点为检查井，下游节点为对应的概化水池。2.不管是上游管底高程还是下游管底高程，都需要与井盖高晨保持一致。3.因连接管只能起到一个连通作用。所以可设置管长为较短长度，连接管段。面为较小断面。4.在完成连接管属性设置之后，接下来需要做的就是设置检查井的属性，进而让检查井满足有关要求[4]。也就是当井内水位上升到井口后，直接经过连接管进入水池，而不是从井口溢出。为实现这种井口被封闭但不溢流的效果，可通过设置检查井的超载深度这一属性实现。
1.3淹没深度与范围的计算
首先，在每个栅格所对应的概化水池获取上可根据每个汇水区的范围，确定每个栅格是被哪个汇水区所覆盖的 也就是每个栅格对应的汇水区是哪个。如果栅格处于两个相邻汇水区的交界线，那么则需要选择其中一个与之对应即可。其次，每个栅格淹没过程的计算。因每个概化水池的池底形状都是由和其对应的栅格高程概化而来的。所以对于某一时刻，每个栅格的淹没水深可以通过以下公式计算[5]。
把所有淹没深度超过0的栅格结合在一起就可计算出淹没范围，而把所有时刻结合在一起则可获取到淹没过程。
2.方法的实现
本文将基于暴雨洪水管理模型与ArcEngine的二次开发技术，实现以上理论具体实施方法如下:（1）建立暴雨洪水管理基础模型。把降雨数据、汇水区数据以及管网系统数据输入到暴雨洪水管理模型中，进而构建一个基础的暴雨洪水管理模型。（2）建立概化水池。根据数字高程模型栅格数据与每个汇水区的范围计算出每个汇水区的高程面积曲线，并将其转换成水池的水深面积曲线，最终计算出池底高程。与此同时，需要在暴雨洪水管理基础模型中为每个汇水区生成一个概化水池，然后输入对应的水深面积曲线与池底高程。（3）需要为检查井和概化水池添加一个连接管。在暴雨洪水管理模型中，为每个检查井和其相对的概化水池添加一个连接管。在此过程中，除了需要对管的上下游节点与偏移量等进行设置之外，还应注重检查井的超载深度设置。（5）模拟已经构建完成的暴雨洪水管理模型。根据概化水池的水位过程，计算出栅格的淹没深度与淹没范围[6]。
结束语:总而言之，切实解决城市内涝灾害是推动城市高速发展的关键。通过上述对该内容的深入分析可知，由于SWMM在模拟城市排水管网系统的时候，只能模拟出管网节点溢流量的过程，而不能模拟出溢流水体在地表的淹没过程。所以SWMM根本无法应用于城市内涝灾害的模拟。为改善这一问题，本文主要分析了一种改进的SWMM内涝灾害模拟方式。该方式不仅改善了SWMM的构建方式，而且应用到了数字高程模型的优势，不仅实现了对地表淹没过程的计算，而且为解决城市内涝问题奠定了良好基础。
参考文献：
[1]韩媛雯,鲍学英.基于暴雨洪水管理模型的铁路车站片区雨洪模拟及低影响开发效果评价[J].水土保持通报,2020,40(01):123-129.
[2]郑志宏,段晓涵,赵飞.基于暴雨洪水管理模型的低影响开发设施应用研究[J].水利水电技术,2018,49(09):32-40.
[3]吴馨怡,李智. 沿海城市内涝淹没模拟改造的方法[A]. 《工业建筑》编委会、工业建筑杂志社有限公司.《工业建筑》2018年全国学术年会论文集（下册）[C].《工业建筑》编委会、工业建筑杂志社有限公司:工业建筑杂志社,2018:6.
[4]贾赛君. 基于SWMM的城市暴雨内涝模拟研究[D].辽宁师范大学,2018.
[5]侯倩倩. 基于SWAT与SWMM模型的城市内涝预警技术研究[D].杭州师范大学,2017.
[6]位路阳. 基于WebGIS的郑州市区暴雨洪水预警系统设计与实现[D].郑州大学,2017.