多情景排水管承载能力分析成果

在不同的情景下，内涝点的分布可能大致一样，但管道内的水深经常会出现较大的不同，因而考察排水管道的充满度是衡量管网排水能力的一个重要途径。由于主干管道承载着较大区域的排水功能，因而在分析排水管网的承载能力时尽量选取主干管道作为分析对象。与内涝分布点的模拟情景一样，设置了一年一遇、两年一遇、三年一遇、五年一遇、十年一遇和二十年一遇6种情形模拟分析南城区管网的排水能力。

1.南城区多情形下管道承载力分析与评价

在SWMM模型中讲南城区的排水管网概化为292条主要管道。依据排水的覆盖面积，选取了29条主要管道来衡量南城区管网排水能力，如图6.20所示。1号、2号、3号为主干管，管径也相对较大，黑色的为其支管，在降雨时也承载着大部分的排水功能，不同情景下，支管满载的情况也不同，因而在不同情景下选择出现内涝的管道作为考察对象。

图6.20　南城区主管管道分布示意图

具体操作步骤如下：

①分析区域的排水系统，根据管径确定区域的主管排水管道和支管，并结合排水子区的面积确定需要分析的管道，尽量选取排水服务范围较大的管道作为案例管道。

②选取降雨情景，即在雨量站的时间序列一栏选取需要分析的情形降雨时间序列。

③运行模型，查看模型运行结果。

④找出node flooding中出现内涝的各个节点，并在图中找出其所在的管道，确定管道的起点和终点。

⑤利用SWMM中的Profile工具查看管道剖面图，并拖动时间轴，查看管道积水的动态过程。

⑥利用管道剖面图工具可以查看任意管道的积水过程。

⑦在模型运行的结果中还可以查看各个内涝节点的积水时长、积水体积等信息。

(1)一年一遇情景下管道承载力分析

一年一遇情景下，南城区的内涝点仅有6个，出现过载的管道仅有3条，3条主干管道与过载的支管充满度情况如图6.21～图6.26所示。从图中可以看到，南城区3条主干管道可以轻松应对一年一遇的降雨情况，支管中也仅有2条部分路段由于管径偏小导致节点积水，总体上南城区的排水系统能够很好的应对一年一遇的降雨。

图6.21　1号管道充满度(一年一遇)

图6.22　2号管道充满度(一年一遇)

图6.23　3号管道充满度(一年一遇)

图6.24　4号管道充满度(一年一遇)

图6.25　5号管道充满度(一年一遇)

图6.26　27号管道充满度(一年一遇)

(2)两年一遇情景下管道承载力分析

两年一遇情景下，与一年一遇情景相同，南城区的内涝点也仅有6个，出现过载的管道也仅有3条，但管道内水深要高于一年一遇的情景，3条主干管道与过载的支管充满度情况如图6.27～图6.32所示。

图6.27　1号管道充满度(两年一遇)

图6.28　2号管道充满度(两年一遇)

图6.29　3号管道充满度(两年一遇)

图6.30　4号管道充满度(两年一遇)

图6.31　5号管道充满度(两年一遇)

图6.32　27号管道充满度(两年一遇)

可以看出，在两年一遇降雨情景下，3条主干管的最高水位要稍稍高于一年一遇情景，其中1号干管J43—J54段管道的最高水深高于一年一遇情景下0.2m。其他支管的最高水位也要高于该管一年一遇的情景。

(3)三年一遇情景下管道承载力分析

三年一遇情景下，南城区的内涝点增加至8个，出现过载的管道增加至5条，3条主干管道与前两个情景下过载支管的最大深度均有所上升，此处仅列出3条主干管和新增的过载支管，如图6.33～图6.37所示。从图中可以看出，1号和3号主干管能够很好应对三年一遇降雨，2号主干管道下游的J80—O17管道已经接近满载。

图6.33　1号管道充满度(三年一遇)

图6.34　2号管道充满度(三年一遇)

图6.35　3号管道充满度(三年一遇)

(4)五年一遇情景下管道承载力分析

五年一遇情景下，南城区的内涝点增加至11个，管道过载情况与三年一遇一致，三条主干管道与前两个情景下过载支管的最大深度均有所上升，此处仅列出3条主干管和25号、28号过载的支管，如图6.38～图6.42所示。从图中可以看出，1、3号主干管能够很好地应对五年一遇降雨情景，2号主干管道下游的J80—O17管道已经接近满载，相比于三年一遇情景，管道内水深进一步增加，在更大的降雨情景下，2号主干管上游将会出现内涝点。

图6.36　25号管道充满度(三年一遇)

图6.37　28号管道充满度(三年一遇)

图6.38　1号管道充满度(五年一遇)

图6.39　2号管道充满度(五年一遇)

图6.40　3号管道充满度(五年一遇)

图6.41　25号管道充满度(五年一遇)

(5)十年一遇情景下管道承载力分析

十年一遇情景下，南城区的内涝点增加至15个，3条主干管道与前两个情景下过载支管的最大深度均有所上升。相比于五年一遇情景，新增了2条过载管道，3条主干管道与前两个情景下过载支管的最大深度均有所上升，此处仅列出3条主干管和新增的过载支管，如图6.43～图6.47所示。从图中可以看出，1号、3号主干管能够很好地应对十年一遇降雨，2号主干管道下游的J80—O17管道已经满载，因此，上游增加了2个内涝点，相比于五年一遇情景，管道内水深进一步增加。

图6.42　28号管道充满度(五年一遇)

图6.43　1号管道充满度(十年一遇)

图6.44　2号管道充满度(十年一遇)

(6)二十年一遇情景下管道承载力分析

二十年一遇情景下，南城区的内涝点增加至26个，3条主干管道与前两个情景下过载支管的最大深度均有所上升。相比于十年一遇情景，新增了多条过载管道，3条主干管道与前两个情景下过载支管的最大深度均有所上升，由于管道较多，此处仅列出3条主干管，如图6.48～图6.50所示。从图中可以看出，1、3号主干管能够很好应对二十年一遇降雨，2号主干管道由于下游的J80—O17管道已经满载，因此上游内涝点持续时长进一步增长，相比于五年一遇情景，管道内水深进一步增加。(www.xing528.com)

图6.45　3号管道充满度(十年一遇)

图6.46　15号管道充满度(十年一遇)

图6.47　29号管道充满度(十年一遇)

综上可知，从南城区的主要排水管道的剖面图来看，1号、3号主干管道能够较好地应对十年一遇及以下的降雨情景，2号主干管道由于承载的排水面积较大，下游管道能够承载五年一遇及以下的降雨情景。总体上，新城区南城区排水管道布设合理，管径较大，能够较好地应对三年一遇及以下的降雨情景。对五年一遇、十年一遇、二十年一遇的情景，主干管道能够很好地承担排水功能，支管由于管径不足，容易产生过载情况。

图6.48　1号管道充满度(二十年一遇)

图6.49　2号管道充满度(二十年一遇)

图6.50　3号管道充满度(二十年一遇)

2.莞城区多情形下管道承载力分析与评价

在SWMM模型中可以将莞城区的排水管网概化为137条主要管道。由于莞城区为老城区，支管较多，因而依据排水的覆盖面积，选取了3条主要管道来衡量莞城区管网排水能力，如图6.51所示。

图6.51　莞城区主干管道示意图

(1)一年一遇情景下管道承载力分析

一年一遇降雨情景下3条主干管道水深如图6.52～图6.54所示。

图6.52　1号管道充满度(一年一遇)

图6.53　2号管道充满度(一年一遇)

图6.54　3号管道充满度(一年一遇)

根据图中给出的一年一遇暴雨情况下3条主干管道的管道充满度剖面图可以看出，莞城区排水管道系统能够应对一年一遇的暴雨，但总体主干管的充满度较高。在老城区，由于管道规划不合理，管道系统的功能不能很好地实现，内涝情况较南城区严重。

(2)两年一遇情景下管道承载力分析

两年一遇降雨情景下3条主干管道水深如图6.55～图6.57所示。

图6.55　1号管道充满度(两年一遇)

图6.56　2号管道充满度(两年一遇)

图6.57　3号管道充满度(两年一遇)

从图中可以看出，管道水深与一年一遇相比稍有上升，仍能够基本应对两年一遇降雨。

(3)三年一遇情景下管道承载力分析

三年一遇降雨情景下3条主干管道水深如图6.58～图6.60所示。

图6.58　1号管道充满度(三年一遇)

图6.59　2号管道充满度(三年一遇)

图6.60　3号管道充满度(三年一遇)

从图中可以看出，管道水深与一年一遇相比稍有上升，仍能够基本应对三年一遇降雨。其中，2号管道比上两种情景严重，上游管道出现了一定的积水。

(4)五年一遇情景下管道承载力分析

五年一遇降雨情景下3条主干管道水深如图6.61～图6.63所示。

图6.61　1号管道充满度(五年一遇)

图6.62　2号管道充满度(五年一遇)

图6.63　3号管道充满度(五年一遇)

从图中可以看出，管道水深与一年一遇相比有较大幅度的上升，主干管道仍能够基本应对五年一遇降雨。其中，2号管道比以上情景严重，上游多段管道基本满载。

(5)十年一遇情景下管道承载力分析

十年一遇降雨情景下3条主干管道水深如图6.64～图6.66所示。

图6.64　1号管道充满度(十年一遇)

图6.65　2号管道充满度(十年一遇)

图6.66　3号管道充满度(十年一遇)

从图中可以看出，管道水深与一年一遇相比有较大幅度的上升，2号主干管道比以上情景严重，上游多段管道基本满载，1号、3号主干管的部分节点也出现了内涝，应对十年一遇降雨情景稍显吃力。

(6)二十年一遇情景下管道承载力分析

二十年一遇降雨情景下3条主干管道水深如图6.67～图6.69所示。

图6.67　1号管道充满度(二十年一遇)

图6.68　2号管道充满度(二十年一遇)

图6.69　3号管道充满度(二十年一遇)

从二十年一遇降雨的管道剖面图来看，管道水深与一年一遇相比有较大幅度的上升，2号主干管道比以上情景严重，上游多段管道基本满载，1、3号主干管的部分节点也出现了内涝，应对二十年一遇的降雨能力不足。通过对比之前情景的管道充满度，可以发现2号管道的J78—J74段，3号管道的J184—J145、J105—J101段为瓶颈管道。

综上可知，莞城区为老城区，3条主干管道能够很好的应对五年一遇及其以下的降雨情景，在十年一遇和二十年一遇的降雨情景下，主干管道均出现了不同程度的内涝和过载情况。管道的承载力分析同时也说明了莞城区的内涝大多是由支管管径不足、地表排水能力不足和地形等问题造成。