PCSWMM建模工作中城市防洪、排涝及排水的关系

PCSWMM建模工作中如何区分

“城市防洪、排涝及排水设计标准”

刘海娇

首先破除一下城市防洪、排涝到底有什么区别。它们的设计标准究竟有什么本质的不同。其次介绍一下PCSWMM在排水防涝领域的应用。前者也欢迎业内专家和同仁们吐槽。

一、城市防洪、排涝及排水设计标准的关系探讨

在我国大部分城市, 城市防洪与城市排水分别属于水利和市政两个行业，在学术研究上，两者也分别属于水利学科和城市给排水学科。一个城市的防汛工作则由这两个行业共同合作完成，其中市政部门负责将城区的雨水收集到雨水管网并排放至内河、湖泊或者直接排入行洪河道，水利部门则负责将内河的涝水排入行洪河道，同时保证设计标准以内的洪水不会翻越堤防对城市安全造成影响。为了保证城市防洪排涝安全, 两个部门各有自己的设计标准。市政部门采用的是较低的重现期标准，一般只有一至三年一遇, 有的甚至一年几遇。而水利部门有两种设计标准, 分别是防洪标准和排涝标准，其重现期一般较高，范围也很宽，防洪标准可从五年一遇到最高万年一遇。

按水灾成因划分，洪灾通常指城市河道洪水（客水或外水）泛滥给城市造成严重的损失，而涝灾则是由于城区降雨而形成的地表径流，进而形成积水（内水）不能及时排出所造成淹没损失。为了保护城市免受洪涝灾害，需要构建城市防洪排涝体系。一个完整的防洪排涝体系包括防洪系统和排涝系统。防洪系统是指为了防御外来客水而设置的堤防、泄洪区等工程设施以及非工程防洪措施，建设的标准是城市防洪设计标准，而排涝系统包括城市雨水管网、排涝泵站、排涝河道(又称内河)、湖泊以及低洼承泄区等, 城市管网、排涝泵站的设计标准一般采用的是市政部门的排水标准，排涝河道湖泊等一般采用水利部门的城市排涝设计标准。

三者含义：

城市防洪设计标准是指狭义上的标准，特指“河（江）洪水”的防洪标准，是以城市行洪河道所抵御的洪水（客水）的大小为依据，洪水的大小在定量上通常以某一重现期（或频率）的洪水流量表示。

城市排涝设计标准则是指“涝水”的防洪标准。

城市排水设计标准：在规划设计上, 排水管网采用的是用暴雨强度公式计算的一定重现期的流量作为城市排水设计标准，这个重现期是指相等的或更大的降雨强度发生的时间间隔的平均值，一般以年为单位。如《室外排水设计规范》规定：“重现期一般采用0.5-3a，重要干道、重要地区或短期计税即能引起较严重后果的地区，一般采用3-5a”，更重要的地区还可以更高，如北京天安门广场的雨水管道，是按照特别重要的排水标准采用设计重现期等于10a进行设计的。

适用情况不同：

城市排涝设计标准主要应用于城市中不具备防洪功能的排涝河道、湖泊、池塘等的规划设计中，主要计算由区域内暴雨所产生的城市“内涝”，而城市防洪标准主要应用于城市防洪体系的规划设计, 包括城市防洪河道、堤防、泄洪区等，沿海城市还包括挡潮闸及防潮堤等。其涉及的范围不但包括区域内暴雨所产生的城市“内涝”，还包括江河上游地区及城市外围产生的“客水”。城市排水设计标准主要应用于新建、扩建和老城区的改建、工业区和居住区等建成区，它是以不淹没城市道路地面为标准, 对管网系统及排涝泵站进行设计。

重现期含义不同：

城市防洪设计标准中的重现期是指洪水的重现期,侧重“容水流量”的概念，城市排涝设计标准与城市排水设计标准中的重现期, 指的是城市区域内降雨强度的重现期,更侧重“强度”的概念。

另外, 城市排涝和城市排水设计标准中的重现期的含义也有区别。城市排涝设计标准中的重现期采用年一次选样法，即在N年资料中选取每年最大的一场暴雨的雨量组成N个年最大值来进行统计分析。由于每年只取一次最大的暴雨资料,所以在每年排位第二、第三的暴雨资料就会遗漏,这样就使得这种方法推求高重现期时比较准确,而对于小重现期其结果就会明显偏小，而城市排水设计中暴雨强度公式里面的重现期采用的是年多个样法, 即每年从各个历时的降雨资料中选择6-8个最大值，取资料年数3 -4倍的最大值进行统计分析，该法在小重现期时可以比较真实地反映暴雨的统计规律。

城市外来洪水和城市内涝之间存在相互影响、相互制约、相互叠加的关系,行洪河道洪水水位高, 则涝水难以排出而城市排涝能力强, 则会增加行洪河道的洪水流量, 抬高河道水位, 加大防洪压力和洪水泛滥的可能性。城市防洪标准与城市排涝标准的接近程度与流域面积的大小有关系, 流域面积越小，二者关系越接近，这是由于越小的流域内普降同频率暴雨的可能性越大。在一个较大流域内, 不同地区可能发生着不同重现期的暴雨, 而整个流域下游河道形成的洪水的重现期可能大于流域内大部分地区暴雨的重现期，而两者的关系还取决于各地区排涝设施的完善程度。对于小流域来说, 二者常常是一回事。

以上参考相关文献、规范、业内专家观点整理而来。

二、PCSWMM在排水防涝领域的应用

众所周知，PCSWMM软件作为基于EPA SWMM二次开发的商业软件，将SWMM 的管渠排水功能自然无一不落的拿来。在这基础上，PCSWMM在防洪、排涝领域开发的功能也相当齐全。本文仅介绍PCSWMM模型如何实现的问题。实现思路与建模过程此处暂不作介绍。

提到防洪，我们会想到大江大河、洪泛区、水库、湖泊的洪水治理。下面几张图展示内河、外河河道洪水模型界面。

将淹没部分（含泛区建筑物）放大得到下图

下面看一个城市内河超标洪水在城区的淹没模型界面:

提到防涝，我们会想到“城市看海”的景象，城区低洼地段积水，严重的情况，会淹没整个排水片区，甚至整个城市。下面几张图展示城市街道内涝模型界面。

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