廈門市海綿城市試點(diǎn)區(qū)翔城國際LID工程效果模擬與評估

楊一夫

廈門市海綿城市試點(diǎn)區(qū)翔城國際LID工程效果模擬與評估

楊一夫

研究區(qū)域概況

翔城國際片區(qū)是廈門市翔安新城海綿城市建設(shè)試點(diǎn)區(qū)的首期啟動(dòng)區(qū)。受季風(fēng)、臺風(fēng)影響，雨量充沛，多年平均降雨量為1197mm，年際變化較大，年內(nèi)分布也不均勻。降雨主要集中在3～7月梅雨季節(jié)和4～10月臺風(fēng)雨季節(jié)，約占全年降雨量的80%[1]。

研究區(qū)域總面積為60.9ha，開發(fā)前以村莊、裸土、農(nóng)田及池塘為主，目前經(jīng)過高強(qiáng)度的開發(fā)，對原先自然滲透性良好的下墊面造成了較為嚴(yán)重的破壞?？梢灶A(yù)見，若按這種傳統(tǒng)、粗暴的模式進(jìn)行開發(fā)建設(shè)，用地中“藍(lán)線”“綠塊”將消失，自然生態(tài)環(huán)境將破壞，排水防澇窘境將被人為造成。

慶幸的是，當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門已經(jīng)意識到這個(gè)問題，并通過翔安新城海綿城市建設(shè)實(shí)施方案、翔安區(qū)排水防澇規(guī)劃、翔安區(qū)山水保護(hù)規(guī)劃等一系列研究論證，保留了村莊東側(cè)的水體及綠地，除提升洋塘居住區(qū)的生活品質(zhì)外，更大程度上為控制雨洪提供了調(diào)蓄空間和行泄通道，減少了對天然水文循環(huán)的擾動(dòng)。

按照海綿城市建設(shè)理念對片區(qū)空間布局進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整后研究區(qū)域不透水面積為34.8ha，占總面積的57.2%，由居住用地、村莊建設(shè)用地、公建用地、教育用地的屋面及道路、停車場組成；透水面積為24.2ha，占總面積的39.7%，由綠地（公園綠地及其他建設(shè)用地中的綠地）組成；其他為水域，面積為1.9ha，占總面積的3.1%。研究區(qū)域用地現(xiàn)狀及規(guī)劃見圖1～3。

圖1 研究區(qū)域開發(fā)前地貌

圖2 研究區(qū)域開發(fā)建設(shè)現(xiàn)狀

圖3 研究區(qū)域空間布局規(guī)劃

SWMM模型

SWMM模型是由美國國家環(huán)保署開發(fā)，用于模擬場降雨或長期降雨系列的水量或水質(zhì)動(dòng)態(tài)的降雨-徑流模型。SWMM5.0可模擬生物滯留、透水鋪裝、雨桶、滲渠及植被淺溝等5種低影響開發(fā)措施，其他LID措施例如屋頂綠化、下凹式綠地均可通過調(diào)整參數(shù)進(jìn)行模擬。結(jié)合模型中的水力模塊、LID模塊，實(shí)現(xiàn)雨水滯留、蒸發(fā)、下滲等水文過程的模擬。

LID在場地中的布置方式有兩種：

1.場地層面：將LID措施設(shè)置為一個(gè)獨(dú)立的子匯水區(qū)，用子匯水區(qū)的屬性參數(shù)來表達(dá)LID措施，此方式使場地內(nèi)雨水處置路徑可視化，適用于小地塊的LID集成技術(shù)效果模擬。

2.子匯水區(qū)層面：將一種或幾種預(yù)先定義好的LID措施直接應(yīng)用到子匯水區(qū)內(nèi)。此方式無法明確指定LID措施的服務(wù)區(qū)域及處置路徑，適合較大區(qū)域的LID模擬。應(yīng)注意子匯水區(qū)的參數(shù)（如不透水率、特征寬度)在扣除LID措施面積后確定[2]，如圖4。

圖4 布置LID后子匯水區(qū)的參數(shù)調(diào)整

模型應(yīng)用

1.研究區(qū)域概化

基于SWMM模型的應(yīng)用要求，結(jié)合排水防澇規(guī)劃及海綿城市建設(shè)實(shí)施方案對研究區(qū)域排水系統(tǒng)進(jìn)行概化，共劃分子匯水區(qū)12個(gè)，雨水管10條，檢查井8個(gè)，排出口1個(gè)，調(diào)蓄水體1個(gè)。研究區(qū)域概化圖見圖5。

圖5 研究區(qū)域概化圖

2.海綿城市建設(shè)規(guī)劃

研究區(qū)域采用源頭削減、中途轉(zhuǎn)輸、末端調(diào)蓄等多種手段，實(shí)現(xiàn)城市良性水文循環(huán)，提高對徑流雨水的滲透、調(diào)蓄、凈化、利用和排放能力，維持或恢復(fù)“海綿”功能。遵循海綿城市建設(shè)原則，提出以下4種海綿城市建設(shè)措施。

（1）調(diào)蓄水體。調(diào)蓄水體雖不是傳統(tǒng)LID（狹義LID）措施，但是屬于海綿城市（廣義LDI）范疇，對研究區(qū)域而言尤為重要，整個(gè)區(qū)域的雨水最終都是匯入該水體進(jìn)行消納和調(diào)蓄，對該片區(qū)防洪排澇起到關(guān)鍵的作用。

（2）屋頂綠化。屋面硬化在研究區(qū)域內(nèi)占有較大比例，通過屋頂綠化建設(shè)，不僅能夠改善建筑性能、美化城市景觀，還可有效減緩屋面雨水排入市政雨水管道的速度和流量，在削減城市雨水徑流量和面源污染負(fù)荷方面作用明顯。屋頂綠化率≥20%。

（3）下凹式綠地。針對已建或待建建筑小區(qū)、道路和公園，將綠地建為下凹式綠地，調(diào)整路面、綠地和雨水口高程的關(guān)系，使綠地高程低于路面高程，則道路和建筑物等不透水區(qū)上的雨水徑流會(huì)先流入下凹式綠地，下凹式綠地內(nèi)水蓄滿后流入雨水口。下凹式綠地率≥50%

（4）透水鋪裝。透水鋪裝是典型的通過降低城市不透水面積比例而對徑流進(jìn)行調(diào)控的LID措施，能使暴雨徑流在很短的時(shí)間內(nèi)入滲到更深層的土壤中。研究區(qū)域內(nèi)人行道、步行街、廣場及停車場等均建為透水鋪裝，透水鋪裝率≥70%。

根據(jù)研究區(qū)域?qū)嶋H情況，針對各子匯水區(qū)LID措施提出了規(guī)劃指標(biāo)，見表1。

表1 各子匯水區(qū)建設(shè)概況及LID措施規(guī)劃指標(biāo)表

3.參數(shù)選取

研究區(qū)域內(nèi)子匯水區(qū)的面積、特征寬度、坡度、管徑、管長、檢查井底標(biāo)高及區(qū)域不透水面積比例等均可由下墊面信息和管網(wǎng)信息獲取。模型參數(shù)的取值主要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況并參考SWMM模型用戶手冊中的推薦值[3]及相關(guān)文獻(xiàn)。降雨入滲模型采用Horton入滲模型，地表徑流的匯流采用非線性水庫模型，水力模型選用動(dòng)態(tài)波模型。

4.設(shè)計(jì)降雨

為了評估海綿城市建設(shè)對不同重現(xiàn)期暴雨的作用， 分別求出 P=2、5、10年的降雨量為61.78mm、73.95mm、83.16mm。選用芝加哥降雨過程線模型合成降雨情景，降雨歷時(shí)t=2h，雨峰系數(shù)r=0.4，降雨時(shí)間間隔取5min。其他參數(shù)參照廈門地區(qū)暴雨強(qiáng)度公式[4]而定。式中q為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度［L/（s·hm2）］，t為降雨歷時(shí)（min），P為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（a）。

5.模擬結(jié)果與分析

應(yīng)用SWMM模型計(jì)算傳統(tǒng)開發(fā)（無調(diào)蓄）、優(yōu)化開發(fā)（有調(diào)蓄）、屋頂綠化、下凹式綠地、透水鋪裝單獨(dú)布設(shè)和組合方案在2年一遇、5年一遇及10年一遇不同設(shè)計(jì)降雨條件下的徑流總量、洪峰流量、峰現(xiàn)時(shí)間、雨量綜合徑流系數(shù)等。模擬總時(shí)長取6h，結(jié)果步長取5min。模擬結(jié)果見表2。

表2 不同降雨條件下各布設(shè)場景的模擬結(jié)果

由表2可以看出：①與傳統(tǒng)開發(fā)相比，增設(shè)調(diào)蓄水體可大幅度削減洪峰流量，延后峰現(xiàn)時(shí)間；②各單項(xiàng) LID措施均有較好地降低徑流總量、削減洪峰流量和減小徑流系數(shù)的作用，其中下凹式綠地作用相對明顯；③LID措施單獨(dú)或組合布設(shè)時(shí)，徑流系數(shù)的減小幅度均隨著設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期的增大而減小，表明LID措施的雨水控制效果在低重現(xiàn)期下更為顯著；④組合式海綿城市建設(shè)方案的雨水控制效果優(yōu)于各LID措施單獨(dú)布設(shè)。

綜上可知，調(diào)蓄水體、屋頂綠化、下凹式綠地和透水鋪裝等海綿城市建設(shè)措施均能達(dá)到降低徑流總量、削減洪峰流量、減小徑流系數(shù)的目的，從而減輕雨水系統(tǒng)的運(yùn)行壓力，降低城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。更可有效控制面源徑流污染、增加雨水資源化利用量[5]。

結(jié)語

應(yīng)用SWMM模型對翔城國際項(xiàng)目LID改造工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬，通過對不同措施在不同設(shè)計(jì)降雨條件下對徑流總量、洪峰流量、峰現(xiàn)時(shí)間及雨量綜合徑流系數(shù)的控制效果的分析，為海綿城市建設(shè)技術(shù)在廈門的推廣提供了有力的技術(shù)支持。應(yīng)借此契機(jī)推進(jìn)海綿城市建設(shè)工作，更好地控制雨水、利用雨水，恢復(fù)城市原有的“海綿”功能。

（作者單位：廈門市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院）

[1]廈門市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.翔安新城試點(diǎn)區(qū)域海綿城市建設(shè)實(shí)施方案（非公開出版物）

[2]Lewis A Rossman.Storm Water Management Model User's Manual（Version 5.0）[M].Washington DC：USEPA,2009

[3]王文亮,李俊奇,宮永偉,等.基于SWMM模型的低影響開發(fā)雨洪控制效果模擬[J].中國給水排水,2012,28 (21)：43

[4]張中和.給水排水設(shè)計(jì)手冊（第5冊）：城鎮(zhèn)排水（第2版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2004

[5]何爽,劉俊,朱嘉祺.基于SWMM模型的低影響開發(fā)模式雨洪控制利用效果模擬與評估 [J].水電能源科學(xué), 2013,31(12)：45～46