基于SWMM模型的海綿城市規(guī)劃設(shè)計分析

梁 偉，龔昌勝，邢 寧，黎彬富

（珠海建研科技有限公司，廣東 珠海 519031）

受經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響，城市化進(jìn)程逐漸加快，在這一新形勢下，城市中的硬化面積增加，雨水徑流加大，為排水管網(wǎng)正常運(yùn)行帶來較大的壓力，如果出現(xiàn)問題便會導(dǎo)致城市內(nèi)澇。20世紀(jì)末，我國從國外引進(jìn)了暴雨管理與面源污染處理技術(shù)，即低影響開發(fā)理念（LID），它為城市開發(fā)與建設(shè)提供了極大的幫助，已經(jīng)取得十分顯著的成果。為了積極應(yīng)對洪澇災(zāi)害，有關(guān)部門提出了“海綿城市”這一概念，本文以SWMM模型為前提，針對海綿城市規(guī)劃設(shè)計展開論述。

1 海綿城市與SWMM模型

1.1 海綿城市

海綿城市是新一代城市雨洪管理概念，即城市如海綿一般，積極適應(yīng)環(huán)境變化，面對洪澇災(zāi)害等體現(xiàn)出彈性，下雨時發(fā)揮蓄水與凈水的功能，待需要時再將之前儲存的水進(jìn)行應(yīng)用，以達(dá)到約束雨水徑流、實(shí)現(xiàn)水資源重復(fù)利用的目的。海綿城市的示意圖如圖1所示。

圖1 海綿城市示意圖

海綿城市的實(shí)現(xiàn)，要以生態(tài)優(yōu)先這一原則為基準(zhǔn)，充分結(jié)合自然、人工手段，保證城市的安全排水與防澇，并且全面實(shí)現(xiàn)雨水的儲存與凈化，使雨水資源得到充分利用，用以保護(hù)生態(tài)環(huán)境，縮小城市開發(fā)之后所體現(xiàn)的水文特征與開發(fā)之前的差距，通過儲存的雨水解決城市內(nèi)澇問題，減少徑流污染負(fù)荷，對城市內(nèi)部的生態(tài)環(huán)境加以保護(hù)[1]。2014年，有關(guān)部門發(fā)布了與海綿城市相關(guān)的建設(shè)規(guī)定，今后建設(shè)海綿城市過程中需要按照規(guī)定要求，優(yōu)先利用雨水花園與植草溝等進(jìn)行排水，構(gòu)建城鎮(zhèn)排水防澇系統(tǒng)，最大程度地減少城市內(nèi)澇的危害。

1.2 SWMM模型

SWMM模型是美國環(huán)境保護(hù)局針對城市排水這一問題研發(fā)的暴雨徑流管理模型，該模型能夠動態(tài)模擬持續(xù)暴雨所形成的徑流量，將城市排水系統(tǒng)中與水量和水質(zhì)有關(guān)的問題加以解決。當(dāng)前，SWMM模型成為暴雨洪水管控的核心工具。SWMM模型內(nèi)的LID模塊，主要為動態(tài)模擬提供了幾種不同的類型，如綠色屋頂、多孔路面、生物網(wǎng)格滯留、滲渠、草洼。雨水調(diào)蓄模擬、蒸發(fā)等環(huán)節(jié)，利用SWMM模型中的水質(zhì)、水力兩個模塊，使用LID技術(shù)模擬徑流污染控制效果以及地面徑流量和峰值流量。

2 基于SWMM模型的海綿城市規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計

海綿城市規(guī)劃系統(tǒng)整體邏輯架構(gòu)按照從上至下的順序，主要有業(yè)務(wù)應(yīng)用層、應(yīng)用支撐層、數(shù)據(jù)資源層、采集傳輸層，其中也包括信息安全機(jī)制、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范機(jī)制。海綿城市規(guī)劃系統(tǒng)在設(shè)計時，對于前端WEB頁面、中間件的訪問和調(diào)用，所使用的手段均是以SOA架構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計。

2.1.1 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層是海綿城市的核心模擬系統(tǒng)。

2.1.2 應(yīng)用支撐層

在系統(tǒng)中，應(yīng)用支撐平臺主要為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供相應(yīng)的服務(wù)，即一組共性與關(guān)鍵性服務(wù)，其中有事務(wù)處理、安全服務(wù)、信息標(biāo)識以及數(shù)據(jù)訪問幾個項(xiàng)目。在原來的基礎(chǔ)上，其增設(shè)了GIS、報表、圖表以及模型等多種服務(wù)[2]。以此為前提的洪水管理信息化業(yè)務(wù)平臺和排水模擬平臺，在之后的業(yè)務(wù)應(yīng)用階段與洪水預(yù)報系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中發(fā)揮了重要作用。

2.1.3 數(shù)據(jù)資源層

數(shù)據(jù)資源層也被稱為數(shù)據(jù)存儲平臺，通過關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、全文數(shù)據(jù)庫這兩種形式的結(jié)合，儲存、管理全部的資源數(shù)據(jù)，通過關(guān)系數(shù)據(jù)庫本身所具備的業(yè)務(wù)處理功能，以及全文數(shù)據(jù)庫中海量存儲、檢索性能這兩項(xiàng)功能，可以任意檢索需要的數(shù)據(jù)資源。通過全文檢索網(wǎng)，人們可以對關(guān)系數(shù)據(jù)庫內(nèi)所有數(shù)據(jù)資源進(jìn)行創(chuàng)建以及全文索引，全文數(shù)據(jù)庫則主要負(fù)責(zé)全文檢索這一功能的提供。在此次設(shè)計中，數(shù)據(jù)資源層內(nèi)所有建設(shè)內(nèi)容如下：土地利用數(shù)據(jù)庫、土壤信息數(shù)據(jù)庫、氣象數(shù)據(jù)庫、其余基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理入庫四項(xiàng)內(nèi)容。

2.1.4 采集傳輸層

采集傳輸層主要負(fù)責(zé)信息采集，所采集的信息有氣象信息、墑情信息以及土地利用信息，如降雨、土壤含水量等。

2.2 系統(tǒng)功能

通過對城市規(guī)劃建設(shè)和排水特征的了解，筆者認(rèn)為，海綿城市規(guī)劃系統(tǒng)主要包括以下6個功能模塊，即系統(tǒng)管理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、基礎(chǔ)信息模塊、結(jié)果管理模塊、結(jié)果展示模塊、模型參數(shù)設(shè)置模塊，如圖2所示[3]。

圖2 海綿城市規(guī)劃系統(tǒng)功能模塊

2.2.1 基礎(chǔ)信息模塊

針對“.dwg”“.shp”這兩種格式的地圖進(jìn)行處理，使其成為閉合區(qū)域，也就是已經(jīng)完成劃分的集水區(qū)域，將其導(dǎo)入基礎(chǔ)信息模塊內(nèi)，便會生成文件，其格式為“.inp”，隨后便可以在SWMM模型內(nèi)直接運(yùn)行，并且對底圖勾畫排水管網(wǎng)進(jìn)行加載[4]。信息基礎(chǔ)模塊中需要導(dǎo)入降雨數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來自于數(shù)據(jù)庫內(nèi)，將各個時期的降雨數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊中，選擇時可以以市政排水管網(wǎng)規(guī)定作為參照。

2.2.2 模型參數(shù)設(shè)置模塊

該模塊是以默認(rèn)參數(shù)為前提，合理調(diào)整參數(shù)值。例如，該模型中的子集水區(qū)內(nèi)透水、不透水面積之比存在差異、綠化區(qū)域顯示為LID模式，這兩種情況都可以在該模塊展開調(diào)整[5]。SWMM模型的參數(shù)率定可以以實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，也就是參考實(shí)測數(shù)據(jù)調(diào)整入滲率，或是將模擬結(jié)果、實(shí)測結(jié)果進(jìn)行比較，隨后展開手動調(diào)整。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理模塊

該模塊主要負(fù)責(zé)模擬結(jié)果的處理，SWMM模型內(nèi)的模擬結(jié)果數(shù)據(jù)格式比較特殊，在模塊中主要選擇的是待處理數(shù)據(jù)，如水深和徑流量，將其轉(zhuǎn)換格式為“.xls”，隨后針對單位展開處理，儲存在數(shù)據(jù)庫內(nèi)[6]。

2.2.4 結(jié)果管理模塊

針對規(guī)劃設(shè)計項(xiàng)目建設(shè)之后與規(guī)劃前后的模擬結(jié)果，都要以報告或者圖表的方式存儲。用戶選擇圖表中的數(shù)據(jù)與圖表樣式，按照實(shí)際需求編輯報告。

3 結(jié)語

使用SWMM模型對海綿城市進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計，不僅有利于實(shí)現(xiàn)城市降水的重復(fù)利用，還能夠提高城市規(guī)劃設(shè)計效果，降低洪澇災(zāi)害的危害。目前，海綿城市已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，這為今后城市規(guī)劃設(shè)計提供了可行案例，同時也使海綿城市的實(shí)踐更加規(guī)范，將其與SWMM模型相結(jié)合，人們可以創(chuàng)造更加良好的城市環(huán)境。

1 施 萍，郭 羽.基于“生動、生態(tài)、生機(jī)”理念的海綿城市規(guī)劃實(shí)踐——以上海張家浜楔形綠地規(guī)劃設(shè)計為例[J].給水排水，2017，（2）：59-62.

2 李艷芳.GIS與SWMM模型在下凹式綠地優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用研究[D].昆明：云南師范大學(xué)，2016.

3 王文亮，李俊奇，王二松，等.海綿城市建設(shè)要點(diǎn)簡析[J].建設(shè)科技，2017，（1）：19-21.

4 袁再健，梁 晨，李定強(qiáng).中國海綿城市研究進(jìn)展與展望[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2017，（5）：896-901.

5 王 浩，梅 超，劉家宏.海綿城市系統(tǒng)構(gòu)建模式[J].水利學(xué)報，2017，（9）：1009-1014.

6 姚輝彬，徐友全，陳 斌.海綿城市研究動態(tài)及熱點(diǎn)分析[J].建筑經(jīng)濟(jì)，2017，（10）：21-26.