低影響開(kāi)發(fā)對(duì)城市內(nèi)澇節(jié)點(diǎn)雨洪控制效果研究
——不同降雨特性下的情景模擬

潘文斌,柯錦燕,鄭 鵬,占 昕 (福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,福建 福州 350116)

城市化發(fā)展改變了區(qū)域自然地貌和天然排水系統(tǒng),導(dǎo)致不透水面積大幅度增加,再加上全球氣候的變化,導(dǎo)致區(qū)域降雨特性發(fā)生改變,暴雨極端事件增加[1-2].這些變化引起城市降雨、徑流要素的改變,帶來(lái)了水資源短缺、水環(huán)境污染和城市雨洪災(zāi)害的 3大水文問(wèn)題,嚴(yán)重制約城市的健康發(fā)展[2].為緩解城市發(fā)展帶來(lái)的消極影響,我國(guó)在2015年4月公布了16個(gè)海綿城市試點(diǎn)名單,計(jì)劃在未來(lái)3a內(nèi)建成一個(gè)可存儲(chǔ)、滲透和凈化雨水的可持續(xù)雨水管理系統(tǒng),形成一套可推廣、可復(fù)制的工作機(jī)制、政策制度和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).

海綿城市的核心理念是低影響開(kāi)發(fā)(LID),強(qiáng)調(diào)通過(guò)源頭分散的小型控制設(shè)施,維持和保護(hù)場(chǎng)地自然水文功能,該理念已在西方國(guó)家得到普遍認(rèn)可,并逐步與城市的規(guī)劃建設(shè)相結(jié)合[3-4].國(guó)內(nèi)外學(xué)者亦在不同尺度下,通過(guò)實(shí)地監(jiān)測(cè)和數(shù)學(xué)建模等方法對(duì)LID措施的雨洪控制效果進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)LID措施能夠有效地起到徑流調(diào)控、水質(zhì)凈化和雨水利用等作用,極大程度減少研究區(qū)域的開(kāi)發(fā)對(duì)水文循環(huán)的影響[5-9].值得注意的是,部分研究指出LID措施的控制效果會(huì)受到降雨強(qiáng)度的影響[10-11],但目前關(guān)于LID措施在不同降雨特性下對(duì)城市雨洪控制效果研究較少.針對(duì)此,本文以福州市某高密度居民住宅區(qū)為例,模擬分析單個(gè)和組合布設(shè)的LID措施在不同降雨特性下(降雨重現(xiàn)期、降雨歷時(shí)和雨峰系數(shù))對(duì)內(nèi)澇節(jié)點(diǎn)的雨洪控制效果,探索適合該小區(qū)的LID布設(shè)方式,進(jìn)而為海綿城市建設(shè)提供理論依據(jù),為其相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考和借鑒.

1 方法與數(shù)據(jù)

1.1 PCSWMM模型

PCSWMM 是加拿大水力計(jì)算研究所(CHI)基于美國(guó)環(huán)保署(EPA)的SWMM模型開(kāi)發(fā)的綜合性商業(yè)化軟件,廣泛應(yīng)用于城市排水管道和暴雨管理研究中.除具備與 SWMM 模型一樣的核心程序和功能外,最新的PCSWMM 2015整合設(shè)計(jì)了最新的、功能強(qiáng)大的地理信息系統(tǒng)引擎,支持 1D/2D 模型的耦合,可模擬完整的污染物遷移和降雨徑流過(guò)程,并為區(qū)域 LID管理提供決策性意見(jiàn)[12].PCSWMM 模型提供的 LID控制模塊可以精確模擬不同類(lèi)型的LID調(diào)控,如對(duì)滯留、下滲和蒸發(fā)的調(diào)控.在模型中,LID調(diào)控可由一組連接在一起的垂向圖層表示(如表面層、路面層、土壤層和蓄水層等),每個(gè)圖層的參數(shù)單獨(dú)定義.在PCSWMM 運(yùn)行期間,利用水量平衡方程可以跟蹤每個(gè)LID圖層實(shí)時(shí)的出流和儲(chǔ)水情況[13].

1.2 研究區(qū)概況及其概化

圖1 研究區(qū)域地理位置及其排水系統(tǒng)概化Fig.1 Geographical position and the drainage system generalization of the study area

1.3 模型參數(shù)的選擇

1.3.1 模型水文水力參數(shù)的選擇 研究區(qū)域子匯水區(qū)的面積、特征寬度、平均坡度和不透水率,是基于福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院提供的土地利用類(lèi)型分類(lèi)圖和地形圖,通過(guò) GIS軟件提取.管道形狀和斷面尺寸、管道起止點(diǎn)偏置值、檢查井內(nèi)底標(biāo)高、檢查井最大深度等由福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院和提供.模型不確定參數(shù)的選取主要結(jié)合實(shí)際情況,并參考SWMM模型用戶(hù)指南的推薦值和國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)[13-17].降雨入滲過(guò)程采用霍頓方程(Horton)進(jìn)行模擬.地表徑流的產(chǎn)流模型分為有洼蓄量的不透水地表、無(wú)洼蓄量的不透水地表和透水地表 3個(gè)部分單獨(dú)計(jì)算.地表徑流的匯流計(jì)算采用非線(xiàn)性水庫(kù)模型,模擬排水系統(tǒng)流量演算的水力模型選用動(dòng)力波模型.模型主要參數(shù)取值見(jiàn)表1.

表1 模型主要參數(shù)的取值Table 1 Main uncertain parameter values in the model

1.3.2 LID參數(shù)設(shè)置 基于8種不同的用地布局情景分析不同的LID措施對(duì)內(nèi)澇節(jié)點(diǎn)雨洪的控制效果,分別為:(1)現(xiàn)狀用地布局情景(不采取任何的 LID 措施);(2)LID1用地布局情景(滲透鋪裝措施);(3)LID2用地布局情景(植被淺溝&雨水花園組合措施);(4)LID3用地布局情景(綠色屋頂措施); (5)LID12用地布局情景(滲透鋪裝&植被淺溝&雨水花園組合措施);(6)LID13用地布局情景(滲透鋪裝&綠色屋頂組合措施);(7)LID23用地布局情景(植被淺溝&雨水花園&綠色屋頂組合措施);(8)LID123用地布局情景(滲透鋪裝&植被淺溝&雨水花園&綠色屋頂組合措施).

表2 LID設(shè)計(jì)參數(shù)值Table 2 Parameter values of LID designs

對(duì)LID措施簡(jiǎn)介如下:(1)滲透鋪裝:將小區(qū)內(nèi)每個(gè)子匯水區(qū)的硬質(zhì)不透水路面全部改裝為滲透路面,布設(shè)的滲透路面總面積為 1.899hm2.(2)植被淺溝和雨水花園組合:將小區(qū)內(nèi)每個(gè)子匯水區(qū)的普通綠地全部改裝為植被淺溝,布設(shè)總面積為 1.384hm2.將小區(qū)內(nèi)每個(gè)子匯水區(qū)的水面全部改裝為雨水花園,布設(shè)總面積為0.180hm2.因雨水花園的布設(shè)面積較小,故本研究將植被淺溝與雨水花園組合,作為一種單獨(dú)的 LID措施來(lái)分析.(3)綠色屋頂:將小區(qū)內(nèi)每個(gè)子流域的屋面全部改裝為綠色屋頂,布設(shè)總面積為 0.948hm2.(4)組合方案:將上述3種單獨(dú)的LID控制措施分別進(jìn)行兩兩組合布設(shè)及三個(gè)組合布設(shè),各 LID措施的布設(shè)面積及設(shè)置均與其單獨(dú)布設(shè)時(shí)一致.其中,滲透鋪裝&植被淺溝&雨水花園組合措施的布設(shè)總面積為 3.463hm2,滲透鋪裝&綠色屋頂組合措施的布設(shè)總面積為 2.847hm2,植被淺溝&雨水花園&綠色屋頂組合措施的布設(shè)總面積為2.512hm2,滲透鋪裝&植被淺溝&雨水花園&綠色屋頂組合措施的布設(shè)總面積為4.411hm2.

不同 LID措施的參數(shù)設(shè)置主要參考 PCSWMM用戶(hù)手冊(cè)的推薦值及國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者給定的參考值[13-20],具體LID參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表2.

1.3.3 水質(zhì)參數(shù)設(shè)置 以 SS為研究對(duì)象,利用PCSWMM 的污染物模塊及其土地利用模塊、污染物累積模塊和污染物沖刷模塊進(jìn)行研究小區(qū)內(nèi)澇節(jié)點(diǎn)污染負(fù)荷模擬.結(jié)合不同土地利用情況對(duì)污染物的累積及沖刷的影響,利用飽和函數(shù)模型和指數(shù)函數(shù)模型進(jìn)行污染物的堆積和沖刷模擬.通過(guò)研究區(qū)域?qū)嶋H情況及查看相關(guān)的文獻(xiàn)獲取模型的水質(zhì)參數(shù)(表 3),本研究中植被淺溝、雨水花園、滲透鋪裝和綠色屋頂對(duì) SS負(fù)荷的去除率分別為 60%,80%,90%,80%,根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況,確定模型中街道清掃間隔為1d,地表累積污染物的去除效率為70%.模擬前期干旱天數(shù)為 7d,并假定降水中所含的 SS為10mg/L[22-24].

表3 不同下墊面的SS模擬參數(shù)Table 3 SS simulation parameters for different underlying surfaces

1.4 暴雨強(qiáng)度的計(jì)算

陳奕[25]在對(duì)福州市暴雨強(qiáng)度公式優(yōu)化研究中得出,福州市城區(qū)暴雨強(qiáng)度公式為:

式中:q為t時(shí)間內(nèi)的平均降雨強(qiáng)度,L/(s·hm2);t為降雨歷時(shí),min;P為降雨重現(xiàn)期,a.為了評(píng)估 LID措施在不同降雨特性下對(duì)城市內(nèi)澇節(jié)點(diǎn)雨洪的影響,利用式(1)分別求出不同降雨重現(xiàn)期(表 4)、不同降雨歷時(shí)(表5)、不同雨峰系數(shù)的降雨數(shù)據(jù)(不同雨峰系數(shù)的降雨情景其降雨重現(xiàn)期均為10a一遇,降雨歷時(shí)2h,降雨強(qiáng)度45.264mm/h,時(shí)間步長(zhǎng)5min,模擬時(shí)間4h,雨峰系數(shù)分別取0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8及0.9),采用芝加哥降雨過(guò)程線(xiàn)模型(CHM法)[26-27]合成降雨情景.

此次研制出的10 kV配電網(wǎng)不停電作業(yè)綜合絕緣抱桿，較傳統(tǒng)帶電作業(yè)用絕緣抱桿相比，有了多方面的功能提升，整套工具更安全、更適用、更方便，體現(xiàn)在以下6個(gè)方面：

表4 不同降雨重現(xiàn)期的降雨情景Table 4 The rainfall scenarios under different rainfall return periods

表5 不同降雨歷時(shí)的降雨情景Table 5 The rainfall scenarios under different rain durations

2 結(jié)果與討論

2.1 現(xiàn)狀用地布局情景下雨洪模擬情況

模擬現(xiàn)狀用地布局情景下不同降雨重現(xiàn)期(P)的雨洪情況,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)澇節(jié)點(diǎn)從P=0.5a的4個(gè)增加到P=100a的38個(gè).研究區(qū)域的西北方小區(qū)受災(zāi)較為嚴(yán)重,該小區(qū)在 P=0.5a時(shí)就開(kāi)始出現(xiàn)內(nèi)澇節(jié)點(diǎn),在P=100a時(shí),內(nèi)澇節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)達(dá)到該小區(qū)檢查井個(gè)數(shù)的75 %.

因此選用受災(zāi)較為嚴(yán)重的西北方小區(qū)進(jìn)行LID措施布設(shè),模擬分析在不同降雨特性下(降雨重現(xiàn)期、降雨歷時(shí)和雨峰系數(shù))各LID措施布設(shè)情景對(duì)區(qū)域內(nèi)排水管網(wǎng)的雨洪控制效果.布設(shè)區(qū)域檢查井 J3深度最小(1m),在各個(gè) P下均出現(xiàn)積水現(xiàn)象,且 LID措施對(duì)其控制效果較其它節(jié)點(diǎn)更明顯,故選用J3節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象.J3所在匯水區(qū)滲透鋪裝、植被淺溝、綠色屋頂布設(shè)的面積百分比分別為:43.10%,46.04 %,10.86 %.圖2為L(zhǎng)ID布設(shè)區(qū)域的概化圖,總面積為 4.411hm2,將該小區(qū)概化為 12個(gè)子匯水區(qū)(S1～S12),12個(gè)檢查井(J1～J12)和 11條管道(C1～C11).根據(jù)下墊面類(lèi)型將整個(gè)布設(shè)區(qū)域的現(xiàn)狀用地劃分為4類(lèi),分別為路面、綠地、水面、屋面,其面積占比分別為 43.08 %、31.29 %、4.08 %和21.55 %(圖3).

圖2 LID布設(shè)區(qū)域管線(xiàn)Fig.2 Drainage system designed in the LID layout area

圖3 LID布設(shè)區(qū)域土地利用分類(lèi)Fig.3 Land use classification in the LID layout area

2.2 不同降雨重現(xiàn)期(P)下LID控制效果模擬

選取洪峰流量、積水時(shí)間、積水深度和SS峰值濃度為控制指標(biāo),模擬分析在不同降雨特性下各LID措施布設(shè)情景在節(jié)點(diǎn)J3的雨洪控制效果.隨著P的增長(zhǎng),現(xiàn)狀用地布局情景下,節(jié)點(diǎn)J3的洪峰流量、積水時(shí)間和積水深度增大.不同P下的雨洪控制效果見(jiàn)圖4～圖7.

圖4 LID布設(shè)在不同降雨重現(xiàn)期對(duì)洪峰流量的削減Fig.4 Peak discharge reduction of different LID layout scenarios under different rainfall return periods

模擬結(jié)果表明,在不同的P下,布設(shè)LID措施使節(jié)點(diǎn)的洪峰流量減小,積水時(shí)間縮短,積水深度降低,且在小P的情景下對(duì)指標(biāo)的控制效果更顯著.(1)對(duì)于洪峰流量,各LID用地布局情景的削減總量隨著P的增大而增加,其中LID2和LID23分別在P=20a和P=50a時(shí)對(duì)其削減總量達(dá)到最大,其后會(huì)隨著P的增大而減小.(2)對(duì)于積水時(shí)間,LID1和LID2在P=2a對(duì)其削減總量達(dá)到最大,LID3、LID13和LID23為P=5a,其后都會(huì)隨著P的增大而減小;LID12和LID123的削減總量隨著P的增大不斷增加,但在設(shè)定的P內(nèi)未達(dá)到最大值.(3)對(duì)于積水深度,LID2在P=20a對(duì)其削減總量達(dá)到最大,其后會(huì)隨著P的增大而減小,其余LID措施布設(shè)情景削減總量隨著P的增長(zhǎng)不斷增大.(4)單個(gè)LID控制措施中以滲透鋪裝措施的控制效果最佳,其在P=1a時(shí)開(kāi)始發(fā)生洪流,在P=2a時(shí)時(shí)開(kāi)始發(fā)生積水;綠色屋頂措施的控制效果最差,在P=0.5a時(shí)開(kāi)始發(fā)生洪流,這是因?yàn)?J3節(jié)點(diǎn)所在的子匯水區(qū)(S10)內(nèi) LID布設(shè)措施主要是滲透鋪裝和植被淺溝,綠色屋頂?shù)牟荚O(shè)面積較小,分別占整個(gè)子匯水區(qū)的43.10%、46.04%和 10.86%,故綠色屋頂?shù)目刂菩Ч?而滲透鋪裝對(duì)地表徑流的滯蓄庫(kù)容比植被淺溝的大,故其對(duì)節(jié)點(diǎn)積水的控制效果比植被淺溝好.組合布設(shè)情景, LID123控制效果最佳,在設(shè)定的P內(nèi)均未發(fā)生洪流. LID12在P=100a時(shí)發(fā)生洪流,但洪峰流量較小,洪流持續(xù)時(shí)間較短,幾乎為零,并未發(fā)生積水.LID23控制效果最差,在P=0.5a時(shí),開(kāi)始發(fā)生洪流并積水.

圖5 LID布設(shè)在不同降雨重現(xiàn)期對(duì)積水時(shí)間的削減Fig.5 Ponding time reduction of different LID layout scenarios under different rainfall return periods

圖6 LID布設(shè)在不同降雨重現(xiàn)期對(duì)積水深度的削減Fig.6 Ponding depth reduction of different LID layout scenarios under different rainfall return periods

隨著P的增大,現(xiàn)狀用地布局情景的SS峰值濃度隨之減小,這是由于隨著降雨量的增長(zhǎng),地表污染負(fù)荷總量變化不大,而地表徑流量大量增加,降雨徑流對(duì)地表污染物沖刷的增加量小于地表徑流的增加量,故使得節(jié)點(diǎn)中的SS峰值濃度減小.不同LID布設(shè)情景下,LID2和 LID23從 P=5a時(shí)開(kāi)始,節(jié)點(diǎn) SS峰值濃度大于現(xiàn)狀用地;其余布設(shè)情景,對(duì) SS峰值濃度均有一定的削減作用,模擬結(jié)果分析如下:(1)LID2、LID3和 LID23用地布局情景的節(jié)點(diǎn) SS峰值濃度隨著 P的增大呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì),其原因是這3種LID措施對(duì)徑流量的削減量較大,在降雨量較小時(shí),對(duì)徑流量的控制效果較好,產(chǎn)生的地表徑流量較少,不足以沖刷地表中截留的污染物質(zhì),故隨著降雨量的增大,沖刷的污染物逐漸增多,SS沖刷的增加量大于徑流的增加量,故節(jié)點(diǎn)中 SS峰值濃度增大.繼續(xù)增大降雨量,3種 LID措施對(duì)地表徑流的削減效果逐漸減小,地表徑流量較大,而地表污染物質(zhì)總量變化不大,SS沖刷的增量小于徑流的增量,故節(jié)點(diǎn)中的污染峰值濃度減小.(2)LID1、LID12、LID13和LID123措施的節(jié)點(diǎn)SS峰值濃度隨著P的增大而增加,其主要原因是這4種LID措施對(duì)地表徑流的削減效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他 LID措施,產(chǎn)生的地表徑流較小,當(dāng)降雨量增加,沖刷的 SS增量一直大于徑流的增量,故節(jié)點(diǎn)的SS峰值濃度一直增大.(3)在不同的P下,LID2和LID23對(duì)SS峰值濃度的削減效果較差.隨著 P的增大,LID1、LID12、LID13和LID123措施對(duì)節(jié)點(diǎn)SS峰值濃度的削減百分比逐漸減小,而LID2、LID3和LID23措施的削減百分比則先減小后增加.不同LID措施在P較小時(shí)的削減效果更顯著.

圖7 LID措施在不同降雨重現(xiàn)期對(duì)SS峰值濃度的削減Fig.7 SS peak concentration reduction of different LID layout scenarios under different rainfall return periods

2.3 不同降雨歷時(shí)(t)下LID控制效果模擬

隨著t的增長(zhǎng),現(xiàn)狀用地布局情景下,節(jié)點(diǎn)J3的洪峰流量、積水深度和SS峰值濃度減小,而積水時(shí)間增大.不同t下的雨洪控制效果見(jiàn)圖8～圖11.

圖8 LID布設(shè)在不同降雨歷時(shí)對(duì)洪峰流量的削減Fig.8 Peak discharge reduction of different LID layout scenarios under different rainfall durations

圖9 LID布設(shè)在不同降雨歷時(shí)對(duì)積水時(shí)間的削減Fig.9 Ponding time reduction of different LID layout scenarios under different rainfall durations

模擬結(jié)果表明,在不同的t下,布設(shè)LID措施使節(jié)點(diǎn)的洪峰流量減小,積水時(shí)間縮短,積水深度降低,且在低降雨歷時(shí)的條件下的控制效果更顯著.(1)對(duì)于洪峰流量,各LID用地布局情景的削減總量隨著t的增長(zhǎng)而減小.(2)對(duì)于積水時(shí)間,LID2、LID3和LID23在t=1.5h時(shí),削減總量最小,而后隨著t的增長(zhǎng)不斷增大.其余LID布設(shè)情景,削減總量隨著t的增長(zhǎng)不斷增大,但在設(shè)定的 t內(nèi)未達(dá)到最大值.(3)對(duì)于積水深度,各LID布設(shè)情景的削減總量隨著t的增長(zhǎng)不斷減小.(4)單個(gè)LID控制措施中以滲透鋪裝措施的控制效果最佳,綠色屋頂措施的控制效果最差.組合布設(shè)情景中,LID123控制效果最佳,在設(shè)定的 t內(nèi)均未發(fā)生洪流.LID12在t=1h發(fā)生洪流,但洪峰流量較小,而且未產(chǎn)生積水.

圖10 LID布設(shè)在不同降雨歷時(shí)對(duì)積水深度的削減Fig.10 Ponding depth reduction of different LID layout scenarios under different rainfall durations

圖11 LID布設(shè)在不同降雨歷時(shí)對(duì)SS峰值濃度的削減Fig.11 SS peak concentration reduction of different LID layout scenarios under different rainfall durations

隨著t的增長(zhǎng),現(xiàn)狀用地布局情景的SS峰值濃度隨之減小,這是由于降雨強(qiáng)度減小,地表徑流對(duì)污染物的沖刷強(qiáng)度減弱,故使得節(jié)點(diǎn)中的 SS峰值濃度減小.不同LID布設(shè)情景下,得到以下模擬結(jié)果:(1)LID2和LID23布設(shè)之后,在不同的t下,節(jié)點(diǎn)SS峰值濃度比現(xiàn)狀用地布局大,且在短t中更為顯著.這是由于對(duì)比現(xiàn)狀用地,植被淺溝布設(shè)后其土壤內(nèi)含有SS,在短t中,降雨強(qiáng)度較大,沖刷的SS總量較大,而地表徑流產(chǎn)生量較小,所以峰值濃度比現(xiàn)狀用地更大.(2)單個(gè)LID控制措施中以滲透鋪裝措施的控制效果最佳,植被淺溝的控制效果最差.組合布設(shè)情景中,LID123控制效果最佳,LID23的控制效果最差.(3)不同LID措施在不同t下對(duì)節(jié)點(diǎn)SS峰值濃度的削減百分比有先減小后增加的趨勢(shì).

2.4 不同雨峰系數(shù)(r)下LID控制效果模擬

隨著雨峰的后移,現(xiàn)狀用地布局情景下,節(jié)點(diǎn) J3的洪峰流量增大,積水時(shí)間和 SS峰值濃度減小,積水深度略有增加.不同 r下的雨洪控制效果見(jiàn)圖 12～圖15.

圖12 LID布設(shè)在不同雨峰系數(shù)對(duì)洪峰流量的削減Fig.12 Peak discharge reduction of different LID layout scenarios under different rain peak coefficients

圖13 LID布設(shè)在不同雨峰系數(shù)對(duì)積水時(shí)間的削減Fig.13 Ponding time reduction of different LID layout scenarios under different rain peak coefficients

模擬結(jié)果表明,在不同的r下,布設(shè)LID措施使節(jié)點(diǎn)的洪峰流量減小,積水時(shí)間縮短,積水深度降低.(1)對(duì)于洪峰流量,各LID用地布局情景的削減總量隨著雨峰的后移而增長(zhǎng),在r=0.7時(shí)達(dá)到最大,在r=0.8時(shí)下降,之后又會(huì)增長(zhǎng).(2)對(duì)于積水時(shí)間,各 LID用地布局情景的削減總量在 r=0.1時(shí)達(dá)到最大值,隨著雨峰的后移,增加總量下降,到r=0.9時(shí)又開(kāi)始增大.(3)對(duì)于積水深度,各LID用地布局情景的削減總量隨著r的變化規(guī)律均不相同.(4)單個(gè)LID控制措施中以滲透鋪裝措施的控制效果最佳,綠色屋頂措施的控制效果最差;組合布設(shè)情景中,LID12和LID123在不同r下節(jié)點(diǎn)均未發(fā)生洪流.

圖14 LID布設(shè)在不同雨峰系數(shù)對(duì)積水深度的削減Fig.14 Ponding depth reduction of different LID layout scenarios under different rain peak coefficients

圖15 LID措施在不同雨峰系數(shù)對(duì)SS峰值濃度的削減Fig.15 SS peak concentration reduction of different LID layout scenarios under different rain peak coefficients

隨著雨峰的后移,現(xiàn)狀用地布局情景的 SS峰值濃度隨之減小,這是由于在雨峰前期,地表徑流逐漸入滲到地下,隨著雨峰的后移,入滲逐漸達(dá)到飽和,地表開(kāi)始慢慢積水,致使地表徑流峰值隨著雨峰的后移而增大,而被降雨徑流沖刷的地表污染物的負(fù)荷量變化不大,故使得徑流中污染物峰值濃度減小,節(jié)點(diǎn) SS濃度的峰值減小.不同 LID布設(shè)情景下,LID2和LID23從r=0.4開(kāi)始,節(jié)點(diǎn)SS峰值濃度大于現(xiàn)狀用地;其余布設(shè)情景,在各r下對(duì)SS峰值濃度均有一定的削減作用,模擬結(jié)果分析如下:(1)LID2、LID3和 LID23用地布局情景的SS峰值濃度均隨著雨峰的后移逐漸減小,其原因是這3種用地布局情景產(chǎn)生的地表徑流量較大,在雨峰前期,地表徑流逐漸入滲到地下,隨著雨峰的后移,入滲逐漸達(dá)到飽和,地表開(kāi)始慢慢積水,致使地表徑流峰值隨著雨峰的后移逐漸增大,而被降雨徑流沖刷的地表污染物的負(fù)荷量變化不大,故使得徑流中污染物峰值濃度減小.(2)LID12和 LID123用地布局情景 SS峰值濃度隨著雨峰的后移逐漸增加.SS峰值濃度增加的原因是在以上2種用地布局情景下,地表徑流量大量減少,隨著雨峰系數(shù)的后移,地表積累的污染物受雨水沖刷變多,徑流的峰值流量增大,使得地表徑流中攜帶的污染物的量也增加.節(jié)點(diǎn)中的SS負(fù)荷增多,而雨水深度減小,故濃度峰值增加.(3)單個(gè)LID控制措施中以滲透鋪裝措施的控制效果最佳,植被淺溝的控制效果最差;組合布設(shè)情景中,LID12和LID123在不同r下控制效果較佳.

3 結(jié)論

3.1 總體來(lái)說(shuō),布設(shè) LID 措施之后,在不同降雨情景下,節(jié)點(diǎn)的洪峰流量減小、積水時(shí)間減少、積水深度變小;除了LID2和LID23節(jié)點(diǎn)SS峰值濃度會(huì)高于現(xiàn)狀用地,其余布設(shè)情景下,SS峰值濃度減小.

3.2 對(duì)于水量控制,在不同降雨情景下,各LID布設(shè)組合的削減效果以L(fǎng)ID123措施的削減效果最佳,在單個(gè) LID控制措施中,滲透鋪裝的控制效果最佳,LID3的控制效果最差.對(duì)于水質(zhì)控制,在不同降雨情景下,LID3措施對(duì)節(jié)點(diǎn)SS峰值濃度的削減效果比LID2措施的效果好.LID12措施對(duì)節(jié)點(diǎn)SS峰值濃度的削減效果比LID13措施的效果好.LID措施對(duì)節(jié)點(diǎn)水量和水質(zhì)的控制效果在低降雨重現(xiàn)期和長(zhǎng)降雨歷時(shí)的降雨情景下更顯著.由于西北小區(qū)受臺(tái)風(fēng)天氣影響及其下墊面類(lèi)型的限制,LID12、LID13和LID123措施是緩解該布設(shè)區(qū)域發(fā)生洪澇災(zāi)害的最佳布設(shè)措施.

3.3 為了更有效地控制城市內(nèi)澇,除了采取 LID綠色基礎(chǔ)設(shè)施之外,排水管網(wǎng)系統(tǒng)的更新速度應(yīng)與城市發(fā)展速度相一致,增大排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),并適當(dāng)?shù)丶尤牖疑A(chǔ)設(shè)施,如儲(chǔ)水單元、調(diào)節(jié)設(shè)施等.在今后研究中,應(yīng)加強(qiáng)灰色基礎(chǔ)設(shè)施與綠色基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合,更加系統(tǒng)的將LID措施與當(dāng)?shù)匾延械挠晁{(diào)控措施有機(jī)結(jié)合而實(shí)現(xiàn)區(qū)域的可持續(xù)性發(fā)展,更合理的與實(shí)際情況相結(jié)合,充分利用空間場(chǎng)地,達(dá)到最佳的控制效果,并將側(cè)重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移到與城市規(guī)劃、景觀規(guī)劃等大尺度的布局結(jié)合,從宏觀角度去協(xié)調(diào)各個(gè)技術(shù)措施,發(fā)揮各個(gè)工程技術(shù)措施的綜合效益.