基于SWMM的高校校園海綿化改造方案探索

區(qū)雪連 趙蓉 李德宏 張舸 賴嘉穎 劉柏霖 許鑌諾 劉錦彤 戴周杰

摘 要：本項目以廣東省佛山市南海區(qū)廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學(xué)院的海綿化改造為例，選取人行道透水鋪裝、車行道透水瀝青、透水生態(tài)停車坪、透水球場地面、滲溝、植草溝、雨水花園、綠色屋頂?shù)萀ID改造技術(shù)，并通過沉砂池、雨水調(diào)蓄池實現(xiàn)部分雨水的回用。通過SWMM模型軟件進行模擬運算，經(jīng)驗證確認(rèn)，改造后能夠滿足本學(xué)院海綿化改造的設(shè)計目標(biāo)。本項目能為國內(nèi)高校校園乃至城市居住小區(qū)、城市公園等的海綿化改造提供借鑒和參考經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：海綿城市;LID技術(shù);凈化回用;SWMM模型

目前，城市下墊面硬化輔裝率提高及未及時的擴建相應(yīng)的排水管網(wǎng)系統(tǒng)，導(dǎo)致暴雨來臨時頻發(fā)“城市內(nèi)澇”。雨水具有污染程度低、硬底小、處理凈化易等特點[1]，雨水的收集回用，可降低污水處理量，還可提供較為清潔的水資源[2]。近年來，海綿城市建設(shè)的推廣，在有效減緩城市“水浸街”的同時，助力雨水的回收利用。

因此，本文以廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學(xué)院為例，提出校區(qū)海綿城市規(guī)劃與改造的方案，項目的實踐不僅能夠有效控制開發(fā)建設(shè)對城市降雨徑流的負(fù)面影響;且能成為學(xué)院自身一項寶貴的教學(xué)資源，輔助于學(xué)院案例教學(xué)及學(xué)生項目實訓(xùn)環(huán)節(jié);同時，成為校園的一部分，潛移默化地影響學(xué)生的日常學(xué)習(xí)與生活，對營造學(xué)院獨特的環(huán)保節(jié)能校園文化有一定的推進作用。更甚地，本文分析與探索高校校園規(guī)劃海綿化設(shè)計的有效途徑與思路，為國內(nèi)高校校園乃至城市居住小區(qū)、城市公園等的海綿化改造提供借鑒和參考經(jīng)驗。

一、學(xué)院現(xiàn)狀分析

校園場地匯流坡度基本在4%以內(nèi)，中部小山丘處坡度較大，可達(dá)15%左右;匯水區(qū)域總面積約30公頃，其中不透水面積約占59.02%;校區(qū)容積率65%，建筑密度17.7%，總建筑面積8.7萬平方米，綠化總面積11628平方米，綠地率36.6%，其中，湖總面積約1600平方米。目前學(xué)院為雨污分流制排水系統(tǒng)，雨水經(jīng)管道收集排入周邊道路下的市政雨水管網(wǎng)。

二、海綿化改造方案

（一）海綿化目標(biāo)

根據(jù)《佛山市海綿城市建設(shè)總體規(guī)劃》要求，海綿化改造應(yīng)將70%以上的降雨就地消納和利用。建設(shè)項目的系統(tǒng)防洪、排水防澇規(guī)劃的目標(biāo)指標(biāo)為：本學(xué)院屬于佛山市的一般地段，排水管道設(shè)計重現(xiàn)期為3-5年，排澇標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，24小時設(shè)計暴雨1天排完。

（二）改造思路

本項目的改造思路如下圖。

（三）工程量統(tǒng)計

參考《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》參數(shù)指標(biāo)，結(jié)合本學(xué)院下墊面及現(xiàn)有排水的實際情況;選取了人行道透水鋪裝、車行道透水瀝青、透水生態(tài)停車坪、滲溝、植草溝、雨水花園、綠色屋頂?shù)萀ID技術(shù)進行學(xué)院的海綿化改造探索。改造項目設(shè)施工程量表見下表1。

三、海綿化改造成果驗證

（一）SWMM模型

1.SWMM模型

為驗證本項目海綿化改造目標(biāo)的可達(dá)性，采用SWMM雨水管理模型模擬計算、驗證及預(yù)評估改造實施效果。

2.模型校驗及參數(shù)選取

（1）降雨數(shù)據(jù)。降雨數(shù)據(jù)采用廣東省1970-2009年的降雨量，作為SWMM模型的降雨輸入條件，見下圖2。

（2）降雨雨型分布。本改造項目采用芝加哥雨型生成器，結(jié)合廣東省佛山市暴雨強度公式，對學(xué)院排水標(biāo)準(zhǔn)按3年一遇、5年一遇120min進行模擬。對學(xué)院防洪標(biāo)準(zhǔn)按20年一遇、50年一遇1440min進行模擬。

3.模擬參數(shù)設(shè)置

本改造項目的SWMM模型參數(shù)設(shè)置見下表2，改造項目的匯水分區(qū)概化模型參數(shù)設(shè)置及特征參數(shù)值見圖3。

（二）驗證結(jié)果

1.年徑流總量控制率評估。模擬計算改造后學(xué)院下墊面的年均徑流系數(shù)約為0.26，計算本項目改造后的下墊面年徑流總量控制率約為74.3%。

2.排水標(biāo)準(zhǔn)評估。SWMM模型評估3年一遇及5年一遇的120min降雨時，學(xué)院管網(wǎng)系統(tǒng)均未出現(xiàn)溢流、滿管流情況，表明雨水管網(wǎng)能很好地消納該強度的降雨。下圖4為模擬5年一遇降雨，改造前、改造后的水剖面線分析結(jié)果，模擬結(jié)果表明，改造前在雨型高峰的時間段，管段出現(xiàn)滿流、溢流現(xiàn)象;表明雨水管道排水能力不足，容易發(fā)生內(nèi)澇問題。經(jīng)本項目改造后，管段均為非滿流，經(jīng)本項目改造后，學(xué)院的排水能力大大提高，消除了溢流以及可能產(chǎn)生的積水問題，在一定程度緩解了內(nèi)澇問題。

3.防洪能力評估。模擬50年一遇降雨1440min結(jié)果：大部分管道滿流、檢查井溢流、道路積水嚴(yán)重;因此，改造項目未能滿足50年一遇的排水防澇需求。模擬20年一遇降雨1440min結(jié)果：關(guān)鍵管段呈滿流，檢查井未溢流，路面未產(chǎn)生積水;因此，確認(rèn)改造項目滿足20年一遇的排水防澇需求。

四、結(jié)論

第一，本項目結(jié)合學(xué)院下墊面及現(xiàn)有排水的實際情況，選取了人行道透水鋪裝、車行道透水瀝青、透水生態(tài)停車坪、透水球場地面、滲溝、植草溝、雨水花園、綠色屋頂?shù)萀ID改造技術(shù)，并通過沉砂池初步凈化、雨水調(diào)蓄池的回收，實現(xiàn)部分雨水的回收利用于學(xué)院市政設(shè)施用水。

第二，通過SWMM模型模擬計算校核，改造后對年徑流總量控制率為74.3%，排水標(biāo)準(zhǔn)滿足5年一遇，防澇能力滿足20年一遇，達(dá)到學(xué)院海綿化改造的設(shè)計目標(biāo)。

參考文獻

[1] 王璐.推動西安市雨水利用的分析和建議[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014（16）：1480-1481.

[2] 弓亞棟.建設(shè)海綿城市的研究與實踐探索[D].長安大學(xué)，2015.

[3] 崔廣柏，張其成，湛忠宇，等.海綿城市建設(shè)研究進展與若干問題探討[J].水資源保護，2016（2）：1-4.