海綿城市雨水管控系統(tǒng)在LID 中的應(yīng)用與研究

寧 波，王潔瑜，趙江鋒，霍云超，胡新宏，褚立波

（1.中電建路橋集團(tuán)有限公司，北京 100048；2.中國電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710065；3.中國水利水電第三工程局有限公司華中公司，陜西 西安 710024）

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市不透水下墊面比率不斷增加，城市內(nèi)澇、排水污染等現(xiàn)象愈發(fā)普遍，為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的城市水問題，海綿城市建設(shè)應(yīng)運(yùn)而生[1]。而城市內(nèi)澇治理方面的研究國外一些先進(jìn)國家起步較早，并已形成一些治理模式，目前國際認(rèn)可度較高的有最佳管理模式（Best Management Practies，BMP）[2]、低影響開發(fā)理念（Low Impact Development，LID）[3]、可持續(xù)排水系統(tǒng)（Sustainable Urban Drainage System,SUDS）[4]等，LID 作為一門新興的雨水管控技術(shù)，基于源頭治理理念，可有效削減雨水徑流量，減緩城市內(nèi)澇壓力，在海綿城市建設(shè)中被廣泛借鑒和應(yīng)用[5]。

我國對(duì)LID 措施的研究起步較晚，但在海綿城市建設(shè)熱潮的帶動(dòng)下，國內(nèi)學(xué)者對(duì)LID 措施的研究已取得一定進(jìn)展。在水文效應(yīng)方面，黃國如等[6]以深圳民治河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，分析不同重現(xiàn)期下，LID 措施布設(shè)前后的徑流響應(yīng)過程；劉力等[7]通過對(duì)比分析LID 措施布設(shè)前后的中型降雨致澇資料，定量分析西咸新區(qū)內(nèi)澇點(diǎn)情況；王東等[8]基于SWMM 模型，模擬LID 措施半山區(qū)丘陵地帶的應(yīng)用效果。在城市園林設(shè)計(jì)及規(guī)劃方面，黃磊等人基于LID 理念，對(duì)無錫園林植物景觀針對(duì)性發(fā)展進(jìn)行分析[9]；還有其他業(yè)界學(xué)者對(duì)低影響開發(fā)模式下居住小區(qū)、校園、城市道路的景觀設(shè)計(jì)進(jìn)行研究[10-12]。

低影響開發(fā)措施的效果評(píng)估是一個(gè)長期的過程，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，建設(shè)信息數(shù)字化、控制自動(dòng)化、決策智能化的城市雨水管控系統(tǒng)將是海綿城市建設(shè)的重要環(huán)節(jié)[13]，然而目前海綿城市雨水管控系統(tǒng)建設(shè)的研究還相對(duì)較少。

本文對(duì)海綿城市雨水管控系統(tǒng)在低影響開發(fā)中的應(yīng)用展開研究，分析城市雨洪模型中低影響開發(fā)措施的可視化原理，論述海綿城市雨水管控系統(tǒng)中BIM+GIS 與LID 結(jié)合后的優(yōu)勢(shì)，有助于海綿城市雨水管控系統(tǒng)的應(yīng)用及推廣，同時(shí)推動(dòng)我國海綿城市的建設(shè)進(jìn)程。

1 基于城市雨洪模型的LID 措施調(diào)控模擬可視化

LID 措施作為海綿城市的重要措施之一，城市雨洪模型進(jìn)行海綿城市模擬時(shí)，實(shí)現(xiàn)LID 措施調(diào)控的可視化模擬顯得尤為重要。目前常用的城市雨洪模型均能進(jìn)行LID 調(diào)控的模擬，比如SWMM模型的LID 調(diào)控模塊，MIKE URBAN 通過加載SWMM引擎來實(shí)現(xiàn)LID 的模擬。而絕大多數(shù)城市雨洪模型則是通過設(shè)置不同的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)不同LID 措施的模擬，本文以SWMM 模型為例，論述LID 措施在模型中調(diào)控模擬的可視化應(yīng)用。

（1）LID 調(diào)控模擬的參數(shù)分類

在SWMM模型中，LID 調(diào)控參數(shù)被分為必需參數(shù)與可選參數(shù)，并且依據(jù)參數(shù)特性，將這些參數(shù)劃分到在地表層、路面層、土壤層、蓄水層、暗渠五個(gè)所在層。進(jìn)行LID 模擬時(shí)只需依據(jù)相應(yīng)的LID 措施的特性，設(shè)置五個(gè)圖層中需要的參數(shù)即可。以典型的LID 措施生物滯留池、透水路面、綠色屋頂、下凹式綠地為例，不同LID 措施在各層中的分布情況見表1。

表1 LID 措施在不同所在層中的分布情況

（2）LID 調(diào)控模擬的參數(shù)確定

低影響開發(fā)措施在國內(nèi)已有應(yīng)用先例，也有部分學(xué)者對(duì)各措施的參數(shù)取值進(jìn)行研究[14-15]，參照之前學(xué)者的研究成果與模型用戶手冊(cè)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，確定生物滯留池、透水鋪裝、綠色屋頂、下凹式綠地四項(xiàng)典型措施的的參數(shù)取值，見表2。

表2 典型LID 措施參數(shù)值

（3）LID 調(diào)控模擬的可視化

設(shè)置完成不同LID 措施的參數(shù)，即在模型中完成不同LID調(diào)控模塊的構(gòu)建，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，將LID 模塊加載到對(duì)應(yīng)的子匯水分區(qū)模塊中，由于該子匯水區(qū)不一定全面布設(shè)LID措施，模型中可以通過填充的不同來將LID 措施在該區(qū)域的應(yīng)用占比進(jìn)行可視化展示，見圖1。

圖1 LID 可視化示意圖

2 基于GIS+BIM 的LID 低影響開發(fā)管控可視化

本文提出基于GIS+BIM 的LID 低影響開發(fā)海綿城市雨水管控系統(tǒng)，GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）主要用于海綿城市建設(shè)的宏觀區(qū)域，包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、LID 措施規(guī)劃信息、海綿設(shè)施改造前后、地下管線改造前后、道路系統(tǒng)、房屋建筑等；同時(shí)，結(jié)合BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)應(yīng)用于LID 措施的工程信息以及建筑空間、水暖等全專業(yè)信息。該系統(tǒng)為海綿城市工程建設(shè)提供LID 措施管控可視化手段及海綿建設(shè)前后的效果評(píng)估。

（1）LID 措施“一張圖展示”

將研究區(qū)域按照工程需求劃分子匯水區(qū)，并通過不同顏色的高亮分別表示不同LID 措施，同時(shí)可查看不同措施的工程信息，為后期雨水管理措施的整體布局提供可視化依據(jù)。LID 措施“一張圖展示”見圖2。

圖2 LID 措施“一張圖展示”

（2）LID 管控可視化模擬

系統(tǒng)結(jié)合SWMM模型可視化模擬該區(qū)域處于低影響開發(fā)前和分別布設(shè)不同LID 組合方案下在一定降雨強(qiáng)度下對(duì)雨水水量和水質(zhì)的管控凈化能力，同時(shí)對(duì)其綜合徑流系數(shù)進(jìn)行評(píng)估分析。LID 管控可視化模擬見圖4。

圖4 LID 管控可視化模擬

（3）LID 全生命周期管理

系統(tǒng)涉及LID 措施全生命周期工程清單分析管理，根據(jù)不同LID 措施的不同階段分別進(jìn)行過程動(dòng)態(tài)管理，包括使用年限、物料統(tǒng)計(jì)、使用狀態(tài)等，按照產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)估，如聯(lián)動(dòng)獲取海綿監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備所得到的監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)來計(jì)算不同措施的污染物質(zhì)減排結(jié)果、雨水滲透情況等，并將其作為效果評(píng)價(jià)依據(jù)。

圖5 LID 全生命周期管理

3 結(jié)論

本文通過對(duì)海綿城市雨水管控在低影響開發(fā)中的應(yīng)用研究，將LID 措施建設(shè)過程中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可視化管理，同時(shí)根據(jù)LID 措施模擬預(yù)測(cè)的結(jié)果來指導(dǎo)分析評(píng)價(jià)海綿城市建設(shè)前后效果，進(jìn)一步加強(qiáng)城市雨水管控的力度，推動(dòng)海綿城市工程建設(shè)。