藍(lán)綠協(xié)同視角下武漢南湖匯水分區(qū)綠地削減雨水徑流效應(yīng)特征與情景模擬

摘要 為探究不同綠地調(diào)控方式對(duì)降雨徑流的削減作用，以武漢市南湖匯水分區(qū)為研究對(duì)象，基于暴雨洪水管理模型（storm water management model，SWMM）模擬分析海綿綠地改造措施下的年徑流總量控制率、峰值流量及峰現(xiàn)時(shí)間的變化規(guī)律，揭示藍(lán)綠協(xié)同視角下城市匯水分區(qū)綠地削減雨水徑流效應(yīng)特征。結(jié)果顯示：城市匯水分區(qū)尺度20%～30% 的下凹式綠地改造，可實(shí)現(xiàn)年徑流控制率65% 的海綿城市建設(shè)目標(biāo)；不同的海綿綠地改造措施中，復(fù)雜下凹綠地（具備蓄水層和下排管）和簡單下凹綠地（無蓄水層和下排管）對(duì)于單場降雨事件的作用差異不明顯，但長歷時(shí)多場次降雨情況復(fù)雜下凹綠地的效果會(huì)更加顯著。

關(guān)鍵詞 藍(lán)綠空間； 雨水徑流； 暴雨洪水管理模型； 匯水區(qū)； 生態(tài)效應(yīng)； 情景模擬

中圖分類號(hào) TU986 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1000-2421（2024）06-0171-11

隨著全球氣候變化及城市化進(jìn)程的加快，城市水循環(huán)過程發(fā)生了顯著的變化，導(dǎo)致城市雨洪災(zāi)害問題日益嚴(yán)重［1］，北京、鄭州、武漢、杭州、廣州等大城市都受到過嚴(yán)重的內(nèi)澇災(zāi)害影響。如何有效地減少城市暴雨徑流對(duì)城市生活的影響是當(dāng)前城市建設(shè)的巨大挑戰(zhàn)。城市化對(duì)地表水的影響一直采用基于灰色基礎(chǔ)設(shè)施的雨洪管理方式，但面對(duì)日益增加的城市內(nèi)澇問題存在改造難、資金投入大等問題，迫切需要探索一種更具彈性的雨洪管理方式，專家學(xué)者們逐漸將目光放在綠色基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)調(diào)控及綠地系統(tǒng)的優(yōu)化上，藍(lán)-綠-灰耦合系統(tǒng)的建設(shè)成為目前雨洪管理研究的熱點(diǎn)［2］。

城市匯水分區(qū)是海綿城市建設(shè)、滯納雨洪的基本單元。城市藍(lán)綠基礎(chǔ)設(shè)施作為城市匯水分區(qū)系統(tǒng)僅存的保留有水氣循環(huán)功能的重要組成部分，對(duì)改善城市生態(tài)環(huán)境、減少地表徑流流量、增強(qiáng)土壤滲透性、回補(bǔ)地下水具有重要作用［3］。通過具體的藍(lán)綠空間系統(tǒng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)地塊內(nèi)雨水的控制和有效利用，是海綿城市規(guī)劃的主要途徑［4］。成玉寧等［5］提出在空間格局、水文過程以及生態(tài)服務(wù)上的伴生關(guān)系和互補(bǔ)機(jī)制等方面改善藍(lán)綠空間，可以有效提升城市雨洪韌性，創(chuàng)建有機(jī)、高效的城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境。程江等［6］基于土地利用變化的視角對(duì)高度城市化匯水區(qū)綠地系統(tǒng)的暴雨徑流響應(yīng)進(jìn)行分析，表示城市匯水區(qū)尺度的綠地系統(tǒng)在削減城市降雨徑流、削減徑流洪峰及推遲峰現(xiàn)時(shí)間方面具有良好的表現(xiàn)。Ahiablame 等［7］通過PCMSWMM 模擬研究匯水區(qū)尺度上LID 措施對(duì)城市流域洪水的削減作用，結(jié)果表明LID 措施在較大的城市匯水區(qū)尺度上可以有效降低洪水風(fēng)險(xiǎn)。目前針對(duì)城市建成區(qū)范圍在建設(shè)過程中缺少進(jìn)一步擴(kuò)大綠地面積的條件，更多地選擇是提升現(xiàn)有綠地的雨洪調(diào)蓄功能，調(diào)整綠地的位置及形狀來消納更多的徑流。其中，下凹綠地是目前海綿綠地改造中最易實(shí)施的海綿改造措施，成本低、效果好，在城市匯水分區(qū)中截留雨水徑流、蓄存雨水方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。邢國平等［8］基于天津市下凹綠地的研究發(fā)現(xiàn)，下凹綠地率為30%、下凹深度為100mm 的下凹綠地改造在較為理想的徑流匯入綠地情況下可以消納1 年1 遇和2 年1 遇的降雨事件下70%的降雨徑流。另外，屋頂綠化是城市存量發(fā)展過程中最具優(yōu)勢(shì)的增加城市綠色空間占比的方式。

本研究以武漢市南湖匯水分區(qū)作為研究對(duì)象，通過模擬不同綠地調(diào)控情景下南湖匯水區(qū)降雨徑流過程，探究不同綠地調(diào)控方式對(duì)降雨徑流的削減作用以及雨洪調(diào)蓄需求下匯水區(qū)綠地的功能提升策略，旨在為城市匯水分區(qū)尺度藍(lán)綠空間整體性建設(shè)提供實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

南湖匯水區(qū)位于武漢市中心城區(qū)，水域面積760.11 hm2，匯水分區(qū)面積3 744 hm2（依據(jù)《武漢市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃（2016—2030 年）》），為武漢市僅次于東湖和湯遜湖的第三大城中湖。南湖匯水區(qū)范圍除獅子山外，整體地勢(shì)較為平坦，地面高程在20.15～24.00 m（黃海高程系，下同），最高點(diǎn)為流域西南片的獅子山，海拔約67 m。從自然流域上來講，南湖屬于湯遜湖水系，位于湯遜湖水系的北部，通過南湖連通渠與其他湖泊、外江連通（圖1）。

1.2 南湖匯水區(qū)用地現(xiàn)狀

南湖匯水區(qū)綠地以附屬綠地為主，主要分布在濱湖一帶以及高等院校區(qū)域內(nèi)，用地構(gòu)成主要以居住用地（R）、教育科研用地（A3）和水域?yàn)橹?，同時(shí)存在少量工業(yè)用地（M）和商業(yè)設(shè)施用地（B1）。采用SPOT6 遙感影像數(shù)據(jù)結(jié)合ENVI5.3 及ArcGIS10.5進(jìn)行遙感信息解譯，提取南湖匯水區(qū)綠地共991.16hm2（圖2）。

1.3 模型構(gòu)建

1）子匯水區(qū)劃分。匯水區(qū)是城市雨水管控的最優(yōu)結(jié)構(gòu)單元，在海綿城市建設(shè)中按照匯水區(qū)的不同來采取不同的管控措施和目標(biāo)，匯水區(qū)的進(jìn)一步細(xì)分輸入對(duì)構(gòu)建場地暴雨洪水管理模型（storm watermanagement model，SWMM）的準(zhǔn)確性具有重要的影響，為提高子匯水區(qū)劃分精度，綜合考慮地形和城市排水管網(wǎng)，最終本研究在南湖匯水區(qū)規(guī)劃的13 個(gè)區(qū)域子匯水區(qū)基礎(chǔ)上，根據(jù)DEM 水文分析法和泰森多邊形法將整個(gè)研究區(qū)域劃分為352 個(gè)子匯水區(qū)（圖3）。

2）排水管網(wǎng)概化。依據(jù)排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)及實(shí)地調(diào)查結(jié)果，采用GIS 對(duì)排水管網(wǎng)上下游管底高程、管徑等數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，便于后續(xù)構(gòu)建SWMM 模型。南湖匯水區(qū)現(xiàn)狀為共有346 條管道以及361 個(gè)節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)實(shí)際情況將湖泊及河道概化計(jì)入排水系統(tǒng)，因南湖匯水區(qū)進(jìn)行了新的管網(wǎng)規(guī)劃，故后續(xù)規(guī)劃情景中的模型使用南湖匯水區(qū)規(guī)劃排水管網(wǎng)進(jìn)行概化，共得到489 個(gè)節(jié)點(diǎn)和491 條管道（圖4）。

3）參數(shù)取值。SWMM 模型徑流模擬參數(shù)包括不透水率、平均坡度、初損雨量、地表狀況參數(shù)、土壤下滲參數(shù)等。其中，不透水率通過遙感解譯分析獲??；平均坡度由高程數(shù)據(jù)計(jì)算獲??；地表狀況參數(shù)、土壤下滲模型選用Horton 模型，參數(shù)取值結(jié)合不同土地利用屬性、土壤環(huán)刀取樣分析獲取。其余參數(shù)的設(shè)置主要參考SWMM 用戶手冊(cè)［9］及相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)值［10-11］，子匯水區(qū)的不透水曼寧系數(shù)取值0.016，匯水區(qū)曼寧系數(shù)取值0.18；排水管網(wǎng)選擇動(dòng)力波法，曼寧系數(shù)取值0.014；無洼地存蓄的不透水面積比值取25%。子匯水區(qū)特征寬度的取值使用雨水地表漫流距離進(jìn)行換算，由于場地位于城市建成區(qū)，雨水地表漫流距離的一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為30～50 m，多次嘗試比對(duì)選擇50 m 作為地表漫流距離進(jìn)行換算。利用子匯水區(qū)面積除以地表漫流距離得到每個(gè)子匯水區(qū)的特征寬度。

1.4 降雨設(shè)計(jì)

本研究進(jìn)行雨洪模擬的降雨事件分為3 種。（1）基于武漢市氣象站2015—2019 全年日降雨量實(shí)測數(shù)據(jù)整理得到全年降雨事件。經(jīng)驗(yàn)證2015 年全年降雨事件與2015—2019 年超長歷時(shí)降雨事件的模擬結(jié)果基本一致，為了便于后期模擬分析，選擇較有代表性的2015 年全年降雨事件進(jìn)行后期模擬。（2）設(shè)計(jì)降雨量對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)降雨事件。武漢市海綿城市建設(shè)規(guī)范中規(guī)定了不同年徑流控制率對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量，《武漢市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃（2016—2030 年）》中規(guī)定南湖匯水區(qū)的年徑流控制率目標(biāo)是達(dá)到65%，本研究主要基于年徑流控制率65% 對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量生成降雨事件進(jìn)行模擬分析，設(shè)計(jì)降雨量為20.8 mm/d。（3）通過芝加哥雨型生成短歷時(shí)暴雨事件?！段錆h市暴雨強(qiáng)度公式及設(shè)計(jì)暴雨雨型》中暴雨強(qiáng)度公式為：

i = 9.686（1 + 0.887 lg P ）／（t+11.23） 0.658 （1）

q = 1614（1 + 0.887 lg P ）／（t+11.23） 0.658 （2）

式（1）～（2）中：i 為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，mm/min；P 為重現(xiàn)期，a；t 為降雨歷時(shí)，min；q 為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/（s·hm2）；適用范圍：5 min≤t≤1 440 min，2 a≤P≤100 a。據(jù)此生成重現(xiàn)期P=1、2、3、5、10、50 a 的3 h 暴雨事件。

1.5 模型驗(yàn)證

本研究中的模型通過內(nèi)澇區(qū)域、漬水點(diǎn)、年徑流控制率及系統(tǒng)連續(xù)性誤差進(jìn)行驗(yàn)證。SWMM 模型連續(xù)性誤差包括地表徑流和流量演算2 個(gè)方面［12］，計(jì)算公式為：

QC = （1 -QO／QI ）× 100% （3）

式（3）中，QC 為連續(xù)性誤差，QO 為總出流量（徑流量或流量），QI 為總?cè)肓髁俊?/p>

根據(jù)模型模擬，3 種降雨事件下模型的連續(xù)性誤差均小于5%，初判模型結(jié)果合理；再利用超長歷時(shí)降雨事件模擬計(jì)算得到年徑流控制率為32.32%、重現(xiàn)期P=1、2、3、5、10、50 a 的短歷時(shí)降雨事件得出歷史內(nèi)澇點(diǎn)主要位于卓刀泉保利華都、雄楚大道珞雄路口、光谷大道凌家山路口、關(guān)南園鐵路橋下和民族大道新竹路口等地，均與實(shí)際情況相符。綜上，模型能夠較為合理地得到研究區(qū)域的水文狀況。

1.6 綠地調(diào)控方式

匯水區(qū)綠地作為調(diào)控主體，通過海綿化改造的方式進(jìn)行優(yōu)化。綠地作為城市中少有的透水下墊面，對(duì)降雨徑流有著顯著的攔截、吸收以及調(diào)蓄作用，對(duì)于減少地表徑流、改善城市內(nèi)澇有著重要的意義。本研究結(jié)合相關(guān)研究確定了簡單下凹綠地、復(fù)雜下凹綠地和屋頂綠化3 種綠地調(diào)控方式，應(yīng)用于規(guī)劃情景。

1.7 情景設(shè)置

《武漢市海綿城市規(guī)劃（2016—2030 年）》和管網(wǎng)設(shè)計(jì)最新標(biāo)準(zhǔn)中分別對(duì)南湖匯水區(qū)做出了2 個(gè)要求：一是管道滿足設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P=3 a 的暴雨排洪；二是年徑流控制率達(dá)到65%。根據(jù)這2個(gè)要求對(duì)南湖匯水區(qū)做出針對(duì)性模擬。結(jié)果顯示，該區(qū)域滿足要求的管道長度僅達(dá)33%，49.77% 的管道在P=1 a 的情況下超載，滿足65% 年徑流控制率的匯水區(qū)為21 個(gè)，面積為86.46 hm2，占南湖匯水區(qū)總面積（除水體外）的2.9%。

基于綠地削減雨水徑流的思路，結(jié)合《武漢市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃（2016—2030 年）》中2020 年達(dá)到20% 的建成區(qū)面積完成海綿化改造（考慮2020 年未完全實(shí)現(xiàn)，因此將該目標(biāo)作為近期海綿城市改造目標(biāo)）和在2030 年實(shí)現(xiàn)80% 的建成區(qū)面積完成海綿化改造這2 個(gè)要求，分別設(shè)置了以下情景：S0：對(duì)照情景；S1：按照建成區(qū)范圍20% 面積進(jìn)行海綿化改造的近期情景。充分考慮海綿綠地改造的現(xiàn)實(shí)可行性，按照20%～50% 的綠地面積占比進(jìn)行下凹式綠地改造；S2：按照建成區(qū)范圍80%面積進(jìn)行海綿化改造的遠(yuǎn)期情景。充分考慮海綿綠地改造的現(xiàn)實(shí)可行性，按照20%～50% 的綠地面積占比進(jìn)行下凹式綠地改造。

1）近期情景設(shè)置。S1 中進(jìn)行海綿化改造區(qū)域參考《武漢市國土空間總體規(guī)劃（2021—2035 年）》《武漢市國土空間“十四五”規(guī)劃》《南湖水環(huán)境提升規(guī)劃》《武漢市2023 年綠化工作方案》《武漢市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃（2016—2030 年）》，得到改造區(qū)域和新建綠地的空間分布情況，其中新建綠地主要為口袋公園、社區(qū)公園以及道路防護(hù)綠地、附屬綠地等小面積綠地，總面積13.69 hm2，改造區(qū)域?yàn)? 個(gè)大型院校區(qū)域和8 個(gè)大型居住小區(qū)，總面積661.15 hm2，占南湖匯水區(qū)面積的22.15%（圖5）。

2）遠(yuǎn)期情景設(shè)置。遠(yuǎn)期情景中需要達(dá)到80% 的建成區(qū)完成海綿化改造，相關(guān)規(guī)劃并未明確具體區(qū)域，結(jié)合歷年漬水點(diǎn)和近期情景規(guī)劃方向確定相關(guān)區(qū)域。其中，公共管理與公共服務(wù)用地面積775.03hm2、居住用地面積1 070.85 hm2、綠地及廣場用地面積449.55 hm2，共計(jì)2 295.43 hm2，占南湖匯水區(qū)除湖泊面積外的76.92%，基本符合南湖匯水區(qū)80% 的區(qū)域完成海綿化改造的目標(biāo)。

3）海綿改造措施。①屋頂綠化?！段錆h市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）》中規(guī)定新建建筑小區(qū)中高度在30 m 以下、坡度小于10°的屋頂宜采用屋頂綠化，改造建筑小區(qū)根據(jù)條件考慮采用屋頂綠化，篩選出可設(shè)置屋頂綠化的建筑，分布如圖6 所示。

②下凹綠地。武漢海綿城市相關(guān)規(guī)范中下凹綠地率的引導(dǎo)性指標(biāo)為25%，結(jié)合相關(guān)研究，將下凹綠地率設(shè)置為20%、30%、40%、50%。如圖7 所示，根據(jù)實(shí)際情況選擇2 種不同的下凹綠地，分別為簡單下凹綠地和復(fù)雜下凹綠地，兩者的不同體現(xiàn)在前者減少了土壤下層礫石層或透水土工布等工程量較大的措施，更便于改造和管理。圖7 展示了SWMM 模型中3 種LID 措施的示意圖，相關(guān)參數(shù)取值見表1。

4）詳細(xì)規(guī)劃情景。本研究充分考慮海綿綠地改造的可行性，結(jié)合各地塊休憩、游覽、教學(xué)、居住等功能，進(jìn)行選擇性海綿改造，具體比例設(shè)置的詳細(xì)情景如表2 所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 近期情景對(duì)比

1）年徑流總量控制率對(duì)比。采用65% 年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)的24 h 設(shè)計(jì)降雨事件，可以充分體現(xiàn)研究區(qū)域各海綿化改造措施在最佳狀態(tài)下對(duì)單場次小降雨事件的響應(yīng)，其中簡單下凹綠地改造情景和復(fù)雜下凹綠地改造情景對(duì)徑流的削減作用相差不大。模擬結(jié)果顯示，S0 情景、S1-1 情景、S1-2 情景、S1-3 情景、S1-4 情景、S1-5 情景、S1-6 情景、S1-7 情景和S1-8 得到的年徑流總量控制率分別為40.10%、59.13%、61.00%、62.35%、63.47%、59.00%、60.90%、62.27% 及63.40%，可以看出其中對(duì)徑流的控制效果是復(fù)雜下凹綠地gt;簡單下凹綠地，但是復(fù)雜下凹綠地的優(yōu)勢(shì)在單場次降雨事件下不明顯，這主要是因?yàn)樵趩螆龃涡〗涤晔录拢乇韽搅髁魅胂掳季G地基本都被表面層和土壤層吸收，在24 h 的時(shí)間內(nèi)只有極少數(shù)徑流向下流入蓄水層和排水層，導(dǎo)致2 種下凹綠地改造情景對(duì)徑流的削減作用基本一致。但是在更加貼近現(xiàn)實(shí)情況的全年降雨事件下，簡單下凹綠地的削減效果就明顯遜色于復(fù)雜下凹綠地，因?yàn)樵谀杲涤晔录?，綠地在消納全年多場降雨時(shí)并不是時(shí)時(shí)處于最佳的狀態(tài)，簡單下凹綠地內(nèi)所儲(chǔ)存的水分不能及時(shí)下滲導(dǎo)致其對(duì)多場次降雨徑流的削減作用不佳，復(fù)雜下凹綠地的蓄水層和排水層則能夠使綠地內(nèi)的水迅速排掉，使綠地能夠在多場次降雨情況下保持較好的狀態(tài)。

通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，不同的下凹綠地率與子匯水區(qū)的不透水率均會(huì)影響研究區(qū)域的徑流控制效果。由于規(guī)劃近期目標(biāo)情景下改造面積有限，2 種下凹綠地改造情景下研究區(qū)域均未達(dá)到65% 的年徑流總量控制目標(biāo)，達(dá)標(biāo)子匯水區(qū)分布及數(shù)量如圖8 所示。由圖8 可知，提高下凹綠地率對(duì)改善其徑流狀況作用有限。以該研究區(qū)子匯水區(qū)的達(dá)標(biāo)率來看，下凹綠地率30% 是對(duì)年徑流總量控制率發(fā)生突變的重要值，此時(shí)達(dá)標(biāo)率漲幅最高。而在相同的下凹綠地率情景下，分析簡單下凹綠地情景中在單次降雨事件和年降雨事件中達(dá)標(biāo)的子匯水區(qū)不透水率的差別，可以發(fā)現(xiàn)存在某一不透水率臨界值，該臨界值下的子匯水區(qū)簡單下凹綠地情景在2 種降雨事件下均能達(dá)標(biāo)，但該臨界值之上的子匯水區(qū)簡單下凹綠地情景在單次降雨事件下可以達(dá)標(biāo)，在年降雨事件下不能達(dá)標(biāo)，分析得出此不透水率臨界值約為55%。

而添加綠色屋頂之后的S1-9 到S1-13 子情景徑流削減率如表3 所示，可以看出添加屋頂綠化對(duì)于徑流控制具有良好作用。但由于改造面積有限，匯水區(qū)整體不能達(dá)到目標(biāo)，添加屋頂綠化后新增達(dá)標(biāo)子匯水區(qū)主要位于住宅小區(qū)。

2）峰值流量與峰現(xiàn)時(shí)間對(duì)比。短歷時(shí)暴雨事件下，比較3 種LID 措施對(duì)峰值流量的削減作用，屋頂綠化效果最小，在P=1 a 的降雨事件下其峰值削減率為3.74%，作用遠(yuǎn)不如下凹綠地，而簡單下凹綠地和復(fù)雜下凹綠地差別不大，其峰流量值一致，峰現(xiàn)時(shí)間也基本一致，這可能是因?yàn)槎虤v時(shí)降雨條件下復(fù)雜下凹綠地的蓄水層和排水層的作用難以顯現(xiàn)。僅對(duì)比下凹綠地的各個(gè)情景發(fā)現(xiàn)，匯水區(qū)洪峰流量隨著下凹綠地率的增加而減少，洪峰削減率隨著下凹綠地率的增加而增加，但增幅隨著下凹綠地率的增加而減少，在P=1 a 降雨事件下不同下凹綠地率情景下的洪峰流量變化，其中洪峰削減率在30% 的下凹綠地率情景下增幅最大，實(shí)現(xiàn)了效益最大化（表4）。

下凹綠地對(duì)不同重現(xiàn)期降雨事件的洪峰流量削減作用不同，但是在短歷時(shí)降雨事件下簡單下凹綠地改造情景和復(fù)雜下凹綠地改造情景模擬結(jié)果相似，因此，以最高下凹綠地率50% 的S1-8 情景為例進(jìn)行分析（表5）。下凹綠地對(duì)匯水區(qū)洪峰流量的削減率隨著重現(xiàn)期的增大而減小，表明下凹綠地對(duì)小重現(xiàn)期的暴雨事件有著更好的削峰效果，這一結(jié)果也在屋頂綠化情景中得到了驗(yàn)證。

2.2 遠(yuǎn)期情景對(duì)比

結(jié)合對(duì)近期情景的分析，對(duì)遠(yuǎn)期情景的子情景進(jìn)行選擇，僅選擇20%、30% 下凹綠地率與屋頂綠化的組合，并在綠地率小于45% 的區(qū)域建設(shè)復(fù)雜下凹綠地，大于45% 區(qū)域進(jìn)行簡單下凹綠地改造。用最優(yōu)改造方式探尋遠(yuǎn)期情景對(duì)徑流控制的最佳效果。

1）年徑流總量控制率對(duì)比。首先用年降雨事件進(jìn)行模擬推求不同情景的年徑流控制率。模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)改造面積達(dá)到80% 時(shí)候，下凹綠地率為20%和30% 情景年徑流總量控制率分別達(dá)到60.75%、64.31%；當(dāng)改造面積達(dá)到100% 時(shí)候，下凹綠地率為20% 和30% 情景年徑流總量控制率分別為77.02%、81.25%。因?qū)嶋H模擬過程中改造面積為77%，基本可以認(rèn)為當(dāng)實(shí)現(xiàn)80% 改造面積時(shí)，選擇30% 的下凹綠地率與屋頂綠化的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)65% 的年徑流總量控制目標(biāo)。

2）峰值流量與峰現(xiàn)時(shí)間對(duì)比。與近期情景對(duì)比，遠(yuǎn)期情景下較大的綠地改造面積較為均勻地分布在各個(gè)子匯水區(qū)，使得整個(gè)研究區(qū)域的徑流曲線發(fā)生較為明顯的變化。圖9A 展示了在P=1 a 的降雨事件下不同情景的徑流曲線，在短歷時(shí)暴雨事件下，海綿化改造可以降低峰值流量還可以推遲峰現(xiàn)時(shí)間，從圖9 可以看出，隨著LID 措施面積的增加，峰值流量逐漸減小，未改造情景的峰現(xiàn)時(shí)間為1∶14，遠(yuǎn)期情景的子情景對(duì)峰現(xiàn)時(shí)間均有推遲效果。較大的綠地改造面積對(duì)峰值流量的削減效應(yīng)也更加明顯，同樣在P=1 a 的降雨事件下，隨著LID 措施面積的增加，峰值流量減少，峰值流量削減率增加。如圖9B所示，20% 下凹綠地率情景峰值流量為11 m3 s，峰值流量削減率為4%，30% 下凹綠地率情景峰值流量為8 m3 s，峰值流量削減率為6%。

不同降雨強(qiáng)度的降雨事件下，不同情景對(duì)峰值流量的削減和對(duì)峰現(xiàn)時(shí)間的推遲效果不同。圖10 展現(xiàn)了20% 下凹綠地率遠(yuǎn)期情景對(duì)不同重現(xiàn)期降雨事件的響應(yīng)情況。結(jié)果顯示，P=1 a、P=2 a 到P=50 a的降雨事件模擬下，降雨強(qiáng)度增大，洪峰流量增大，洪峰流量削減率減小，洪峰推遲時(shí)間減小。從洪峰流量削減率的下降趨勢(shì)來看，LID 措施對(duì)小重現(xiàn)期的降雨事件尤其是重現(xiàn)期為1 a的降雨事件削減效果最好。

3 討論

本研究以南湖匯水區(qū)為典型案例，在徑流控制目標(biāo)的導(dǎo)向下，以年徑流總量控制和徑流洪峰削減2種視角量化分析武漢市南湖匯水區(qū)適宜的綠地布局策略，通過模型模擬和情景設(shè)置揭示了藍(lán)綠協(xié)同視角下城市匯水分區(qū)綠地削減雨水徑流效應(yīng)特征。城市匯水分區(qū)尺度20%～30% 的下凹式綠地改造可實(shí)現(xiàn)年徑流控制率65% 的海綿城市建設(shè)目標(biāo)。不同的海綿綠地改造措施中，復(fù)雜下凹綠地（具備蓄水層和下排管）和簡單下凹綠地（無蓄水層和下排管）對(duì)單場降雨事件的作用差異不明顯，但對(duì)長歷時(shí)多場次降雨情況復(fù)雜下凹綠地的表現(xiàn)會(huì)更加顯著。屋頂綠化對(duì)徑流控制具有良好的作用，添加屋頂綠化前后不同下凹綠地率情景下子匯水區(qū)達(dá)標(biāo)狀況差異顯著。比較3 種LID 措施對(duì)峰值流量的削減作用，屋頂綠化效果最小，在P=1 a 的降雨事件下其峰值削減率僅為3.74%。城市水域是天然雨洪調(diào)蓄池，做好武漢市南湖匯水區(qū)綠地和湖泊的聯(lián)動(dòng)發(fā)展，形成海綿體系，能大幅提升南湖匯水區(qū)的雨洪調(diào)蓄能力。針對(duì)武漢市南湖匯水區(qū)綠地海綿化改造措施，應(yīng)遵循“源頭滯蓄-過程消能-末端適應(yīng)”的策略，根據(jù)綠地特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性建設(shè)。

源頭滯蓄，提高綠地本體雨水蓄存能力。源頭滯蓄，主要是塊狀的城市綠地、透水廣場及道路、屋頂綠化以及小面積蓄水池等，主要是從源頭消納雨水，滲透滯留削減雨水徑流，回補(bǔ)地下水?！段錆h市中心城區(qū)湖泊“三線一路保護(hù)規(guī)劃”》中規(guī)劃有南湖匯水區(qū)環(huán)湖綠化控制線和環(huán)湖濱水建設(shè)控制線，綠化控制線內(nèi)區(qū)域主要進(jìn)行保護(hù)和提升，綠化控制線外濱水建設(shè)控制線內(nèi)區(qū)域考慮適當(dāng)增加公共綠地，作為匯水區(qū)雨水廊道的重要節(jié)點(diǎn)，濱水建設(shè)控制線外區(qū)域根據(jù)實(shí)際情況增加街頭綠地，從源頭控制徑流。

針對(duì)武漢市南湖匯水區(qū)，具體海綿改造措施主要考慮下凹綠地及屋頂綠化2 種措施。下凹綠地應(yīng)用最廣泛，本研究表明武漢市南湖匯水區(qū)20%～30% 的下凹綠地率基本可以滿足區(qū)域的需求，應(yīng)當(dāng)以此為引導(dǎo)進(jìn)行綠地的海綿化改造。其中，簡單下凹綠地適合45% 綠地率以上的地塊，而復(fù)雜下凹綠地適合45% 綠地率以下的地塊，屋頂綠化更適合建筑密度較高的居住區(qū)和商業(yè)區(qū)，作為輔助綠化手段消納城市雨水徑流。整體來看下凹綠地及屋頂綠化的組合措施對(duì)徑流的削減效果最好，本研究表明30% 下凹綠地率+屋頂綠化的方式可以達(dá)到65% 的年徑流控制率目標(biāo)，是武漢市南湖匯水區(qū)綠地海綿化改造的適宜方式。同時(shí)，考慮到改造推進(jìn)的難度和帶來的收益，可以將改造順序設(shè)計(jì)為：各大高校院區(qū)→綠化較好的新小區(qū)→醫(yī)院、機(jī)關(guān)單位等公共服務(wù)片區(qū)→光谷軟件園等工業(yè)用地→商業(yè)片區(qū)→老舊小區(qū)。改造過程中除注意改造順序還需注意不透水率，本研究發(fā)現(xiàn)武漢市南湖匯水區(qū)存在55% 的不透水率臨界值。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，其他研究者也得到不透水率55% 的結(jié)論，針對(duì)不同的地塊該數(shù)值可能有所不同，但是可以利用該方法得出相應(yīng)的臨界值。

過程消能，形成藍(lán)綠耦合的削減雨水徑流廊道。過程消能主要是城市河道溪流、道路植草溝等線型綠道，特點(diǎn)是呈現(xiàn)線性分布，上游連接城市高密度建成區(qū)，下游連接城市水體，是城市線型海綿體，主要作為雨水廊道，發(fā)揮土壤滲透和植被截留的作用，削減徑流流量，減輕下游水體的調(diào)蓄壓力。南湖匯水區(qū)可結(jié)合匯水區(qū)及地表徑流排放規(guī)律，梳理綠地現(xiàn)狀，在遠(yuǎn)離南湖的高密度建成區(qū)、內(nèi)澇較嚴(yán)重區(qū)域和南湖間盡量形成具有連通性雨水通廊，傳輸并削減過量雨水。

末端適應(yīng)，發(fā)揮城市水域蓄滯雨水作用。末端適應(yīng)主要為河流湖泊等城市自然水體以及部分人造池塘和調(diào)蓄池，具有較強(qiáng)的調(diào)蓄功能，能夠存蓄城市雨水，用以維持周邊生境及景觀。在城市后續(xù)建設(shè)過程中應(yīng)更注重對(duì)于南湖本體的生態(tài)保護(hù)與修復(fù)，還可打通南湖雨水的外排通道，完善南湖連通渠兩側(cè)綠地，引導(dǎo)過量雨水流出匯水區(qū)。根據(jù)不同綠地的特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性改造可以充分發(fā)揮南湖匯水區(qū)的海綿功能，最大程度地保護(hù)湖泊本底和發(fā)揮湖泊的調(diào)蓄作用。

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（責(zé)行編輯：陸文昌）

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