雨水管理模型在徑流控制評估中的應用

宋源

摘 要：以鷹潭市中心城區為研究區域，采用 SWMM 模型對現狀用地下墊面和2030年規劃用地下墊面在典型年降水下分別進行模擬。結果表明，在傳統開發模式下，隨著大量硬化地面的增加，下墊面徑流產量顯著增加，城市徑流總量控制率降低，進一步驗證了開展海綿城市的重要意義，為其他城市評估徑流總量控制效果提供了參考。

關鍵詞：海綿城市；SWMM；徑流總量控制率；下墊面

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.156

1 引言

隨著城市快速發展，硬化面積持續加大，雨水徑流隨之增加，排水管網的壓力因此越來越大，城市內澇問題給社會帶來較大影響。從國外的引入的低影響開發理念后，各種LID技術在城市建設中應用，也取得了相應的效果。為了應對城市內澇災害，政府提出了“海綿城市”的理念 [1]，本文運用SWMM軟件模型對江西省鷹潭市城區下墊面進行模擬，驗證運用LID技術后的開發建設滿足“海綿城市”的要求。

2 “海綿城市”內涵

所謂海綿城市，字面上可以理解為海綿一樣的城市。海綿具有良好的“吸水、持水、釋水”的特性，在城市中則具體表現為下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。通過自然途徑和人工措施的結合，在保證城市排水防澇安全的情況下，最大限度地達到雨水的積存、滲透和凈化，實現雨水資源的利用與生態環境保護 [2][3] 。

海綿城市核心的技術內容是低影響開發，建設模式以雨水綜合管控為出發點的，是統籌水資源、水環境、水安全等問題的重要手段措施。相較于國外提出的可持續排水系統（SUDS）、最佳管理措施（BMP）、水敏感城市（water sensitive urbandesign， WSUD）等雨水管理方式，海綿城市不僅關注雨水管控，而且注重對原有城市生態系統的維持和修復，使其在應對自然災害與適應環境變化等方面具有良好的“彈性”[4] 。

3 SWMM模型介紹

EPASWMM是一個動態的降水-徑流模擬模型，可用于模擬城市某一單一降水事件或長期的水質和水量和徑流峰值模擬。其徑流模塊部分可用于處理城市各子流域所發生的降水，徑流和污染負荷。匯流模塊部分則通過管渠、泵站、蓄水池、處理設施、閘壩等進行水量傳輸。此模型可以跟蹤模擬不同時間步長所有時刻每個子流域所產生徑流的水質和水量，以及每個河道及管道中水的流量、水深及水質等情況。

SWMM自1971年問世以來，已經經歷過多次升級。在世界范圍內廣泛應用于城市地區的雨洪管理、污水及合流制管網設計、河道計算模擬以及其它排水系統的規劃、分析和設計，在其它非城市區域也有廣泛的應用。本次規劃采用SWMM5.1模型，相較于以前版本增加了LID模塊，更適合在海綿城市相關規劃中進行模擬。

常用的LID技術主要包括綠色屋頂、雨水花園、生物滯留帶、透水路面、植草溝和雨水收集。結合鷹潭市中心城區總體規劃，針對鷹潭市不滲透面積比例較高的工業用地、居民區、道路和停車場等幾類用地設置LID設施，以期降低該類用地上的徑流量。

4 徑流控制模型構建

利用ArcGis空間地理數據分析技術，對中心城區所在匯水域形和下墊面進行分析，根據下墊面及排水分區情況，將鷹潭市中心城區分別基于現狀用地（2015年）、規劃用地（2030年）劃分海綿控制單元，其中現狀用地共劃分198個單元，規劃用地共劃分235個單元。對不同管控分區內的地塊綜合計算并確定相關產匯流參數，包括匯水區面積、坡度、寬度、不透水比例、洼蓄量、曼寧系數等。

模型參數包含了水文參數、水動力參數及水質參數三類。水文、水動力參數有19個，利用軟件批量賦參功能將子匯水區和用地布局規劃圖疊加分析，其中匯流區洼蓄深度、曼寧系數、下滲參數根據文獻資料確定出取值范圍，并根據鷹潭市實際情況選擇本研究區域的參考特征值，其余參數可以通過資料直接獲得；水質參數中的污染物累積函數中的最大累積量、累積速率常數和沖刷模型中的沖刷系數、沖刷指數參考相關城市降雨徑流監測數據進行選擇確定，其余參數根據文獻參數或經驗取值。

模型建立完畢后需要輸入降雨事件，選取接近多年平均降雨量的1959年日降雨數據作為典型代表，代入模型進行計算。

5 計算結果

根據典型年降雨情境下的模擬結果，鷹潭市中心城區現狀徑流總量控制率僅為56.9%，未達到70%控制率的考核要求。

由于鷹潭市中心城區至2030年建設用地增長幅度較大，本規劃對中心城區按傳統模式開發下至2030年徑流控制效果進行了評估。模擬結果顯示，至2030年中心城區徑流總量控制率為52.0%，相比現狀控制率進一步下降。

模擬結果說明在傳統開發模式下，隨著大量硬化地面的增加，徑流產生量已經相對開發前的自然系統明顯增加，隨之將帶來內澇風險的提升和徑流污染的加劇，因此需要在未建設區域確定管控目標，改進規劃思路，減少城市開發對城市水系統的影響，同時需要對已建區提出指標要求，將海綿城市建設與城市更新改造過程同步進行，進一步增加城市的徑流控制效果。

6 總結

本文通過對鷹潭市中心城區現狀用地和規劃用地分別進行模擬分析，對比城市開發建設前后對降雨徑流的控制效果，為其他城市計算及評估城市徑流總量控制率提供參考。結果表明，在伴隨著大量硬化地面增加的傳統開發模式下，城市徑流量明顯增加，徑流控制效果明顯下降。除此之外，在地勘資料完備的條件下，可以充分考慮不同地塊的下墊面差異，進一步提高分析結果的精確度； 還可以在以后的研究中加入水質的模擬，為低影響開發模式提供全面的參考 [5]。

參考文獻：

[1]寇殿良，盧陽陽，王紅梅，劉啟嵐.基于SWMM模型下的海綿城市開發應用[J].廣西城鎮建設，2015（12）：130-132.

[2]熊赟，李子富，胡愛兵，任心欣.某低影響開發公共建筑雨洪效應的SWMM模擬與評估[J].給水排水，2015（S1）：282-285.

[3]任心欣，湯偉真.海綿城市年徑流總量控制率等指標應用初探[J]. 中國給水排水，2015（13）：105-109.

[4]張亮.西北地區海綿城市建設路徑探索——以西咸新區為例[J]. 城市規劃，2016（03）：108-112.

[5]黎曉路，趙磊，趙藝淞.基于SWMM的低影響開發水文效應模擬評估——以昆明市某小區為例[J].科技展望，2017（05）：254-255.