西咸新區(qū)海綿城市建設(shè)對中型降雨致澇影響

劉 力, 侯精明, 李家科, 荊海曉, 馬 越, 王 潤

(1.西安理工大學(xué) 水利水電學(xué)院， 陜西 西安710048； 2.陜西西咸新區(qū)灃西新城海綿技術(shù)中心， 陜西 西安 712000)

1 西咸新區(qū)海綿城市建設(shè)概況

陜西省西咸新區(qū)是我國海綿城市建設(shè)第一批16個(gè)試點(diǎn)城市之一，試點(diǎn)區(qū)域位于灃河以西、渭河以南。本研究范圍在灃西新城中部核心區(qū)(圖1)，東臨灃河，西至渭河，北到老西寶高速，南至西寶高速新線，研究范圍22.5 km2。(增加介紹6個(gè)分區(qū)，后面會用到)為落實(shí)海綿城市建設(shè)工作，試點(diǎn)區(qū)主要通過布設(shè)低影響開發(fā)措施，來滿足年徑流總量控制率，抵御超標(biāo)暴雨及面源污染削減率要求[16-18]，形成兼顧“源頭減排”、“管渠傳輸”、“排澇除險(xiǎn)”等不同層級且相互耦合的雨水控制利用系統(tǒng)(圖2)。西咸新區(qū)新城建設(shè)排水系統(tǒng)尚不健全，積水內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)較高。西咸新區(qū)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)區(qū)采用的LID設(shè)施主要類型有3種：生物滯留設(shè)施(Bioretention)、透水鋪裝/可滲透鋪裝系統(tǒng)(Permeable/Porous Pavement System)和綠色屋頂(Green Roof)或生態(tài)屋頂(Ecoroof)。

生物滯留設(shè)施(Bioretention)可分為5種類型：雨水花園(Rain Garden)、雨水花壇(Planter)、生物滯留池(Bioretention Cell)、生態(tài)草溝(Grass Swale)以及自然排水系統(tǒng)(Natural Drainage System)[19-20]。根據(jù)灃西新城道路特點(diǎn)，試點(diǎn)區(qū)域道路兩旁的LID措施主要采用的是雨水花園和生態(tài)滯留草溝。生物滯留帶是西咸新區(qū)灃西新城使用較多的生態(tài)滯留設(shè)施，主要在秦皇大道、統(tǒng)一路等道路兩旁以及同德佳苑等小區(qū)內(nèi)使用，位置見圖1，實(shí)際效果見圖2。

透水鋪裝/可滲透鋪裝系統(tǒng)(Permeable/Porous Pavement System, PPS)的生態(tài)作用是增強(qiáng)雨水下滲能力，減少不透水面積，并且對徑流污染物具有一定的削減效果[21-22]。

西咸新區(qū)灃西新城已在秦皇大道人行道、康定和園小區(qū)內(nèi)等地使用了透水鋪裝(圖2)，布設(shè)位置見圖1。綠色屋頂(Green Roof)是LID中主要措施之一，西咸新區(qū)灃西新城已在西部云谷樓頂?shù)鹊夭捎昧司G色屋頂(圖3)。

2 內(nèi)澇監(jiān)測材料與方法

2.1 現(xiàn)場監(jiān)測方法

本研究區(qū)域內(nèi)內(nèi)澇監(jiān)測方法主要為人工現(xiàn)場巡測和人工標(biāo)識結(jié)合圖像識別兩種方法，對積水深度達(dá)到15 cm，積水范圍達(dá)到500 m2以及積水時(shí)間超過2 h的內(nèi)澇積水進(jìn)行了監(jiān)測。在內(nèi)澇監(jiān)測初期，由于液位儀等監(jiān)測儀器設(shè)備并未完成安裝，因此采用人工現(xiàn)場巡測方法監(jiān)測內(nèi)澇。在監(jiān)測中期，為了更加準(zhǔn)確并快捷地監(jiān)測內(nèi)澇點(diǎn)的積水程度，對重點(diǎn)片區(qū)用全站儀進(jìn)行了地形數(shù)據(jù)勘測并對易澇點(diǎn)易積水范圍做了人工標(biāo)識。在雨后積水形成時(shí)，拍攝積水照片。然后利用所獲圖像信息，分辨積水邊界與鄰近標(biāo)識的距離，通過差值法并結(jié)合無人機(jī)測繪得到的高分辨率DEM，能快速確定內(nèi)澇點(diǎn)積水范圍及積水深度。

2.2 代表性內(nèi)澇積水監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)監(jiān)測期內(nèi)的降雨資料，選取兩場代表性中型降雨作為典型對比。2015年8月2日的降雨量為30.4 mm，降雨歷時(shí)為3.5 h，雨型為單峰雨型。2016年6月23日的降雨量為31.6 mm，降雨歷時(shí)為8.5 h，雨型為雙峰雨型(圖4)。兩場雨量均為中型降雨，較為相似。降雨歷時(shí)雖然相差較大，歷時(shí)3.5 h的單峰降雨處于8.5 h雙峰降雨的降雨峰值期間，也就是說2016年6月23日降雨歷時(shí)為8.5 h，但是主要降雨量集中在3.5 h內(nèi)，因此2016年6月23日的降雨強(qiáng)度并不小于2015年8月2日的降雨強(qiáng)度，故具有對照價(jià)值。

2015年8月2日灃西新城核心區(qū)內(nèi)的1號、2號、3號排水分區(qū)(見圖1)中的LID措施尚未開建，故僅對灃西新城的4號、5號、6號排水分區(qū)及周邊地區(qū)進(jìn)行內(nèi)澇監(jiān)測。監(jiān)測到內(nèi)澇點(diǎn)共8個(gè)，其中試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)5個(gè)，試點(diǎn)區(qū)域外3個(gè)。整體來看內(nèi)澇點(diǎn)空間分布較為均勻。

與2015年8月2日內(nèi)澇積水對比，2016年6月23日內(nèi)澇點(diǎn)減少了3個(gè)。秦皇大道(灃景路以南)西半幅非機(jī)動(dòng)車道與秦皇大道(統(tǒng)一路至康定路段)東半幅道路完全建成LID措施后，內(nèi)澇程度得到顯著的改善，基本被消除。統(tǒng)一大道與同德路交叉口和同德路與永平路交叉口(佳美花園小區(qū)附近)等地也因正在進(jìn)行LID措施改造，內(nèi)澇得到不同程度的減緩。同時(shí)，試點(diǎn)區(qū)域外同文路(跨越西寶高速公路高架橋的南段)的內(nèi)澇因?yàn)槭┕ね瓿傻玫较蓤鱿嗨平涤瓯O(jiān)測到的內(nèi)澇點(diǎn)詳細(xì)數(shù)據(jù)作對比，其結(jié)果列于表1。

②心理干預(yù):語言開導(dǎo)法,將患者所患的疾病向其作詳細(xì)介紹,通過語言交談,評估患者的心理情緒,并給予語言上的安慰、鼓勵(lì)以及勸導(dǎo)等,糾正其錯(cuò)誤的觀念和思想,增強(qiáng)治療信心。暗示法,根據(jù)患者的具體心理情緒,給予針對性的疏導(dǎo)和調(diào)適。可借助間接、含蓄法使得患者下意識接受治療意見。勸導(dǎo)養(yǎng)生法,可采用傳統(tǒng)中醫(yī)養(yǎng)生法,例如寧神靜志法、移情易性法以及情趣易性法等鼓勵(lì)患者進(jìn)行人際交往,多參加體育鍛煉和機(jī)體活動(dòng)。每天治療20min,每周至少1次,共治療4周。

3 LID措施建設(shè)對內(nèi)澇減緩影響機(jī)理分析

由表1可知在LID措施整體改造過程中，內(nèi)澇積水得到了不同程度的改善，本節(jié)針對試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)中的主要道路尚未進(jìn)行LID措施改造、改造中和改造完成后的代表區(qū)域的內(nèi)澇積水情況和成因進(jìn)行系統(tǒng)分析。

圖1 西咸新區(qū)灃西新城區(qū)位圖及海綿城市建設(shè)試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)LID措施分布圖

圖2 西咸新區(qū)雨水花園及滲透鋪裝 圖3 西咸新區(qū)西部云谷綠色屋頂

圖4 西咸新區(qū)所選兩場降雨的雨型對比圖

3.1 未進(jìn)行LID措施改造區(qū)成澇情況

同文路(陜西服裝學(xué)院門口)區(qū)段目前尚未進(jìn)行LID措施改造，兩場次的監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)內(nèi)澇情況沒有改善。如圖5和表1所示最大積水范圍和最大水深大致相同，同時(shí)說明所選兩組監(jiān)測數(shù)據(jù)具備充分的參考對照價(jià)值。

3.2 LID措施改造前與改造中成澇情況及成因分析

統(tǒng)一路與同德路交叉口道路旁沒有LID措施時(shí)，雨水無法及時(shí)排出只能積在地勢低洼的非機(jī)動(dòng)車道內(nèi)，給非機(jī)動(dòng)車的行駛帶來了諸多不便。在2016年6月的監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)路面積水明顯少于2015年積水，其中最大積水范圍由567 m2減少到了376 m2，改善程度為33.69%，最大水深由16.7 cm減少了到9.7 cm，改善程度達(dá)到43.75%(圖6)。

圖5 同文路(陜西服裝學(xué)院門口)積水

圖6 統(tǒng)一路與同德路交叉口積水對比圖

這是由于在2016年LID措施改造過程期間將道路旁的綠化帶挖開從而形成一定的蓄水措施，這些蓄水措施普遍略低于路面，雨水就會進(jìn)入道路旁的滯留措施中。因此在改造過程中會改善易澇點(diǎn)的積水程度。

3.3 LID措施改造前后成澇情況及成因分析

LID措施改造根據(jù)秦皇大道各子匯水分區(qū)所需調(diào)蓄容積及下墊面屬性，統(tǒng)籌考慮綠地空間及降雨徑流控制條件(設(shè)計(jì)降雨和50年一遇極端降雨)，結(jié)合設(shè)施徑流組織及管網(wǎng)銜接關(guān)系，開展LID設(shè)施布置(見圖7、圖8)。

2015年8月2日降雨時(shí)監(jiān)測秦皇大道(灃景路以南)西半幅非機(jī)動(dòng)車道路段，發(fā)現(xiàn)非機(jī)動(dòng)車道內(nèi)全部是積水，交通工具無法正常行駛，積水范圍見圖9(a)框線區(qū)域。

2016年道路兩旁的綠化帶改造成LID措施后，監(jiān)測到該點(diǎn)非機(jī)動(dòng)車道內(nèi)已經(jīng)完全沒有積水，不會影響正常交通出行內(nèi)澇已被完全消除，見圖9(b)。

表1 2015年8月2日和2016年6月23日內(nèi)澇點(diǎn)詳情及LID改造情況對比表

注：○-無LID措施，◎-正在改造LID措施，●-有LID措施。

圖7 秦皇大道LID改造平面布置圖

圖8 秦皇大道路段LID措施及周邊土地利用圖

圖9 秦皇大道(灃景路以南)西半幅非機(jī)動(dòng)車道積水對比

圖10 秦皇大道路段LID措施改造前后內(nèi)澇對比圖

2015年秦皇大道(統(tǒng)一路至康定路段)東半幅道路兩邊沒有LID措施時(shí)，雨后的機(jī)動(dòng)車道變得很難行駛，在現(xiàn)場觀察到行車通過速度非常緩慢并且濺起水花，嚴(yán)重影響人們正常出行。在2016年6月LID措施改造完成后，雨水都進(jìn)入了道路兩旁的生物滯留設(shè)施中，路面上已無明顯積水。實(shí)測內(nèi)澇點(diǎn)最大積水范圍由564 m2減少到了35 m2，改善程度達(dá)93.79%，最大水深由15.6 cm減少了到2.0 cm，改善程度達(dá)到87.18%，內(nèi)澇基本被消除(見圖11)。

圖11 秦皇大道(統(tǒng)一路至康定路段)東半幅道路積水對比

成因分析：這是由于LID措施改造完成后，降雨形成的徑流沒有積在路面，而是匯入道路兩旁的綠化帶及人行道外的滲透塘就地消納，因此不會形成內(nèi)澇。

4 結(jié) 論

為驗(yàn)證LID措施對中型降雨致澇緩解效果，本文以西咸新區(qū)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)區(qū)為研究對象，對比分析了不同LID措施改造進(jìn)程情況下的兩場相似降雨致澇程度，得出如下結(jié)論：

(1)易澇區(qū)域如秦皇大道兩側(cè)進(jìn)行LID改造前積水嚴(yán)重，降雨結(jié)束后仍存在大量積水。改造為LID措施后，雨水全部流入了道路兩旁的生物滯留設(shè)施中，路面積水已完全消除。可見LID措施建成后對一定程度的城市內(nèi)澇治理效果明顯；

(2)在LID措施改造過程中，會將道路兩邊的綠化帶挖低從而形成一定的蓄水空間，雨水匯入并實(shí)現(xiàn)調(diào)蓄效果。可見LID措施在改造過程中也會降低易澇點(diǎn)的積水程度，觀測發(fā)現(xiàn)最大積水面積可減少33.7%；

(3)在未進(jìn)行LID措施改造的區(qū)域，兩場暴雨形成了相近程度的內(nèi)澇積水，體現(xiàn)了代表性降雨選擇的合理性并印證了上述結(jié)論的可靠性。

本文證實(shí)了海綿城市建設(shè)能夠通過合理調(diào)控降雨徑流來有效緩解內(nèi)澇積水，LID措施在解決城市內(nèi)澇問題方面具有一定應(yīng)用價(jià)值。將來的工作將在長序列監(jiān)測資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步展開LID措施對更多降雨類型致澇控制作用的量化研究。

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