海綿城市設計中透水路面的模擬研究

陳順良

摘 要：本文采用暴雨洪水管理模型對海綿城市設計中透水路面的作用進行了模擬研究，結果表明，采用透水路面可以減小路面降水的徑流數據，徑流量的減小率與降水頻率成正比，增大透水改造路面的面積占比可以使徑流量減小率得到提高，綜合考慮工程成本，最佳面積占比為20%。

關鍵詞：暴雨洪水管理模型；透水路面；城市設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.071

1 引言

隨著城市的發展，諸多不透水區域面積增加，影響了城市受到洪澇災害的風險[1]。海綿城市設計是一種新型的城市設計思路，旨在使城市可以更好的應對環境變化和暴雨等自然災害。本文采用數學模型對海綿城市設計中透水路面的應用進行了模擬，并對結果進行了分析。

2 暴雨洪水管理模型的建立

本文采用的研究模型為暴雨洪水管理模型（SWMM），用以對選定小區在特定降雨條件下降雨和徑流過程進行模擬。在模型中的子流域按照透水性劃分為透水區和不透水區，不透水區按照是否蓄水分為蓄水洼地和非蓄水洼地，整個子流域的出流量是將上述三者出流量進行加和[2]。透水區域、蓄水性不透水區域和非蓄水不透水區域的出流量R1、R2和R3的計算公式如式1所示：

（1）

式1中降雨量用P表示，蒸發量用E表示，蓄水量用D表示，降雨強度用I表示，滲水強度用f表示，時間間隔用Δt表示，其中P、E和D的單位為mm，I和f的單位為mm/h，Δt的單位為h。

在城市設計中采用透水路面是通過增加路面對于水的透過率，從而使路面的徑流數據減小的措施[3]。通過增加透水路面，可以使城市路面的使用性得到提高。對水分透過的形式是劃分透水路面的依據，因此透水路面有兩種，分別是縫隙型和自透水型。前者是人為在不透水的路面磚下設置空隙，并填充沙土或植被；后者則是采用具有透水性的材料鋪路，路面雨水可以通過這些材料逐步向路面以下的土壤中滲透。

3 暴雨洪水管理模型的實際應用

根據不同的降水頻率，對不同研究區域采用SWMM模型進行模擬，將區域中原有的不透水區域（面積為3.3hm2，其中人行道等路面占1.0hm2）改造為透水路面，不同降水頻率下路面改造前后徑流數據如表1所示：

從表1所示的結果可以看出，將路面進行透水改造后，各項徑流數據都在一定程度上減小，對于降水頻率為70%的區域，徑流量的減小率為17.25%，徑流系數的減小率為26.15%，峰值流量減小率為24.12%。圖1為不同降水頻率的各個研究區域路面徑流量減小率，從圖中可以看出，將路面進行透水改造后，徑流量的減小率與區域的降水頻率成正比，降水頻率越高的區域，透水改造后徑流量減小率越大。

路面進行透水改造后的面積占研究區域總面積的比例大小對徑流量減小率也存在顯著的影響。對于降水頻率為70%的區域，將不同占比輸入SWMM模型，可以得到不同透水改造區域面積占比條件下徑流量，如表2所示，從表2中可以看出，隨著透水改造區域面積占比的提高，徑流量逐漸減小。

圖2所示為不同透水改造區域占比下徑流量的減小率，從圖中可以看出隨著透水區域占比的提高，徑流量的減小率逐漸增大，當透水區域面積占比達到20%時，減小率趨于平穩，如果繼續增大占比，徑流量減小率提升效果不明顯，同時還會造成浪費。

4 結論

綜上所述，采用SWMM模型對海綿城市設計中的透水路面進行了模擬，結果表明采用透水路面改造可以使路面的徑流數據減小，同時研究區域的降水頻率與徑流量減小率成正比；透水改造區域的面積占比越大，徑流量的減小率越高，在占比達到20%時，減小率的提升趨于平緩。

參考文獻：

[1]王萍，鄭悅華.城市化進程對中國大城市降雨特征影響研究[J]. 中國人口資源與環境，2002（10）：36-38.

[2]董欣，陳吉寧，趙東泉.SWMM模型在城市排水系統規劃中的應用[J].中國人口資源與環境，2002（10）：36-38.

[3]許道坤，呂偉婭.低沖擊開發模式應用—透水路面發展綜述[J]. 新型建筑材料，2012，39（03）：31-34.