基于SWMM的高校校園海綿化改造方案探索

區雪連 趙蓉 李德宏 張舸 賴嘉穎 劉柏霖 許鑌諾 劉錦彤 戴周杰

摘 要：本項目以廣東省佛山市南海區廣東環境保護工程職業學院的海綿化改造為例，選取人行道透水鋪裝、車行道透水瀝青、透水生態停車坪、透水球場地面、滲溝、植草溝、雨水花園、綠色屋頂等LID改造技術，并通過沉砂池、雨水調蓄池實現部分雨水的回用。通過SWMM模型軟件進行模擬運算，經驗證確認，改造后能夠滿足本學院海綿化改造的設計目標。本項目能為國內高校校園乃至城市居住小區、城市公園等的海綿化改造提供借鑒和參考經驗。

關鍵詞：海綿城市;LID技術;凈化回用;SWMM模型

目前，城市下墊面硬化輔裝率提高及未及時的擴建相應的排水管網系統，導致暴雨來臨時頻發“城市內澇”。雨水具有污染程度低、硬底小、處理凈化易等特點[1]，雨水的收集回用，可降低污水處理量，還可提供較為清潔的水資源[2]。近年來，海綿城市建設的推廣，在有效減緩城市“水浸街”的同時，助力雨水的回收利用。

因此，本文以廣東環境保護工程職業學院為例，提出校區海綿城市規劃與改造的方案，項目的實踐不僅能夠有效控制開發建設對城市降雨徑流的負面影響;且能成為學院自身一項寶貴的教學資源，輔助于學院案例教學及學生項目實訓環節;同時，成為校園的一部分，潛移默化地影響學生的日常學習與生活，對營造學院獨特的環保節能校園文化有一定的推進作用。更甚地，本文分析與探索高校校園規劃海綿化設計的有效途徑與思路，為國內高校校園乃至城市居住小區、城市公園等的海綿化改造提供借鑒和參考經驗。

一、學院現狀分析

校園場地匯流坡度基本在4%以內，中部小山丘處坡度較大，可達15%左右;匯水區域總面積約30公頃，其中不透水面積約占59.02%;校區容積率65%，建筑密度17.7%，總建筑面積8.7萬平方米，綠化總面積11628平方米，綠地率36.6%，其中，湖總面積約1600平方米。目前學院為雨污分流制排水系統，雨水經管道收集排入周邊道路下的市政雨水管網。

二、海綿化改造方案

（一）海綿化目標

根據《佛山市海綿城市建設總體規劃》要求，海綿化改造應將70%以上的降雨就地消納和利用。建設項目的系統防洪、排水防澇規劃的目標指標為：本學院屬于佛山市的一般地段，排水管道設計重現期為3-5年，排澇標準為20年一遇，24小時設計暴雨1天排完。

（二）改造思路

本項目的改造思路如下圖。

（三）工程量統計

參考《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建（試行）》參數指標，結合本學院下墊面及現有排水的實際情況;選取了人行道透水鋪裝、車行道透水瀝青、透水生態停車坪、滲溝、植草溝、雨水花園、綠色屋頂等LID技術進行學院的海綿化改造探索。改造項目設施工程量表見下表1。

三、海綿化改造成果驗證

（一）SWMM模型

1.SWMM模型

為驗證本項目海綿化改造目標的可達性，采用SWMM雨水管理模型模擬計算、驗證及預評估改造實施效果。

2.模型校驗及參數選取

（1）降雨數據。降雨數據采用廣東省1970-2009年的降雨量，作為SWMM模型的降雨輸入條件，見下圖2。

（2）降雨雨型分布。本改造項目采用芝加哥雨型生成器，結合廣東省佛山市暴雨強度公式，對學院排水標準按3年一遇、5年一遇120min進行模擬。對學院防洪標準按20年一遇、50年一遇1440min進行模擬。

3.模擬參數設置

本改造項目的SWMM模型參數設置見下表2，改造項目的匯水分區概化模型參數設置及特征參數值見圖3。

（二）驗證結果

1.年徑流總量控制率評估。模擬計算改造后學院下墊面的年均徑流系數約為0.26，計算本項目改造后的下墊面年徑流總量控制率約為74.3%。

2.排水標準評估。SWMM模型評估3年一遇及5年一遇的120min降雨時，學院管網系統均未出現溢流、滿管流情況，表明雨水管網能很好地消納該強度的降雨。下圖4為模擬5年一遇降雨，改造前、改造后的水剖面線分析結果，模擬結果表明，改造前在雨型高峰的時間段，管段出現滿流、溢流現象;表明雨水管道排水能力不足，容易發生內澇問題。經本項目改造后，管段均為非滿流，經本項目改造后，學院的排水能力大大提高，消除了溢流以及可能產生的積水問題，在一定程度緩解了內澇問題。

3.防洪能力評估。模擬50年一遇降雨1440min結果：大部分管道滿流、檢查井溢流、道路積水嚴重;因此，改造項目未能滿足50年一遇的排水防澇需求。模擬20年一遇降雨1440min結果：關鍵管段呈滿流，檢查井未溢流，路面未產生積水;因此，確認改造項目滿足20年一遇的排水防澇需求。

四、結論

第一，本項目結合學院下墊面及現有排水的實際情況，選取了人行道透水鋪裝、車行道透水瀝青、透水生態停車坪、透水球場地面、滲溝、植草溝、雨水花園、綠色屋頂等LID改造技術，并通過沉砂池初步凈化、雨水調蓄池的回收，實現部分雨水的回收利用于學院市政設施用水。

第二，通過SWMM模型模擬計算校核，改造后對年徑流總量控制率為74.3%，排水標準滿足5年一遇，防澇能力滿足20年一遇，達到學院海綿化改造的設計目標。

參考文獻

[1] 王璐.推動西安市雨水利用的分析和建議[J].城市建設理論研究（電子版），2014（16）：1480-1481.

[2] 弓亞棟.建設海綿城市的研究與實踐探索[D].長安大學，2015.

[3] 崔廣柏，張其成，湛忠宇，等.海綿城市建設研究進展與若干問題探討[J].水資源保護，2016（2）：1-4.