基于SWMM與GIS的某高校低影響開發設施對內澇模擬研究

孫孝天，陳帥

基于SWMM與GIS的某高校低影響開發設施對內澇模擬研究

孫孝天，陳帥

（安徽建筑大學 環境與能源工程學院，安徽 合肥 230601）

海綿城市也稱低影響開發（LID），可以通過分散、小規模的源頭控制機制和設計技術[1]來有效控制暴雨所產生的內澇和面源污染。模擬結果對LID設施有良好的徑流削減效果，且能減輕暴雨時校園雨水管網的工作壓力，緩解甚至防止校園內澇的發生。

海綿城市；生態環境；不透水區域；綠地

據統計，合肥地區有各類高等院校60所，在校學生62.86萬人，形成了合肥大學城、磨店大學城兩個大學城。這些校區占地面積十分廣闊，所以對大學校園進行海綿體改造是十分必要和可行的。將原有的校園排水管網則作為體系的支撐與補充和海綿體設施相互配合作用，使校園開發建設后的水文特征接近開發前[2]，有效緩解校園內澇帶來的負面影響，減少人員出行不便的麻煩和生態環境的破壞。

1 研究區域概況

選取合肥某高校校區北部作為研究對象。研究對象總面積約為4.36 hm2，不透水區域主要由屋頂與路面組成，不透水區域由綠地組成。土地利用類型如圖1所示。

圖1 研究區域土地利用類型圖

2 子區域概化

從施工圖紙中將管網資料輸入到模型之中。使用泰森多邊形法劃分子匯水區域并使用GIS建立數字高程模型后，將地理高程信息導入到模型之中。

研究區域概化情況如圖2所示。

圖2 校園下墊層概化圖

3 LID措施

此次校園海綿城市改造主要選用綠色屋頂，透水鋪裝與生物滯留設施。LID設施設置參數參考了SWMM用戶手冊以及相關文獻[3-4]。LID設施情況如表1所示。

表1 LID設施一覽表

LID設施LID占地面積/m2LID面積所占研究地塊百分比/（%） 透水鋪裝6 57615 綠色屋頂4 3499 生物滯留設施4 72910 合計15 65434

4 降雨模擬

本次降雨模擬采用合肥市暴雨強度公式，降雨歷時2 h，取0.4。經過專門的雨型合成軟件，合成計算出暴雨重現期1年、2年、5年與10年的降雨過程線，如圖3所示。

圖3 不同重現期2 h降雨過程線

5 模型運行結果及分析

將不同重現期的降雨過程線數據整理成時間序列輸入到模型之中，分別計算模擬出現狀與經過LID改造后匯水區的徑流流量及徑流峰值[5]。校園現狀與LID改造后徑流流量對比及削減率如表2所示。

表2 校園現狀與LID改造后徑流流量對比及削減率

方案重現期 1a2a5a10a 現狀/m31 3901 7902 3102 760 LID方案/m39301 1901 5701 870 削減率/（%）3333.532.632.2

可以看出，經過LID改造后，徑流流量削減十分顯著。隨著重現期的增大，削減率略有下降但仍能保持在32%～33%之間。

校園現狀與LID改造后徑流峰值對比及削減率如表3所示。

表3 校園現狀與LID改造后徑流峰值對比及削減率

方案重現期 1a2a5a10a 現狀/m31.011.31.72.05 LID方案/m30.60.791.131.45 削減率/（%）40.639.233.529.2

流量峰值的削減率從40.6%下降到29.2%，說明隨著重現期增大，降雨強度隨之提高，徑流峰值削減效果會有所降低，但還能起到可觀的作用。

一年一遇2 h降雨排水口流量對比如圖4所示，兩年一遇2 h降雨排水口流量對比如圖5所示，五年一遇2 h降雨排水口流量對比如圖6所示，十年一遇2 h降雨排水口流量對比如圖7所示。

可以看出，經過LID改造后從總排水口流出的流量有所減少，并且隨著重現期的增大，流量削減效果也越來越突出。

6 結論

本文基于現有校園的管網及地形地貌，結合芝加哥降雨線分別現狀及LID改造后校園徑流及排水口交流變化，從模擬結果上看，LID設計可有效減少徑流流量和流量峰值，可有效防止校園出現大面積積水的情況，而從總排口的流量變化可以看出，LID設計隨著重現期的增長在排水口流量的削減效果也越來越突出，這說明LID設施可有效降低暴雨期間校園原有雨水管網設施的壓力。

圖4 一年一遇2 h降雨排水口流量對比

圖5 兩年一遇2 h降雨排水口流量對比

圖6 五年一遇2 h降雨排水口流量對比

圖7 十年一遇2 h降雨排水口流量對比

［1］溫莉，彭灼，吳珮琪.低沖擊開發理念指導下的城市空間利用策略［C］//規劃創新：中國城市規劃年會論文集.重慶：中國城市規劃年會，2010：1602-1612.

［2］葉露瑩，吳東，薛秋華.基于海綿城市視角下的生態校園建設［J］.重慶工商大學學報（自然科學版），2016（4）：46-50.

［3］張大偉，趙冬泉，陳吉寧，等.芝加哥降雨過程線模型在排水系統模擬中的應用［J］.給水排水，2008，34（3）：355-357.

［4］胡愛兵，任心欣，丁年，等.基于SWMM的深圳市某區域LID設施布局與優化［J］.中國給水排水，2015（21）：96-100.

［5］劉小壯.基于SWMM建筑小區LID方案比選及水量水質的模擬評估［D］.長沙：湖南大學，2018.

TU986.5

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.027

2095－6835（2019）20－0068－02

〔編輯：張思楠〕