基于SWMM的海綿改造工程發展綜述

趙曉青 張金鑫

摘 要：在面對國內日益嚴重的降雨內澇問題和落實生態文明建設政策的背景下，本文概述了國內外對海綿建設的發展現狀，提出了高校海綿改造。

關鍵詞：SWMM;海綿改造;發展綜述

1 海綿改造工程的背景

縱觀近些年，北京2011年“6.23”和2012年“7.21”、成都2011年“7.3”、武漢2012年“5.29”和2013年“7.7”以及廈門2013年“5.15”等事件，都造成了重大的人員和財產損失[1]。據中華網新聞頻道報道：2016年7月2日暴雨致武漢兩所高校被淹，宿舍遭灌水，操場成汪洋;據福州新聞網報道：2018年5月7日廈門遭遇特大暴雨突襲，廈門大學內有樓梯“變”瀑布;暴雨致澇情況在我國已成為一種嚴重災害現象，為了解決這一問題，掀起了海綿改造工程的熱潮。

2 國外研究現狀

70年代初雨洪管理模型（SWMM）被正式提出并得到逐步發展，該模型可以對研究對象的水文乃至水質變化過程進行效果模擬和數值演算。該模型后期通過增設了LID措施模塊，使得其靈活性和適用性都得到增強。

Fanhua Kong等人[2]本研究利用GIS技術建立的暴雨水管理模型（SWMM），研究了暴雨徑流特征對城市尺度四種不同土地利用轉換場景的水文響應。研究多重LID在減少直接連接不透水區域（DCIA）的不同設計措施中否能夠減輕城市雨水的廣泛影響。然而，他們也指出，即使是最有利的情況下，從透水過渡到不透水路面的區域其水文表現仍未達到開發前自然狀態的水平。

S.K.Aryal等人[3]以澳大利亞昆士蘭州東南部8個流域為研究對象，通過SWMM模擬三個相對不發達的流域增加不透水面積的影響，研究了雨水收集對區域雨水流量緩解作用。通過實施雨水收集方案，每小時流量減少了60%，但流量的最大峰值不變。

Kyle Eckart等人[4]利用SWMM構建的耦合模型對加拿大Windsor城市的LID雨水控制系統的污水收集系統，測試了三個不同的回收期。對三次暴雨事件的五種不同實施方案進行了優化，以最大限度地減少雨水徑流，減少總徑流，降低成本。

可見，SWMM對城市、河流域、小區等在雨水徑流，峰值流量等方面的研究具有廣泛的應用。

3 國內研究現狀

萍鄉市作為我國2013年第一批海綿城市試點城市，成功的建設效果給后續的易澇點治理、小區改造等項目起到示范效應[5]。“海綿”這個概念最初用于城市景觀設計，俞孔堅等人[6]指出河流兩側的自然濕地，可以像海綿一樣在一定范圍內調節河流水量，從而減少洪澇、緩解旱情。

張倩[7]利用所建模型就海綿措施與常規城市開發模式下的系統雨水徑流量與排放口的管道深度進行模擬與分析，結果表明：在設計降雨量下，住宅區、公共管理區、商業區內雨水徑流量控制總體效果同為：住宅區>公共管理區>商業區。

曾航[8]通過SWMM模型對規劃系統的排水能力進行的分析評估表明，基于當前國家規范設計的排水系統的實際排水能力與設計排水能力存在一定差距，在設計重現期的降雨情景下，部分管渠會出現超載情況。通過SWMM模型模擬基于海綿城市的排水防澇措施（系統控制、過程控制、源頭減排），在各模擬措施下（設置下凹式綠地、雨水調蓄池）系統的排水能力得到了極大提升。

符悅等人[9]為解決福建省龍巖市主城區內澇問題而基于SWMM進行海綿改造措施研究，并對研究區域增加了低影響開發模塊（LID）。結果表明滲透路面、植被淺溝均可有效降低徑流系數、推遲峰現時刻、減少溢流檢查井個數和最大淹水深度，且對內澇的緩解作用在低重現期時更為顯著，尤以組合LID措施對內澇的控制效果最佳。

吳曉瑜等人[10]通過SWMM對中山某工業園建立了優化的海綿改造方案，結果表明，通過多種海綿措施的組合及優化，研究區域內徑流總量削減率及峰值流量削減率均可達到70%。章雙雙[11]等人以常州商務城為例，基于SWMM模型計算典型降雨頻率為80%下的3組組合設施的徑流總量，根據經濟成本的函數計算不同情境下的經濟成本，耦合SWMM模型與最優化目標函數能計算出城市化區域不同低影響開發設施占比的經濟—效益最優解。

朱培元等人[12]利用SWMM模型模擬了某住宅小區在不同的降雨重現期內通過多種海綿措施起到的徑流削峰減排效果。研究表明：采用了下凹式綠地、滲透鋪裝、綠色屋頂等海綿措施的小區雨水系統，在不同降雨重現期時總徑流量、洪峰流量分別能夠減少13.9%～25.1%、31.6%～47.9%;在此基礎上分別串聯屋面雨水桶、綠色屋頂、綠色屋頂+雨水桶的設計方案均能得到更好的徑流控制效果;綠色屋頂與雨水桶串聯相比單獨使用能發揮更強的削峰減排效能，且在高降雨強度下串聯優勢更明。

4 我國海綿改造工程發展方向

由于我國只是初級建設海綿城市，與其他發達國家相比仍缺乏理論知識的掌握和足夠的實踐建設經驗，我們在借鑒國外先進的LID措施對不同研究對象進行海綿體改造的同時，應在國家加大對海綿城市建設上更要緊密結合我國國情及工程所處的實際情況，在海綿改造中可以充分利用多種海綿措施組合，將海綿城市改造技術朝本土化發展。

5 總結

目前基于我國的國情和生態文明建設的政策下，亦要借鑒國外理論知識和先進數值模擬技術，也要注重工程的實際情況，開展經濟可行性的海綿改造工程，促進我國海綿改造工程建設，實現更好的雨水防澇效果。

參考文獻：

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[2]Fanhua Kong，Yulong Ban，Haiwei Yin，Philip James，Iryna Dronova.Modeling stormwater management at the city district level in response to changes in land use and low impact development[J].Environmental Modelling and Software，2017，95：132-142.

[3]S.K.Aryal，S.Ashbolt，B.S.McIntosh，K.P.Petrone，S.Maheepala，R.K.Chowdhury，T.Gardener，R.Gardiner.Assessing and Mitigating the Hydrological Impacts of Urbanisation in Semi-Urban Catchments Using the Storm Water Management Model[S].Water Resources Management，2016，30（14）：5437-5454.

[4]Kyle Eckart，Zach McPhee，Tirupati Bolisetti.Multiobjective optimization of low impact development stormwater controls[J].Journal of Hydrology，2018，562：564-576.

[5]葉華林.海綿城市建設的“萍鄉答卷”——萍鄉市海綿城市試點建設的做法和成效[J].老區建設，2018（01）：45-49.

[6]俞孔堅，李迪華.城市景觀之路[M].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[7]張倩.基于SWMM的海綿城市建設途徑研究——以青島市某區域為例[D].青島理工大學，2016.

[8]曾航.基于SWMM的武漢市東西湖區某工業園雨水排水管網模擬研究[D].華中農業大學，2016.

[9]符銳，羅龍洪，劉俊，何爽.SWMM模型中的低影響開發模塊在排水防澇系統中的應用[J].水電能源科學，2014，32（09）：71-74.

[10]吳曉瑜，黃維，周密.基于SWMM的某工業園區LID方案及模擬評估[J].中國給水排水，2017，33（11）：139-142.

[11]章雙雙，潘楊，李一平，章豪.基于SWMM模型的城市化區域LID設施優化配置方案研究[J].水利水電技術，2018，49（06）：10-15.

[12]朱培元，傅春，肖存艷.基于SWMM的住宅區多LID措施雨水系統徑流控制[J].水電能源科學，2018，36（03）：10-13.