吉林建筑大學雨洪控制與低影響開發模擬研究

唐照鵬 劉從放 譚熙泓 吳榮櫟 鄭添一 李科

摘 要：隨著我國城市化的不斷擴展，城市面積大量硬化、不透水表面面積逐漸增大，地面截水能力大大下降，我國城市的內澇問題也開始變得嚴重。低影響開發（LID）就是針對這一問題而近些年被提出，并且在我國的北京、上海、深圳等城市進行了實施。本文利用美國環保局開發的暴雨洪水管理模型（SWMM）對吉林建筑大學在采取LID的前后的地表徑流進行了對比，結果顯示LID可以有效減輕排水管道的負荷，減少地表徑流。

關鍵詞：SWMM模型;雨洪控制;低影響開發

1.引論

近年來，美國、德國、日本等40多個國家展開了低影響開發（LID）的相關研究和實踐[1-5]。美國是最早進行LID實踐的國家，馬里蘭通過加入不同的LID模塊改變城市不透水地面，取得了很好的結果。日本于1963年就開始興建儲蓄雨水的蓄洪池。我國關于LID的研究雖較其他發達國家晚，但在北京、上海、深圳等城市也有一些技術及應用方面的探索研究[6，7]。城市面積大量硬化、不透水表面面積逐漸增大，地面截水能力大大下降。城市的排水系統在這樣的環境下承受一定的排水壓力，城市排水管網常常會處于持續滿負荷狀態，給城市居民生命財產安全帶來巨大的威脅[8-9]。

本文采用暴雨雨水管理模型（Storm Water Managemnet Model，SWMM）加入低影響開發（LID）設施（鋪設透水磚、下凹式綠地、綠色屋頂）對吉林建筑大學二校園的流域水文過程進行模擬分析。

2.研究區域概況

吉林建筑大學坐落于吉林省長春市凈月國家高新技術產業開發區，校園占地面積94.8萬平方米，建筑面積45.4萬平方米。本研究擬在校園中落實可持續海綿城市建設理念，在場地現有綠地的基礎上，通過合理的海綿設施布局，完全達到可以消納自身地塊產生的雨水徑流建設會“呼吸”的校園。海綿校園建設的最終目標就是“透水、蓄水、不積水”，進而提高校園的生態效益。在校園中落實可持續海綿城市建設理念，在場地現有綠地的基礎上，通過合理的海綿設施布局，完全達到可以消納自身地塊產生的雨水徑流建設會“呼吸”的校園。海綿校園建設的最終目標就是“透水、蓄水、不積水”，進而提高校園的生態效益。

3構建吉林建筑大學SWMM模型

將研究區域劃分為12個子匯水區（如圖1所示），保證地表徑流可以分配到相應的模型中的匯接點。模型參數直接通過CAD原始底圖基礎獲取，曼寧系數、洼蓄量等根據SWMM模型手冊列出的參數而定。

4.結果與分析

4.1未設置低影響開發設施情況

模型模擬結果顯示在未設置低影響開發設施的情況下，產生的地表徑流深度為187.386mm。校園傳統開發模式的系統徑流量曲線表現出未設置LID設施時，系統顯示徑流量是先增大后減小，徑流在降雨5min以后產生，在降雨歷時70min后，區域的徑流量達到最大值之后呈下降趨勢。模擬結果顯示研究區內各節點發生超載現象，地面上易形成多處積水點，而此時一部分管網出現滿負荷現象。

4.2設置低影響開發設施情況

在設置LID的情況下，產生的地表徑流深度為157.109mm。校園傳統開發模式的系統徑流量曲線表現出設置LID后，系統顯示徑流量是先增大后減小，徑流在降雨5min以后產生，在降雨歷時90min后，區域的徑流量達到最大值之后呈下降趨勢。模擬結果顯示，研究區內各節點發生超載現象得到緩解，且一部分管網的滿負荷現象減弱。

5.結論

在未布置低影響開發（LID）措施的情景下，校園內排水管網的各節點發生嚴重超載現象，地面上易形成多處積水點，很大一部分管網出現滿負荷現象。通過設置LID設施，這些問題得到了極大地緩解。吉林建筑大學的LID規劃依著力實現校園環境改造，積極打造海綿校園景觀。將海綿城市建設理論與校園規劃相結合，以“點”帶“面”推進吉林省海綿城市的建設。

參考文獻

[1] 車伍，呂放放，李俊奇.發達國家典型雨洪管理體系及啟示[J].中國給水排水，2009，25（20）：12-17

[2] 張大偉，趙冬泉，陳吉寧等.城市暴雨徑流控制技術綜述與應用探討[J].給水排水，2009（SI）：25-29

[3] 周玉文. 海綿城市建設中的設計暴雨探討[J]. 給水排水，2019（3）：59-63.

[4] 俞孔堅.海綿城市理論與實踐[M].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[5] 黃國如，李碧琦. 深圳民治河流域低影響開發措施水文效應評估[J]. 水資源與水工程學報，2018，29（3）.

[6] 胡蓓蓓，張質明，李俊奇. 建設氣候適應性低影響開發設施的方法[J]. 環境工程，2019（7）：8-12.

[7] 成玉寧，侯慶賀，謝明坤. 低影響開發下的城市綠地規劃方法——基于數字景觀技術的規劃機制研究[J]. 中國園林，2019（10）.

[8] 王東，張翔，欒清華. 低影響開發技術在半山區丘陵地帶的應用效果評估[J]. 水利水電技術，2018，50（5）.

[9] 王明潔，吳中平，孫陽. 以低影響開發理念為導向的“海綿校園”概念規劃設計研究與實踐[J]. 建筑與文化，2019（8）：204-206.

基金項目：吉林省教育廳“十三五”科學技術研究項目（JJKH20190878KJ）;吉林省大學生創新創業訓練計劃（201910191001）