關于對海綿城市建設評估的研究、設計研究

劉文焱

中鐵第五勘察設計院集團有限公司 天津 300110

2019年開展試評估工作，2020年開展正式評估，為國務院提供階段性工作答卷，初步搭建海綿城市建設監(jiān)管平臺，2021年繼續(xù)開展評估，完成搭建海綿城市建設監(jiān)管平臺，建立常態(tài)化、標準化的評估機制，以保證2030年為國務院提供最終的工作答卷。

本次研究將監(jiān)測評估與模擬評估相結(jié)合，對海綿城市建設效果的評估總結(jié)經(jīng)驗，分析評估效果，從而優(yōu)化評估方法和LID技術的應用。

1、概述

國內(nèi)外研究方面，對于海綿城市理念中低影響開發(fā)設施緩解城市暴雨內(nèi)澇的評估采用監(jiān)測法。評估試點區(qū)域的效果評估，模型模擬法是結(jié)合相似和周邊地區(qū)的試點經(jīng)驗，根據(jù)區(qū)域基礎資料，確定模型中的參數(shù)，分析區(qū)域現(xiàn)狀情況，創(chuàng)建模擬條件，包含區(qū)域降雨量信息、污染情況等，執(zhí)行模擬后得出試點區(qū)域的年外排水量和管道水質(zhì)。

2、海綿城市評估方法及其應用研究的內(nèi)容

海綿城市徑流控制評估效果中，針對監(jiān)測法、模型模擬法，存在著模型模塊參數(shù)設計教條化、模擬的精度不夠，監(jiān)測點位的設計不合理、缺乏針對性，實際應用缺乏經(jīng)驗化等問題，在評估模型中對片區(qū)進行系統(tǒng)化監(jiān)測，識別并優(yōu)化關鍵海綿設施參數(shù)；監(jiān)測法和模型模擬法相互配合相互補充，進而對評估流程進行研究，并以天津健康產(chǎn)業(yè)園體育基地為例，開展該方法的應用研究。

（1）監(jiān)測網(wǎng)絡的系統(tǒng)化構(gòu)建

分析監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)化構(gòu)建的思路與流程，研究在監(jiān)測網(wǎng)絡中監(jiān)測點位的布置原則及方法，結(jié)合天津健康產(chǎn)業(yè)園體育基地內(nèi)徑流控制效果，評估基礎數(shù)據(jù)及布設監(jiān)測點位。

（2）關鍵參數(shù)的識別與優(yōu)化

在HYSWMM 模型中識別關鍵海綿設施參數(shù)，探究其研究取值方法；對綠色屋頂、生物滯留帶和透水鋪裝等海綿設施參數(shù)，優(yōu)化高靈敏度參數(shù)，結(jié)合實際降雨數(shù)據(jù)率定其取值方法。

（3）對徑流控制指標評估的應用研究

對監(jiān)測法與模型模擬法之間的配合方式、評估流程進行研究，以天津健康產(chǎn)業(yè)園體育基地二期工程為例，對其徑流控制效果進行評估，探究監(jiān)測網(wǎng)絡構(gòu)建方法及參數(shù)取值方法的可行性，提出改善建議。

3、海綿城市理念下市政排水系統(tǒng)模型模擬

選擇和組合雨水低影響開發(fā)利用技術，通過分散的、小規(guī)模的源頭控制機制和設計來達到暴雨所產(chǎn)生的徑流和污染的控制，指標化定量落地布局分類雨水開發(fā)利用技術，因地制宜設置LID優(yōu)化模塊，將開發(fā)水文特征與開發(fā)前的目標相接近，構(gòu)建城市雨水“海綿系統(tǒng)”。

（1）需滿足《海綿城市建設技術指南-低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》規(guī)定的相關建設目標考核要求，組合設置各類LID設施，在削減雨水徑流量上有一定的示范作用。

（2）通過合理組合布局，反復優(yōu)化LID設施布置，達到目標要求。

（3）在新建區(qū)域和開發(fā)場地中，LID設施并非必須應用于所有下墊面中；針對某一下墊面，建設一定比例的LID設施即可。

4、模型模擬的驗證與評估

（1）監(jiān)測網(wǎng)絡構(gòu)建流程

1）收集區(qū)域現(xiàn)狀資料

針對天津健康產(chǎn)業(yè)園基地二期工程項目內(nèi)區(qū)域進行調(diào)研，掌握區(qū)域海綿城市建設的目標和指標，確定整體控制目標。結(jié)合各排水分區(qū)、用地地塊的類型、面積等數(shù)據(jù)，分解徑流指標至各排水分區(qū)和待建地塊。對場次徑流總量控制率、設計降雨量、場次徑流污染削減率等進行徑流指標的分解。

2）分析基礎數(shù)據(jù)需求

首先要掌握雨水管網(wǎng)的布設方式、管網(wǎng)走向及管網(wǎng)之間的銜接方式等信息，研究各地塊的用地類型、各海綿設施布設比例、位置及布設方式等數(shù)據(jù)，然后對徑流指標監(jiān)測點位進行布置，再各地塊坡度、面積、排水分區(qū)的分界線等進行了解分析，對雨水管網(wǎng)、用地規(guī)劃、高程圖等基礎數(shù)據(jù)進行耦合、提取分析。

3）布置監(jiān)測點位

根據(jù)現(xiàn)狀管網(wǎng)、用地規(guī)劃，掌握管網(wǎng)節(jié)點與海綿設施、建設地塊、排水分區(qū)之間的關系，結(jié)合“源頭-過程-末端”三個層級監(jiān)測點位的布置原則和布置方法，從眾多管網(wǎng)節(jié)點中篩選出有代表性的、可以系統(tǒng)化、全面評估海綿城市徑流控制效果的監(jiān)測點位，組成監(jiān)測網(wǎng)絡。

4）提取基礎數(shù)據(jù)

評估基礎數(shù)據(jù)包括海綿設施、地塊或排水分區(qū)的面積、坡度、最大漫流長度等數(shù)據(jù)。

（2）模型模擬評估與監(jiān)測評估的考核結(jié)果分析

在不同重現(xiàn)期降雨條件下，分別對各方案中的道路積水情況、雨水外排量、建筑物淹水情況、年徑流總量控制率進行評估，對各方案指標達標情況進行評估。

1）管網(wǎng)排水能力

場地內(nèi)雨水管網(wǎng)設計標準為3年重現(xiàn)期，通過前一階段的模型模擬分析，在3年一遇180min暴雨強度下，部分管道出現(xiàn)有壓流，地表無積水地塊，認為排水管網(wǎng)滿足設計指標要求。但是在更強降雨如5年及以上一遇180min降雨條件下，低勢地塊和道路出現(xiàn)局部積水，在低影響開發(fā)模式下，通過合理設置LID模塊，模擬結(jié)果顯示在10年一遇暴雨強度下，地表不存在積水地塊及道路，說明LID措施能夠提高管網(wǎng)應對較強降雨能力。

2）考核目標評估

構(gòu)建模型后，分別對雨水外排徑流系數(shù)、年徑流總量控制率、內(nèi)澇風險情況、雨水外排量進行模擬分析。

A.年徑流總量控制模擬

根據(jù)《海綿城市建設技術指南-低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》中相關規(guī)定，天津市75%年徑流總量控制率對應設計降雨量為25.0mm，可以選擇降雨量接近或等于25.0mm的實測降雨來進行模擬。

按降雨量為25mm，降雨歷時為3小時模擬，結(jié)果顯示沒有雨水外排，說明所有的降雨小于25mm都能得到控制，即年徑流總量控制率達標。

湖體本身調(diào)蓄量加上下凹式綠地調(diào)蓄量，足夠消納湖體服務范圍內(nèi)的全部降雨。區(qū)域在設置LID措施后，能夠有效應對小強度降雨，對區(qū)域達標影響很大。

B.雨量徑流系數(shù)及外排流量

根據(jù)監(jiān)測點顯示，實測期間，降雨量小于25mm，外排量為0m3，外排流量達標，且與模型模擬結(jié)果一致。

2018年實測期間，湖體實際調(diào)蓄容積為2912m3，收水面積32公頃，雨量徑流系數(shù)為0.41。雨量徑流系數(shù)達標。

C.內(nèi)澇風險情況分析

分析區(qū)域淹沒模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在3-10年一遇180min降雨條件下，無積水，2018年實測數(shù)據(jù)顯示研究范圍內(nèi)無積水。在50年一遇180min降雨條件下，部分地塊出現(xiàn)積水，積水地點主要集中在南側(cè)道路地帶，積水深度從0.05~0.15m不等。100年重現(xiàn)期條件下，區(qū)域內(nèi)主要出現(xiàn)2個積水點（超過15cm的），最大積水深度25mm。即在小強度降雨條件下，雨水能夠消納，無內(nèi)澇風險，在強降雨條件下，區(qū)域內(nèi)局部會出現(xiàn)積水點。通過海綿措施的布置，能顯著降低內(nèi)澇風險，保證水安全。

5、結(jié)束語

利用鴻業(yè)城市暴雨排水和低影響開發(fā)模擬系統(tǒng)（HYSWMM）對基于海綿城市建設理念進行設計的建設方案進行模擬評估，對比海綿城市考核的相關目標達標情況，考慮到模型模擬的非現(xiàn)實性，為提高模擬研究的真實性、準確性，使模型真正合理運用于生產(chǎn)實踐，本次研究通過實況調(diào)研方式獲取的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)為檢測模型的數(shù)據(jù)源，通過模擬與實際情況的對比，總結(jié)模型模擬的適用性和局限性，提高研究水平。