浅谈海绵城市建设工程中的模型应用

浅谈海绵城市建设工程中的模型应用

李小江

1、区域概况

片区面积约19.88km2，建成区面积约占71%，人口密集，污染负荷重。因片区局部地势低，现状雨水管网建设标准低、部分排水管渠老化淤积，管网排水能力有限，虽然在低洼地区建有排涝泵站，但在局部地区依然存在内涝问题。

2、评价方法

（1）评价目的及原则

以相关规范标准为指引，在上层次规划成果的基础上，参照其他城市的成功经验，通过收集最新的基础资料，采用先进的海绵城市辅助分析工具，真实、客观评价出片区的海绵城市建设主要指标，为下一步海绵城市规划提供依据。

（2）评价技术路线

整个技术路线主要包括基础数据分析、数据输入、模拟运算和成果分析，技术路线中需收集的资料包括城市下垫面、降雨、管网等。具体评价技术路线见下图：

3、模型参数与计算方法

本项目主要借助SCAD（SpongeCityAidedDesign）海绵城市辅助工具，从水量和水质角度定量评估片区海绵城市现状，如城市基本情况、现状排涝能力、现状调蓄欠缺能力、地表径流污染等，评估主要包括以下三个过程：

①收集片区下垫面、管网、地形、降雨等基础资料；

②利用ArcGIS软件对各类基础资料进行预处理及分析；

③将ArcGIS处理后的相关数据逐步导入SCAD软件中，并在SCAD中选择合适的参数后进行详细的分析，最终生成评估报告。

在SCAD软件分析研究区域海绵城市基本情况的过程中包括计算设计降雨、水量评估、以及水质评估三个方面。

（1）计算设计降雨

通过软件设计年径流控制率相对应的设计降雨。软件基于历史数据采用牛顿二分法求解得到对应的设计降雨量。

（2）水量评估

计算城市降雨产流过程，评估在不同降雨条件下，判断城市载体能够容纳多少水量以及计算欠缺的“海绵体”（欠缺容积）。通过软件添加管道调蓄设施，LID设施等相关措施，复核城市海绵体空间判断方案是否满足控制指标要求。

（3）水质评估

通过软件计算城市降雨形成的地表径流冲刷的地表污染物，模拟单位面积污染物累积量和任意数量的污染物的产生、流动和运移过程。计算排水分区内污染物削减以及LID设施对污染物的削减作用。

（4）模型参数

模型主要参数包括降雨、地形、汇水、水体、管网、下垫面以及LID设施等。

4、片区海绵城市建设主要措施

片区年径流总量控制率目标为70%，对应设计雨量为33.9mm，总径流量为427409m³，对比现状（年径流总量控制率62%），片区欠缺容积约为52281m³。

为实现目标，根据片区实际情况，考虑通过透水性铺装、蓄水模块、植草沟、下沉式绿地及雨水湿地等措施组合，最大程度减缓雨水径流并适度收集回用。各类措施进行不同组合试算后，考虑用地条件限制和空间布局合理性及实施难度等因素，给出如下组合：

交通广场透水铺装面积97.17ha，占该类用地的20%，住宅用地透水铺装4.85ha，占该类用地的1%，商业用地透水铺装0.15ha，占该类用地的1%；在政府、公共用地上建设蓄水模块，按调蓄深度不超过2m考虑，建设面积为0.31ha，占该类用地的0.9%；在道路、有实施条件的小区、公园等地建设下沉式绿地，下沉深度按30cm考虑，建设面积为1.07ha，各类设施组合后，总体容量为53043m³。

通过这些措施，片区年径流总量控制率可由现状的62%提升至目标的70%，控制降雨量33.9mm，总径流量427409m³。

5、结论

以本次LID组合措施为LID方案，以不增加LID组合措施的方案为原始方案，对比在目标年径流总量控制率对应降雨量工况下，两种方案的地表径流量（图4-1）和COD累计流出量（4-2）可以看出，建设LID组合措施后，洪峰降低，过程更加平缓，地表径流量和COD累计流出量均明显下降，组合措施效果较明显。

参考文献：

[1]《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》（2014）；

[2]《深圳市海绵城市专项规划（征求意见稿）》（2016）；

[3]《罗湖区海绵城市建设规划及实施研究》（2016）；