雨水管理模型在径流控制评估中的应用

宋源

摘 要：以鹰潭市中心城区为研究区域，采用 SWMM 模型对现状用地下垫面和2030年规划用地下垫面在典型年降水下分别进行模拟。结果表明，在传统开发模式下，随着大量硬化地面的增加，下垫面径流产量显著增加，城市径流总量控制率降低，进一步验证了开展海绵城市的重要意义，为其他城市评估径流总量控制效果提供了参考。

关键词：海绵城市；SWMM；径流总量控制率；下垫面

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.156

1 引言

随着城市快速发展，硬化面积持续加大，雨水径流随之增加，排水管网的压力因此越来越大，城市内涝问题给社会带来较大影响。从国外的引入的低影响开发理念后，各种LID技术在城市建设中应用，也取得了相应的效果。为了应对城市内涝灾害，政府提出了“海绵城市”的理念 [1]，本文运用SWMM软件模型对江西省鹰潭市城区下垫面进行模拟，验证运用LID技术后的开发建设满足“海绵城市”的要求。

2 “海绵城市”内涵

所谓海绵城市，字面上可以理解为海绵一样的城市。海绵具有良好的“吸水、持水、释水”的特性，在城市中则具体表现为下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。通过自然途径和人工措施的结合，在保证城市排水防涝安全的情况下，最大限度地达到雨水的积存、渗透和净化，实现雨水资源的利用与生态环境保护 [2][3] 。

海绵城市核心的技术内容是低影响开发，建设模式以雨水综合管控为出发点的，是统筹水资源、水环境、水安全等问题的重要手段措施。相较于国外提出的可持续排水系统（SUDS）、最佳管理措施（BMP）、水敏感城市（water sensitive urbandesign， WSUD）等雨水管理方式，海绵城市不仅关注雨水管控，而且注重对原有城市生态系统的维持和修复，使其在应对自然灾害与适应环境变化等方面具有良好的“弹性”[4] 。

3 SWMM模型介绍

EPASWMM是一个动态的降水-径流模拟模型，可用于模拟城市某一单一降水事件或长期的水质和水量和径流峰值模拟。其径流模块部分可用于处理城市各子流域所发生的降水，径流和污染负荷。汇流模块部分则通过管渠、泵站、蓄水池、处理设施、闸坝等进行水量传输。此模型可以跟踪模拟不同时间步长所有时刻每个子流域所产生径流的水质和水量，以及每个河道及管道中水的流量、水深及水质等情况。

SWMM自1971年问世以来，已经经历过多次升级。在世界范围内广泛应用于城市地区的雨洪管理、污水及合流制管网设计、河道计算模拟以及其它排水系统的规划、分析和设计，在其它非城市区域也有广泛的应用。本次规划采用SWMM5.1模型，相较于以前版本增加了LID模块，更适合在海绵城市相关规划中进行模拟。

常用的LID技术主要包括绿色屋顶、雨水花园、生物滞留带、透水路面、植草沟和雨水收集。结合鹰潭市中心城区总体规划，针对鹰潭市不渗透面积比例较高的工业用地、居民区、道路和停车场等几类用地设置LID设施，以期降低该类用地上的径流量。

4 径流控制模型构建

利用ArcGis空间地理数据分析技术，对中心城区所在汇水域形和下垫面进行分析，根据下垫面及排水分区情况，将鹰潭市中心城区分别基于现状用地（2015年）、规划用地（2030年）划分海绵控制单元，其中现状用地共划分198个单元，规划用地共划分235个单元。对不同管控分区内的地块综合计算并确定相关产汇流参数，包括汇水区面积、坡度、宽度、不透水比例、洼蓄量、曼宁系数等。

模型参数包含了水文参数、水动力参数及水质参数三类。水文、水动力参数有19个，利用软件批量赋参功能将子汇水区和用地布局规划图叠加分析，其中汇流区洼蓄深度、曼宁系数、下渗参数根据文献资料确定出取值范围，并根据鹰潭市实际情况选择本研究区域的参考特征值，其余参数可以通过资料直接获得；水质参数中的污染物累积函数中的最大累积量、累积速率常数和冲刷模型中的冲刷系数、冲刷指数参考相关城市降雨径流监测数据进行选择确定，其余参数根据文献参数或经验取值。

模型建立完毕后需要输入降雨事件，选取接近多年平均降雨量的1959年日降雨数据作为典型代表，代入模型进行计算。

5 计算结果

根据典型年降雨情境下的模拟结果，鹰潭市中心城区现状径流总量控制率仅为56.9%，未达到70%控制率的考核要求。

由于鹰潭市中心城区至2030年建设用地增长幅度较大，本规划对中心城区按传统模式开发下至2030年径流控制效果进行了评估。模拟结果显示，至2030年中心城区径流总量控制率为52.0%，相比现状控制率进一步下降。

模拟结果说明在传统开发模式下，随着大量硬化地面的增加，径流产生量已经相对开发前的自然系统明显增加，随之将带来内涝风险的提升和径流污染的加剧，因此需要在未建设区域确定管控目标，改进规划思路，减少城市开发对城市水系统的影响，同时需要对已建区提出指标要求，将海绵城市建设与城市更新改造过程同步进行，进一步增加城市的径流控制效果。

6 总结

本文通过对鹰潭市中心城区现状用地和规划用地分别进行模拟分析，对比城市开发建设前后对降雨径流的控制效果，为其他城市计算及评估城市径流总量控制率提供参考。结果表明，在伴随着大量硬化地面增加的传统开发模式下，城市径流量明显增加，径流控制效果明显下降。除此之外，在地勘资料完備的条件下，可以充分考虑不同地块的下垫面差异，进一步提高分析结果的精确度； 还可以在以后的研究中加入水质的模拟，为低影响开发模式提供全面的参考 [5]。

参考文献：

[1]寇殿良，卢阳阳，王红梅，刘启岚.基于SWMM模型下的海绵城市开发应用[J].广西城镇建设，2015（12）：130-132.

[2]熊赟，李子富，胡爱兵，任心欣.某低影响开发公共建筑雨洪效应的SWMM模拟与评估[J].给水排水，2015（S1）：282-285.

[3]任心欣，汤伟真.海绵城市年径流总量控制率等指标应用初探[J]. 中国给水排水，2015（13）：105-109.

[4]张亮.西北地区海绵城市建设路径探索——以西咸新区为例[J]. 城市规划，2016（03）：108-112.

[5]黎晓路，赵磊，赵艺淞.基于SWMM的低影响开发水文效应模拟评估——以昆明市某小区为例[J].科技展望，2017（05）：254-255.