西咸新区海绵城市建设对中型降雨致涝影响

刘 力, 侯精明, 李家科, 荆海晓, 马 越, 王 润

(1.西安理工大学 水利水电学院， 陕西 西安710048； 2.陕西西咸新区沣西新城海绵技术中心， 陕西 西安 712000)

1 西咸新区海绵城市建设概况

陕西省西咸新区是我国海绵城市建设第一批16个试点城市之一，试点区域位于沣河以西、渭河以南。本研究范围在沣西新城中部核心区(图1)，东临沣河，西至渭河，北到老西宝高速，南至西宝高速新线，研究范围22.5 km2。(增加介绍6个分区，后面会用到)为落实海绵城市建设工作，试点区主要通过布设低影响开发措施，来满足年径流总量控制率，抵御超标暴雨及面源污染削减率要求[16-18]，形成兼顾“源头减排”、“管渠传输”、“排涝除险”等不同层级且相互耦合的雨水控制利用系统(图2)。西咸新区新城建设排水系统尚不健全，积水内涝风险较高。西咸新区海绵城市建设试点区采用的LID设施主要类型有3种：生物滞留设施(Bioretention)、透水铺装/可渗透铺装系统(Permeable/Porous Pavement System)和绿色屋顶(Green Roof)或生态屋顶(Ecoroof)。

生物滞留设施(Bioretention)可分为5种类型：雨水花园(Rain Garden)、雨水花坛(Planter)、生物滞留池(Bioretention Cell)、生态草沟(Grass Swale)以及自然排水系统(Natural Drainage System)[19-20]。根据沣西新城道路特点，试点区域道路两旁的LID措施主要采用的是雨水花园和生态滞留草沟。生物滞留带是西咸新区沣西新城使用较多的生态滞留设施，主要在秦皇大道、统一路等道路两旁以及同德佳苑等小区内使用，位置见图1，实际效果见图2。

透水铺装/可渗透铺装系统(Permeable/Porous Pavement System, PPS)的生态作用是增强雨水下渗能力，减少不透水面积，并且对径流污染物具有一定的削减效果[21-22]。

西咸新区沣西新城已在秦皇大道人行道、康定和园小区内等地使用了透水铺装(图2)，布设位置见图1。绿色屋顶(Green Roof)是LID中主要措施之一，西咸新区沣西新城已在西部云谷楼顶等地采用了绿色屋顶(图3)。

2 内涝监测材料与方法

2.1 现场监测方法

本研究区域内内涝监测方法主要为人工现场巡测和人工标识结合图像识别两种方法，对积水深度达到15 cm，积水范围达到500 m2以及积水时间超过2 h的内涝积水进行了监测。在内涝监测初期，由于液位仪等监测仪器设备并未完成安装，因此采用人工现场巡测方法监测内涝。在监测中期，为了更加准确并快捷地监测内涝点的积水程度，对重点片区用全站仪进行了地形数据勘测并对易涝点易积水范围做了人工标识。在雨后积水形成时，拍摄积水照片。然后利用所获图像信息，分辨积水边界与邻近标识的距离，通过差值法并结合无人机测绘得到的高分辨率DEM，能快速确定内涝点积水范围及积水深度。

2.2 代表性内涝积水监测结果

根据监测期内的降雨资料，选取两场代表性中型降雨作为典型对比。2015年8月2日的降雨量为30.4 mm，降雨历时为3.5 h，雨型为单峰雨型。2016年6月23日的降雨量为31.6 mm，降雨历时为8.5 h，雨型为双峰雨型(图4)。两场雨量均为中型降雨，较为相似。降雨历时虽然相差较大，历时3.5 h的单峰降雨处于8.5 h双峰降雨的降雨峰值期间，也就是说2016年6月23日降雨历时为8.5 h，但是主要降雨量集中在3.5 h内，因此2016年6月23日的降雨强度并不小于2015年8月2日的降雨强度，故具有对照价值。

2015年8月2日沣西新城核心区内的1号、2号、3号排水分区(见图1)中的LID措施尚未开建，故仅对沣西新城的4号、5号、6号排水分区及周边地区进行内涝监测。监测到内涝点共8个，其中试点区域内5个，试点区域外3个。整体来看内涝点空间分布较为均匀。

与2015年8月2日内涝积水对比，2016年6月23日内涝点减少了3个。秦皇大道(沣景路以南)西半幅非机动车道与秦皇大道(统一路至康定路段)东半幅道路完全建成LID措施后，内涝程度得到显著的改善，基本被消除。统一大道与同德路交叉口和同德路与永平路交叉口(佳美花园小区附近)等地也因正在进行LID措施改造，内涝得到不同程度的减缓。同时，试点区域外同文路(跨越西宝高速公路高架桥的南段)的内涝因为施工完成得到消除。将两场相似降雨监测到的内涝点详细数据作对比，其结果列于表1。

②心理干预:语言开导法,将患者所患的疾病向其作详细介绍,通过语言交谈,评估患者的心理情绪,并给予语言上的安慰、鼓励以及劝导等,纠正其错误的观念和思想,增强治疗信心。暗示法,根据患者的具体心理情绪,给予针对性的疏导和调适。可借助间接、含蓄法使得患者下意识接受治疗意见。劝导养生法,可采用传统中医养生法,例如宁神静志法、移情易性法以及情趣易性法等鼓励患者进行人际交往,多参加体育锻炼和机体活动。每天治疗20min,每周至少1次,共治疗4周。

3 LID措施建设对内涝减缓影响机理分析

由表1可知在LID措施整体改造过程中，内涝积水得到了不同程度的改善，本节针对试点区域内中的主要道路尚未进行LID措施改造、改造中和改造完成后的代表区域的内涝积水情况和成因进行系统分析。

图1 西咸新区沣西新城区位图及海绵城市建设试点区域内LID措施分布图

图2 西咸新区雨水花园及渗透铺装 图3 西咸新区西部云谷绿色屋顶

图4 西咸新区所选两场降雨的雨型对比图

3.1 未进行LID措施改造区成涝情况

同文路(陕西服装学院门口)区段目前尚未进行LID措施改造，两场次的监测中发现内涝情况没有改善。如图5和表1所示最大积水范围和最大水深大致相同，同时说明所选两组监测数据具备充分的参考对照价值。

3.2 LID措施改造前与改造中成涝情况及成因分析

统一路与同德路交叉口道路旁没有LID措施时，雨水无法及时排出只能积在地势低洼的非机动车道内，给非机动车的行驶带来了诸多不便。在2016年6月的监测中发现路面积水明显少于2015年积水，其中最大积水范围由567 m2减少到了376 m2，改善程度为33.69%，最大水深由16.7 cm减少了到9.7 cm，改善程度达到43.75%(图6)。

图5 同文路(陕西服装学院门口)积水

图6 统一路与同德路交叉口积水对比图

这是由于在2016年LID措施改造过程期间将道路旁的绿化带挖开从而形成一定的蓄水措施，这些蓄水措施普遍略低于路面，雨水就会进入道路旁的滞留措施中。因此在改造过程中会改善易涝点的积水程度。

3.3 LID措施改造前后成涝情况及成因分析

LID措施改造根据秦皇大道各子汇水分区所需调蓄容积及下垫面属性，统筹考虑绿地空间及降雨径流控制条件(设计降雨和50年一遇极端降雨)，结合设施径流组织及管网衔接关系，开展LID设施布置(见图7、图8)。

2015年8月2日降雨时监测秦皇大道(沣景路以南)西半幅非机动车道路段，发现非机动车道内全部是积水，交通工具无法正常行驶，积水范围见图9(a)框线区域。

2016年道路两旁的绿化带改造成LID措施后，监测到该点非机动车道内已经完全没有积水，不会影响正常交通出行内涝已被完全消除，见图9(b)。

表1 2015年8月2日和2016年6月23日内涝点详情及LID改造情况对比表

注：○-无LID措施，◎-正在改造LID措施，●-有LID措施。

图7 秦皇大道LID改造平面布置图

图8 秦皇大道路段LID措施及周边土地利用图

图9 秦皇大道(沣景路以南)西半幅非机动车道积水对比

图10 秦皇大道路段LID措施改造前后内涝对比图

2015年秦皇大道(统一路至康定路段)东半幅道路两边没有LID措施时，雨后的机动车道变得很难行驶，在现场观察到行车通过速度非常缓慢并且溅起水花，严重影响人们正常出行。在2016年6月LID措施改造完成后，雨水都进入了道路两旁的生物滞留设施中，路面上已无明显积水。实测内涝点最大积水范围由564 m2减少到了35 m2，改善程度达93.79%，最大水深由15.6 cm减少了到2.0 cm，改善程度达到87.18%，内涝基本被消除(见图11)。

图11 秦皇大道(统一路至康定路段)东半幅道路积水对比

成因分析：这是由于LID措施改造完成后，降雨形成的径流没有积在路面，而是汇入道路两旁的绿化带及人行道外的渗透塘就地消纳，因此不会形成内涝。

4 结 论

为验证LID措施对中型降雨致涝缓解效果，本文以西咸新区海绵城市建设试点区为研究对象，对比分析了不同LID措施改造进程情况下的两场相似降雨致涝程度，得出如下结论：

(1)易涝区域如秦皇大道两侧进行LID改造前积水严重，降雨结束后仍存在大量积水。改造为LID措施后，雨水全部流入了道路两旁的生物滞留设施中，路面积水已完全消除。可见LID措施建成后对一定程度的城市内涝治理效果明显；

(2)在LID措施改造过程中，会将道路两边的绿化带挖低从而形成一定的蓄水空间，雨水汇入并实现调蓄效果。可见LID措施在改造过程中也会降低易涝点的积水程度，观测发现最大积水面积可减少33.7%；

(3)在未进行LID措施改造的区域，两场暴雨形成了相近程度的内涝积水，体现了代表性降雨选择的合理性并印证了上述结论的可靠性。

本文证实了海绵城市建设能够通过合理调控降雨径流来有效缓解内涝积水，LID措施在解决城市内涝问题方面具有一定应用价值。将来的工作将在长序列监测资料的基础上，进一步展开LID措施对更多降雨类型致涝控制作用的量化研究。

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