基于SWMM模型的海绵城市规划设计分析

梁 伟，龚昌胜，邢 宁，黎彬富

（珠海建研科技有限公司，广东 珠海 519031）

受经济发展影响，城市化进程逐渐加快，在这一新形势下，城市中的硬化面积增加，雨水径流加大，为排水管网正常运行带来较大的压力，如果出现问题便会导致城市内涝。20世纪末，我国从国外引进了暴雨管理与面源污染处理技术，即低影响开发理念（LID），它为城市开发与建设提供了极大的帮助，已经取得十分显著的成果。为了积极应对洪涝灾害，有关部门提出了“海绵城市”这一概念，本文以SWMM模型为前提，针对海绵城市规划设计展开论述。

1 海绵城市与SWMM模型

1.1 海绵城市

海绵城市是新一代城市雨洪管理概念，即城市如海绵一般，积极适应环境变化，面对洪涝灾害等体现出弹性，下雨时发挥蓄水与净水的功能，待需要时再将之前储存的水进行应用，以达到约束雨水径流、实现水资源重复利用的目的。海绵城市的示意图如图1所示。

图1 海绵城市示意图

海绵城市的实现，要以生态优先这一原则为基准，充分结合自然、人工手段，保证城市的安全排水与防涝，并且全面实现雨水的储存与净化，使雨水资源得到充分利用，用以保护生态环境，缩小城市开发之后所体现的水文特征与开发之前的差距，通过储存的雨水解决城市内涝问题，减少径流污染负荷，对城市内部的生态环境加以保护[1]。2014年，有关部门发布了与海绵城市相关的建设规定，今后建设海绵城市过程中需要按照规定要求，优先利用雨水花园与植草沟等进行排水，构建城镇排水防涝系统，最大程度地减少城市内涝的危害。

1.2 SWMM模型

SWMM模型是美国环境保护局针对城市排水这一问题研发的暴雨径流管理模型，该模型能够动态模拟持续暴雨所形成的径流量，将城市排水系统中与水量和水质有关的问题加以解决。当前，SWMM模型成为暴雨洪水管控的核心工具。SWMM模型内的LID模块，主要为动态模拟提供了几种不同的类型，如绿色屋顶、多孔路面、生物网格滞留、渗渠、草洼。雨水调蓄模拟、蒸发等环节，利用SWMM模型中的水质、水力两个模块，使用LID技术模拟径流污染控制效果以及地面径流量和峰值流量。

2 基于SWMM模型的海绵城市规划系统设计

2.1 系统整体设计

海绵城市规划系统整体逻辑架构按照从上至下的顺序，主要有业务应用层、应用支撑层、数据资源层、采集传输层，其中也包括信息安全机制、标准规范机制。海绵城市规划系统在设计时，对于前端WEB页面、中间件的访问和调用，所使用的手段均是以SOA架构为基础进行设计。

2.1.1 业务应用层

业务应用层是海绵城市的核心模拟系统。

2.1.2 应用支撑层

在系统中，应用支撑平台主要为业务应用提供相应的服务，即一组共性与关键性服务，其中有事务处理、安全服务、信息标识以及数据访问几个项目。在原来的基础上，其增设了GIS、报表、图表以及模型等多种服务[2]。以此为前提的洪水管理信息化业务平台和排水模拟平台，在之后的业务应用阶段与洪水预报系统正常运行过程中发挥了重要作用。

2.1.3 数据资源层

数据资源层也被称为数据存储平台，通过关系型数据库、全文数据库这两种形式的结合，储存、管理全部的资源数据，通过关系数据库本身所具备的业务处理功能，以及全文数据库中海量存储、检索性能这两项功能，可以任意检索需要的数据资源。通过全文检索网，人们可以对关系数据库内所有数据资源进行创建以及全文索引，全文数据库则主要负责全文检索这一功能的提供。在此次设计中，数据资源层内所有建设内容如下：土地利用数据库、土壤信息数据库、气象数据库、其余基础数据整理入库四项内容。

2.1.4 采集传输层

采集传输层主要负责信息采集，所采集的信息有气象信息、墒情信息以及土地利用信息，如降雨、土壤含水量等。

2.2 系统功能

通过对城市规划建设和排水特征的了解，笔者认为，海绵城市规划系统主要包括以下6个功能模块，即系统管理模块、数据处理模块、基础信息模块、结果管理模块、结果展示模块、模型参数设置模块，如图2所示[3]。

图2 海绵城市规划系统功能模块

2.2.1 基础信息模块

针对“.dwg”“.shp”这两种格式的地图进行处理，使其成为闭合区域，也就是已经完成划分的集水区域，将其导入基础信息模块内，便会生成文件，其格式为“.inp”，随后便可以在SWMM模型内直接运行，并且对底图勾画排水管网进行加载[4]。信息基础模块中需要导入降雨数据，数据来自于数据库内，将各个时期的降雨数据导入模块中，选择时可以以市政排水管网规定作为参照。

2.2.2 模型参数设置模块

该模块是以默认参数为前提，合理调整参数值。例如，该模型中的子集水区内透水、不透水面积之比存在差异、绿化区域显示为LID模式，这两种情况都可以在该模块展开调整[5]。SWMM模型的参数率定可以以实测数据为基础，也就是参考实测数据调整入渗率，或是将模拟结果、实测结果进行比较，随后展开手动调整。

2.2.3 数据处理模块

该模块主要负责模拟结果的处理，SWMM模型内的模拟结果数据格式比较特殊，在模块中主要选择的是待处理数据，如水深和径流量，将其转换格式为“.xls”，随后针对单位展开处理，储存在数据库内[6]。

2.2.4 结果管理模块

针对规划设计项目建设之后与规划前后的模拟结果，都要以报告或者图表的方式存储。用户选择图表中的数据与图表样式，按照实际需求编辑报告。

3 结语

使用SWMM模型对海绵城市进行规划与设计，不仅有利于实现城市降水的重复利用，还能够提高城市规划设计效果，降低洪涝灾害的危害。目前，海绵城市已经得到了广泛应用，这为今后城市规划设计提供了可行案例，同时也使海绵城市的实践更加规范，将其与SWMM模型相结合，人们可以创造更加良好的城市环境。

1 施 萍，郭 羽.基于“生动、生态、生机”理念的海绵城市规划实践——以上海张家浜楔形绿地规划设计为例[J].给水排水，2017，（2）：59-62.

2 李艳芳.GIS与SWMM模型在下凹式绿地优化设计中的应用研究[D].昆明：云南师范大学，2016.

3 王文亮，李俊奇，王二松，等.海绵城市建设要点简析[J].建设科技，2017，（1）：19-21.

4 袁再健，梁 晨，李定强.中国海绵城市研究进展与展望[J].生态环境学报，2017，（5）：896-901.

5 王 浩，梅 超，刘家宏.海绵城市系统构建模式[J].水利学报，2017，（9）：1009-1014.

6 姚辉彬，徐友全，陈 斌.海绵城市研究动态及热点分析[J].建筑经济，2017，（10）：21-26.