基于SWMM 的海绵城市设计分析

曹爽，郑敬霖

（1.武汉市环境保护科学研究院；2.中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉 430000）

上饶国际医疗旅游先行区作为上饶市南部一个崭新的城市核心区，是开启上饶市经济发展带动城市建设的战略要地。本项目位于上饶国际医疗旅游先行区核心地带，毗邻上饶三清山机场、西临上饶大道、南接320 国道、东至叶挺大道。作为上饶国际医疗旅游先行区的启动区，更是承担着重要的战略意义。

国家的经济不断发展，但是城市的防洪排涝基础设施的建设却相对滞后，“海绵城市”就是让城市像海绵一样蓄水、渗水和净水。海绵城市利用人工结合生态的方法，使雨水资源得到了充分的利用。

1 基于SWMM 模型的海绵城市建设过程

1.1 项目概况

本工程位于江西省上饶市中心城区南部，由会议、会展、医疗相关的研发、疗养、检测、培训等多组建筑物组成。上饶国际精准医疗中心项目总建设用地面积267463 平方米，约401.2 亩。本项目为其中的B 区部分，B 区建设用地155652 平方米。

1.2 海绵设施（LID）设计问题分析

图1 项目范围图

海绵设施有多种形式，每个地方都有当地的导则作为设计依据，本项目设计依据主要为《海绵城市建设技术指南》和《江西省海绵城市建设技术导则》，但是在设计的过程中发现了很多问题，主要体现在以下几个方面：（1）《海绵城市建设技术指南》和《江西省海绵城市建设技术导则》针对的是整个江西省，不具有地方特点。本项目在上饶市，上饶市虽然地处江西省，但是它依然有其特有的气候气象等因素，江西省不能完全代表上饶市。（2）《海绵城市建设技术指南》和《江西省海绵城市建设技术导则》更多的规定是关于全局关键因素的控制，并不能完全指导海绵城市设计中的一些具体问题。（3）即使所有的设计都符合《海绵城市建设技术指南》和《江西省海绵城市建设技术导则》，依然会有多种方案的选择，并不是说按照导则做就只有一种方案，但是导则并不能提供进一步判断的准则。（4）海绵设施设计的复杂性远远超过《海绵城市建设技术指南》和《江西省海绵城市建设技术导则》，导则将一些复杂的问题简单化虽然有利于方案的设计，但是会造成不符合实际情况。

1.3 海绵城市设计方案解决对策

（1）概述。由于两个海绵城市建设方案均符合导则和规范相关要求，因此根据相关规范、导则和现有方法无法判断两种方案的优劣。本文采用SWMM 模型中的LID 单元对项目区两个方案的关键参数系统径流量进行模拟分析以解决方案的选取问题。

（2）雨水设计参数。降雨数据采用了上饶市的暴雨强度公式进行计算，保证了模拟结果能代表当地的气候气象情况。雨水暴雨强度公式：q=2744.378(1+0.555lgP)/(t+17.408)0.759。 场 地雨水设计重现期P=3a，降雨历时取20min，雨峰系数为0.3。

（3）汇水分区设计。本项目整体地势较为平坦，西北高，东南低。综合分析本项目的地形、坡度等因素，将项目区分为5 个汇水区域，分区域进行控制。

（4）海绵设施布置方案设计。根据项目的实际情况以及《海绵城市建设技术指南》和《江西省海绵城市建设技术导则》，为了达到设计目标年径流总控制率的75%，本项目区实施现状地块的用地类型及用地构成进行径流产流计算，计算采用加权平均法计算项目区内的径流量，即为设计径流控制量。汇水面主要有三种类型，分别为绿地、透水铺装、硬质铺装。

综合雨量径流系数：

φ综合=（φ绿地F绿地+φ硬质铺装F硬质铺装+φ透水铺装F透水铺装）/（F绿地+F硬质铺装+F透水铺装）

根据《海绵城市建设技术指南》中给出的各种汇水面的雨量径流系数，φ绿地取值0.15、φ硬质铺装取值0.85、φ透水铺装取值0.25。

年径流总量控制计算公式：

V总=φhF/1000

式中，V总为年控制径流总量，m³；φ 为雨量综合径流系数；h 为年净流总量控制率对应设计降雨量，mm；F 为汇水面积，m2。

依据上式的计算和景观、建筑的要求做出以下两种方案。

（1）方案一（表1）

表1 方案一LID 设施布置

（2）方案二（表2）

表2 方案一LID 设施布置

（5）模型概化。根据地形及管网资料，将模型概化为5 个汇水区域、1 个排水口、5 个节点及5 根管道。项目区域范围内雨水管线重现期为3 年，降雨历时20 分钟，雨峰系数为0.3，其余参数按照暴雨强度公式确定。

图2 模型概化图

（6）模型参数确定。本项目渗透采用渗透模型采用霍顿模型，管网的汇流采用动力波，渗透模型的最大入渗率取67.2mm/h，最小入渗率为12mm/h，入渗衰减系数为4/h。

（7）模拟结果比较分析。本次模拟选择的降雨重现期为3 年，模型结果时间序列为每分钟读取一次数据，设置模拟时间为20 分钟。模拟结果如下：

系统径流过程线模拟：

图3 系统径流过程线图（方案一）

图4 系统径流过程线图（方案二）

根据以上模拟结果明显可以看出，方案一中无LID 海绵设施和有LID 海绵设施两个雨水峰值的差值更大，说明方案一布置的LID 海绵设施对雨水起到的消峰作用更大，所以方案一优于方案二。根据模拟结果，本工程设计推荐采用方案一作为本项目的海绵设施布置形式。之所以会出现指南无法判断的情况，本文作者认为是指南过于简单所致，譬如不同形式的下凹式绿地在《海绵城市建设技术指南》中的雨量径流系数均为0.15，但是实际上不同形式的下凹式绿地的效果是不一样的，下凹式绿地不同的形式可以在SWMM 中设置不同的参数解决了《海绵城市建设技术指南》过于简单的问题。

图5 SWMM 下凹式绿地参数设置

2 结语

由于海绵城市的相关导则和规范只对关键影响因素作了规定，所以在相关导则和规范的框架下依然有多种方案的选择，从而导致设计人员方案选择的困境。本文根据研究区域的汇水特点、地形坡度等基本信息的处理，对研究区域的管网、LID 布置形式和排口进行了合理的模型概化，使模型更能反应项目的实际效果，而不是简单的套导则和规范。本文通过对比分析两种方案的系统径流过程线图，选取了更优的方案，解决了该项目设计方案优劣的选取困难，所述方法可供类似工程作为参考。