基于SWMM的海绵改造工程发展综述

赵晓青 张金鑫

摘 要：在面对国内日益严重的降雨内涝问题和落实生态文明建设政策的背景下，本文概述了国内外对海绵建设的发展现状，提出了高校海绵改造。

关键词：SWMM;海绵改造;发展综述

1 海绵改造工程的背景

纵观近些年，北京2011年“6.23”和2012年“7.21”、成都2011年“7.3”、武汉2012年“5.29”和2013年“7.7”以及厦门2013年“5.15”等事件，都造成了重大的人员和财产损失[1]。据中华网新闻频道报道：2016年7月2日暴雨致武汉两所高校被淹，宿舍遭灌水，操场成汪洋;据福州新闻网报道：2018年5月7日厦门遭遇特大暴雨突袭，厦门大学内有楼梯“变”瀑布;暴雨致涝情况在我国已成为一种严重灾害现象，为了解决这一问题，掀起了海绵改造工程的热潮。

2 国外研究现状

70年代初雨洪管理模型（SWMM）被正式提出并得到逐步发展，该模型可以对研究对象的水文乃至水质变化过程进行效果模拟和数值演算。该模型后期通过增设了LID措施模块，使得其灵活性和适用性都得到增强。

Fanhua Kong等人[2]本研究利用GIS技术建立的暴雨水管理模型（SWMM），研究了暴雨径流特征对城市尺度四种不同土地利用转换场景的水文响应。研究多重LID在减少直接连接不透水区域（DCIA）的不同设计措施中否能够减轻城市雨水的广泛影响。然而，他们也指出，即使是最有利的情况下，从透水过渡到不透水路面的区域其水文表现仍未达到开发前自然状态的水平。

S.K.Aryal等人[3]以澳大利亚昆士兰州东南部8个流域为研究对象，通过SWMM模拟三个相对不发达的流域增加不透水面积的影响，研究了雨水收集对区域雨水流量缓解作用。通过实施雨水收集方案，每小时流量减少了60%，但流量的最大峰值不变。

Kyle Eckart等人[4]利用SWMM构建的耦合模型对加拿大Windsor城市的LID雨水控制系统的污水收集系统，测试了三个不同的回收期。对三次暴雨事件的五种不同实施方案进行了优化，以最大限度地减少雨水径流，减少总径流，降低成本。

可见，SWMM对城市、河流域、小区等在雨水径流，峰值流量等方面的研究具有广泛的应用。

3 国内研究现状

萍乡市作为我国2013年第一批海绵城市试点城市，成功的建设效果给后续的易涝点治理、小区改造等项目起到示范效应[5]。“海绵”这个概念最初用于城市景观设计，俞孔坚等人[6]指出河流两侧的自然湿地，可以像海绵一样在一定范围内调节河流水量，从而减少洪涝、缓解旱情。

张倩[7]利用所建模型就海绵措施与常规城市开发模式下的系统雨水径流量与排放口的管道深度进行模拟与分析，结果表明：在设计降雨量下，住宅区、公共管理区、商业区内雨水径流量控制总体效果同为：住宅区>公共管理区>商业区。

曾航[8]通过SWMM模型对规划系统的排水能力进行的分析评估表明，基于当前国家规范设计的排水系统的实际排水能力与设计排水能力存在一定差距，在设计重现期的降雨情景下，部分管渠会出现超载情况。通过SWMM模型模拟基于海绵城市的排水防涝措施（系统控制、过程控制、源头减排），在各模拟措施下（设置下凹式绿地、雨水调蓄池）系统的排水能力得到了极大提升。

符悦等人[9]为解决福建省龙岩市主城区内涝问题而基于SWMM进行海绵改造措施研究，并对研究区域增加了低影响开发模块（LID）。结果表明渗透路面、植被浅沟均可有效降低径流系数、推迟峰现时刻、减少溢流检查井个数和最大淹水深度，且对内涝的缓解作用在低重现期时更为显著，尤以组合LID措施对内涝的控制效果最佳。

吴晓瑜等人[10]通过SWMM对中山某工业园建立了优化的海绵改造方案，结果表明，通过多种海绵措施的组合及优化，研究区域内径流总量削减率及峰值流量削减率均可达到70%。章双双[11]等人以常州商务城为例，基于SWMM模型计算典型降雨频率为80%下的3组组合设施的径流总量，根据经济成本的函数计算不同情境下的经济成本，耦合SWMM模型与最优化目标函数能计算出城市化区域不同低影响开发设施占比的经济—效益最优解。

朱培元等人[12]利用SWMM模型模拟了某住宅小区在不同的降雨重现期内通过多种海绵措施起到的径流削峰减排效果。研究表明：采用了下凹式绿地、渗透铺装、绿色屋顶等海绵措施的小区雨水系统，在不同降雨重现期时总径流量、洪峰流量分别能够减少13.9%～25.1%、31.6%～47.9%;在此基础上分别串联屋面雨水桶、绿色屋顶、绿色屋頂+雨水桶的设计方案均能得到更好的径流控制效果;绿色屋顶与雨水桶串联相比单独使用能发挥更强的削峰减排效能，且在高降雨强度下串联优势更明。

4 我国海绵改造工程发展方向

由于我国只是初级建设海绵城市，与其他发达国家相比仍缺乏理论知识的掌握和足够的实践建设经验，我们在借鉴国外先进的LID措施对不同研究对象进行海绵体改造的同时，应在国家加大对海绵城市建设上更要紧密结合我国国情及工程所处的实际情况，在海绵改造中可以充分利用多种海绵措施组合，将海绵城市改造技术朝本土化发展。

5 总结

目前基于我国的国情和生态文明建设的政策下，亦要借鉴国外理论知识和先进数值模拟技术，也要注重工程的实际情况，开展经济可行性的海绵改造工程，促进我国海绵改造工程建设，实现更好的雨水防涝效果。

参考文献：

[1]王枭.浅析“海绵城市”理念的规划与实施问题[J].河南建材，2016（03）：228-229.

[2]Fanhua Kong，Yulong Ban，Haiwei Yin，Philip James，Iryna Dronova.Modeling stormwater management at the city district level in response to changes in land use and low impact development[J].Environmental Modelling and Software，2017，95：132-142.

[3]S.K.Aryal，S.Ashbolt，B.S.McIntosh，K.P.Petrone，S.Maheepala，R.K.Chowdhury，T.Gardener，R.Gardiner.Assessing and Mitigating the Hydrological Impacts of Urbanisation in Semi-Urban Catchments Using the Storm Water Management Model[S].Water Resources Management，2016，30（14）：5437-5454.

[4]Kyle Eckart，Zach McPhee，Tirupati Bolisetti.Multiobjective optimization of low impact development stormwater controls[J].Journal of Hydrology，2018，562：564-576.

[5]叶华林.海绵城市建设的“萍乡答卷”——萍乡市海绵城市试点建设的做法和成效[J].老区建设，2018（01）：45-49.

[6]俞孔坚，李迪华.城市景观之路[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[7]張倩.基于SWMM的海绵城市建设途径研究——以青岛市某区域为例[D].青岛理工大学，2016.

[8]曾航.基于SWMM的武汉市东西湖区某工业园雨水排水管网模拟研究[D].华中农业大学，2016.

[9]符锐，罗龙洪，刘俊，何爽.SWMM模型中的低影响开发模块在排水防涝系统中的应用[J].水电能源科学，2014，32（09）：71-74.

[10]吴晓瑜，黄维，周密.基于SWMM的某工业园区LID方案及模拟评估[J].中国给水排水，2017，33（11）：139-142.

[11]章双双，潘杨，李一平，章豪.基于SWMM模型的城市化区域LID设施优化配置方案研究[J].水利水电技术，2018，49（06）：10-15.

[12]朱培元，傅春，肖存艳.基于SWMM的住宅区多LID措施雨水系统径流控制[J].水电能源科学，2018，36（03）：10-13.