基于SWMM模型的海綿城市規劃設計分析

梁 偉，龔昌勝，邢 寧，黎彬富

（珠海建研科技有限公司，廣東 珠海 519031）

受經濟發展影響，城市化進程逐漸加快，在這一新形勢下，城市中的硬化面積增加，雨水徑流加大，為排水管網正常運行帶來較大的壓力，如果出現問題便會導致城市內澇。20世紀末，我國從國外引進了暴雨管理與面源污染處理技術，即低影響開發理念（LID），它為城市開發與建設提供了極大的幫助，已經取得十分顯著的成果。為了積極應對洪澇災害，有關部門提出了“海綿城市”這一概念，本文以SWMM模型為前提，針對海綿城市規劃設計展開論述。

1 海綿城市與SWMM模型

1.1 海綿城市

海綿城市是新一代城市雨洪管理概念，即城市如海綿一般，積極適應環境變化，面對洪澇災害等體現出彈性，下雨時發揮蓄水與凈水的功能，待需要時再將之前儲存的水進行應用，以達到約束雨水徑流、實現水資源重復利用的目的。海綿城市的示意圖如圖1所示。

圖1 海綿城市示意圖

海綿城市的實現，要以生態優先這一原則為基準，充分結合自然、人工手段，保證城市的安全排水與防澇，并且全面實現雨水的儲存與凈化，使雨水資源得到充分利用，用以保護生態環境，縮小城市開發之后所體現的水文特征與開發之前的差距，通過儲存的雨水解決城市內澇問題，減少徑流污染負荷，對城市內部的生態環境加以保護[1]。2014年，有關部門發布了與海綿城市相關的建設規定，今后建設海綿城市過程中需要按照規定要求，優先利用雨水花園與植草溝等進行排水，構建城鎮排水防澇系統，最大程度地減少城市內澇的危害。

1.2 SWMM模型

SWMM模型是美國環境保護局針對城市排水這一問題研發的暴雨徑流管理模型，該模型能夠動態模擬持續暴雨所形成的徑流量，將城市排水系統中與水量和水質有關的問題加以解決。當前，SWMM模型成為暴雨洪水管控的核心工具。SWMM模型內的LID模塊，主要為動態模擬提供了幾種不同的類型，如綠色屋頂、多孔路面、生物網格滯留、滲渠、草洼。雨水調蓄模擬、蒸發等環節，利用SWMM模型中的水質、水力兩個模塊，使用LID技術模擬徑流污染控制效果以及地面徑流量和峰值流量。

2 基于SWMM模型的海綿城市規劃系統設計

2.1 系統整體設計

海綿城市規劃系統整體邏輯架構按照從上至下的順序，主要有業務應用層、應用支撐層、數據資源層、采集傳輸層，其中也包括信息安全機制、標準規范機制。海綿城市規劃系統在設計時，對于前端WEB頁面、中間件的訪問和調用，所使用的手段均是以SOA架構為基礎進行設計。

2.1.1 業務應用層

業務應用層是海綿城市的核心模擬系統。

2.1.2 應用支撐層

在系統中，應用支撐平臺主要為業務應用提供相應的服務，即一組共性與關鍵性服務，其中有事務處理、安全服務、信息標識以及數據訪問幾個項目。在原來的基礎上，其增設了GIS、報表、圖表以及模型等多種服務[2]。以此為前提的洪水管理信息化業務平臺和排水模擬平臺，在之后的業務應用階段與洪水預報系統正常運行過程中發揮了重要作用。

2.1.3 數據資源層

數據資源層也被稱為數據存儲平臺，通過關系型數據庫、全文數據庫這兩種形式的結合，儲存、管理全部的資源數據，通過關系數據庫本身所具備的業務處理功能，以及全文數據庫中海量存儲、檢索性能這兩項功能，可以任意檢索需要的數據資源。通過全文檢索網，人們可以對關系數據庫內所有數據資源進行創建以及全文索引，全文數據庫則主要負責全文檢索這一功能的提供。在此次設計中，數據資源層內所有建設內容如下：土地利用數據庫、土壤信息數據庫、氣象數據庫、其余基礎數據整理入庫四項內容。

2.1.4 采集傳輸層

采集傳輸層主要負責信息采集，所采集的信息有氣象信息、墑情信息以及土地利用信息，如降雨、土壤含水量等。

2.2 系統功能

通過對城市規劃建設和排水特征的了解，筆者認為，海綿城市規劃系統主要包括以下6個功能模塊，即系統管理模塊、數據處理模塊、基礎信息模塊、結果管理模塊、結果展示模塊、模型參數設置模塊，如圖2所示[3]。

圖2 海綿城市規劃系統功能模塊

2.2.1 基礎信息模塊

針對“.dwg”“.shp”這兩種格式的地圖進行處理，使其成為閉合區域，也就是已經完成劃分的集水區域，將其導入基礎信息模塊內，便會生成文件，其格式為“.inp”，隨后便可以在SWMM模型內直接運行，并且對底圖勾畫排水管網進行加載[4]。信息基礎模塊中需要導入降雨數據，數據來自于數據庫內，將各個時期的降雨數據導入模塊中，選擇時可以以市政排水管網規定作為參照。

2.2.2 模型參數設置模塊

該模塊是以默認參數為前提，合理調整參數值。例如，該模型中的子集水區內透水、不透水面積之比存在差異、綠化區域顯示為LID模式，這兩種情況都可以在該模塊展開調整[5]。SWMM模型的參數率定可以以實測數據為基礎，也就是參考實測數據調整入滲率，或是將模擬結果、實測結果進行比較，隨后展開手動調整。

2.2.3 數據處理模塊

該模塊主要負責模擬結果的處理，SWMM模型內的模擬結果數據格式比較特殊，在模塊中主要選擇的是待處理數據，如水深和徑流量，將其轉換格式為“.xls”，隨后針對單位展開處理，儲存在數據庫內[6]。

2.2.4 結果管理模塊

針對規劃設計項目建設之后與規劃前后的模擬結果，都要以報告或者圖表的方式存儲。用戶選擇圖表中的數據與圖表樣式，按照實際需求編輯報告。

3 結語

使用SWMM模型對海綿城市進行規劃與設計，不僅有利于實現城市降水的重復利用，還能夠提高城市規劃設計效果，降低洪澇災害的危害。目前，海綿城市已經得到了廣泛應用，這為今后城市規劃設計提供了可行案例，同時也使海綿城市的實踐更加規范，將其與SWMM模型相結合，人們可以創造更加良好的城市環境。

1 施 萍，郭 羽.基于“生動、生態、生機”理念的海綿城市規劃實踐——以上海張家浜楔形綠地規劃設計為例[J].給水排水，2017，（2）：59-62.

2 李艷芳.GIS與SWMM模型在下凹式綠地優化設計中的應用研究[D].昆明：云南師范大學，2016.

3 王文亮，李俊奇，王二松，等.海綿城市建設要點簡析[J].建設科技，2017，（1）：19-21.

4 袁再健，梁 晨，李定強.中國海綿城市研究進展與展望[J].生態環境學報，2017，（5）：896-901.

5 王 浩，梅 超，劉家宏.海綿城市系統構建模式[J].水利學報，2017，（9）：1009-1014.

6 姚輝彬，徐友全，陳 斌.海綿城市研究動態及熱點分析[J].建筑經濟，2017，（10）：21-26.