基于SWMM 的海綿城市設計分析

曹爽，鄭敬霖

（1.武漢市環境保護科學研究院；2.中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢 430000）

上饒國際醫療旅游先行區作為上饒市南部一個嶄新的城市核心區，是開啟上饒市經濟發展帶動城市建設的戰略要地。本項目位于上饒國際醫療旅游先行區核心地帶，毗鄰上饒三清山機場、西臨上饒大道、南接320 國道、東至葉挺大道。作為上饒國際醫療旅游先行區的啟動區，更是承擔著重要的戰略意義。

國家的經濟不斷發展，但是城市的防洪排澇基礎設施的建設卻相對滯后，“海綿城市”就是讓城市像海綿一樣蓄水、滲水和凈水。海綿城市利用人工結合生態的方法，使雨水資源得到了充分的利用。

1 基于SWMM 模型的海綿城市建設過程

1.1 項目概況

本工程位于江西省上饒市中心城區南部，由會議、會展、醫療相關的研發、療養、檢測、培訓等多組建筑物組成。上饒國際精準醫療中心項目總建設用地面積267463 平方米，約401.2 畝。本項目為其中的B 區部分，B 區建設用地155652 平方米。

1.2 海綿設施（LID）設計問題分析

圖1 項目范圍圖

海綿設施有多種形式，每個地方都有當地的導則作為設計依據，本項目設計依據主要為《海綿城市建設技術指南》和《江西省海綿城市建設技術導則》，但是在設計的過程中發現了很多問題，主要體現在以下幾個方面：（1）《海綿城市建設技術指南》和《江西省海綿城市建設技術導則》針對的是整個江西省，不具有地方特點。本項目在上饒市，上饒市雖然地處江西省，但是它依然有其特有的氣候氣象等因素，江西省不能完全代表上饒市。（2）《海綿城市建設技術指南》和《江西省海綿城市建設技術導則》更多的規定是關于全局關鍵因素的控制，并不能完全指導海綿城市設計中的一些具體問題。（3）即使所有的設計都符合《海綿城市建設技術指南》和《江西省海綿城市建設技術導則》，依然會有多種方案的選擇，并不是說按照導則做就只有一種方案，但是導則并不能提供進一步判斷的準則。（4）海綿設施設計的復雜性遠遠超過《海綿城市建設技術指南》和《江西省海綿城市建設技術導則》，導則將一些復雜的問題簡單化雖然有利于方案的設計，但是會造成不符合實際情況。

1.3 海綿城市設計方案解決對策

（1）概述。由于兩個海綿城市建設方案均符合導則和規范相關要求，因此根據相關規范、導則和現有方法無法判斷兩種方案的優劣。本文采用SWMM 模型中的LID 單元對項目區兩個方案的關鍵參數系統徑流量進行模擬分析以解決方案的選取問題。

（2）雨水設計參數。降雨數據采用了上饒市的暴雨強度公式進行計算，保證了模擬結果能代表當地的氣候氣象情況。雨水暴雨強度公式：q=2744.378(1+0.555lgP)/(t+17.408)0.759。 場 地雨水設計重現期P=3a，降雨歷時取20min，雨峰系數為0.3。

（3）匯水分區設計。本項目整體地勢較為平坦，西北高，東南低。綜合分析本項目的地形、坡度等因素，將項目區分為5 個匯水區域，分區域進行控制。

（4）海綿設施布置方案設計。根據項目的實際情況以及《海綿城市建設技術指南》和《江西省海綿城市建設技術導則》，為了達到設計目標年徑流總控制率的75%，本項目區實施現狀地塊的用地類型及用地構成進行徑流產流計算，計算采用加權平均法計算項目區內的徑流量，即為設計徑流控制量。匯水面主要有三種類型，分別為綠地、透水鋪裝、硬質鋪裝。

綜合雨量徑流系數：

φ綜合=（φ綠地F綠地+φ硬質鋪裝F硬質鋪裝+φ透水鋪裝F透水鋪裝）/（F綠地+F硬質鋪裝+F透水鋪裝）

根據《海綿城市建設技術指南》中給出的各種匯水面的雨量徑流系數，φ綠地取值0.15、φ硬質鋪裝取值0.85、φ透水鋪裝取值0.25。

年徑流總量控制計算公式：

V總=φhF/1000

式中，V總為年控制徑流總量，m3；φ 為雨量綜合徑流系數；h 為年凈流總量控制率對應設計降雨量，mm；F 為匯水面積，m2。

依據上式的計算和景觀、建筑的要求做出以下兩種方案。

（1）方案一（表1）

表1 方案一LID 設施布置

（2）方案二（表2）

表2 方案一LID 設施布置

（5）模型概化。根據地形及管網資料，將模型概化為5 個匯水區域、1 個排水口、5 個節點及5 根管道。項目區域范圍內雨水管線重現期為3 年，降雨歷時20 分鐘，雨峰系數為0.3，其余參數按照暴雨強度公式確定。

圖2 模型概化圖

（6）模型參數確定。本項目滲透采用滲透模型采用霍頓模型，管網的匯流采用動力波，滲透模型的最大入滲率取67.2mm/h，最小入滲率為12mm/h，入滲衰減系數為4/h。

（7）模擬結果比較分析。本次模擬選擇的降雨重現期為3 年，模型結果時間序列為每分鐘讀取一次數據，設置模擬時間為20 分鐘。模擬結果如下：

系統徑流過程線模擬：

圖3 系統徑流過程線圖（方案一）

圖4 系統徑流過程線圖（方案二）

根據以上模擬結果明顯可以看出，方案一中無LID 海綿設施和有LID 海綿設施兩個雨水峰值的差值更大，說明方案一布置的LID 海綿設施對雨水起到的消峰作用更大，所以方案一優于方案二。根據模擬結果，本工程設計推薦采用方案一作為本項目的海綿設施布置形式。之所以會出現指南無法判斷的情況，本文作者認為是指南過于簡單所致，譬如不同形式的下凹式綠地在《海綿城市建設技術指南》中的雨量徑流系數均為0.15，但是實際上不同形式的下凹式綠地的效果是不一樣的，下凹式綠地不同的形式可以在SWMM 中設置不同的參數解決了《海綿城市建設技術指南》過于簡單的問題。

圖5 SWMM 下凹式綠地參數設置

2 結語

由于海綿城市的相關導則和規范只對關鍵影響因素作了規定，所以在相關導則和規范的框架下依然有多種方案的選擇，從而導致設計人員方案選擇的困境。本文根據研究區域的匯水特點、地形坡度等基本信息的處理，對研究區域的管網、LID 布置形式和排口進行了合理的模型概化，使模型更能反應項目的實際效果，而不是簡單的套導則和規范。本文通過對比分析兩種方案的系統徑流過程線圖，選取了更優的方案，解決了該項目設計方案優劣的選取困難，所述方法可供類似工程作為參考。