基于SWMM的海綿改造工程發(fā)展綜述

趙曉青 張金鑫

摘 要：在面對(duì)國(guó)內(nèi)日益嚴(yán)重的降雨內(nèi)澇問(wèn)題和落實(shí)生態(tài)文明建設(shè)政策的背景下，本文概述了國(guó)內(nèi)外對(duì)海綿建設(shè)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了高校海綿改造。

關(guān)鍵詞：SWMM;海綿改造;發(fā)展綜述

1 海綿改造工程的背景

縱觀(guān)近些年，北京2011年“6.23”和2012年“7.21”、成都2011年“7.3”、武漢2012年“5.29”和2013年“7.7”以及廈門(mén)2013年“5.15”等事件，都造成了重大的人員和財(cái)產(chǎn)損失[1]。據(jù)中華網(wǎng)新聞?lì)l道報(bào)道：2016年7月2日暴雨致武漢兩所高校被淹，宿舍遭灌水，操場(chǎng)成汪洋;據(jù)福州新聞網(wǎng)報(bào)道：2018年5月7日廈門(mén)遭遇特大暴雨突襲，廈門(mén)大學(xué)內(nèi)有樓梯“變”瀑布;暴雨致澇情況在我國(guó)已成為一種嚴(yán)重災(zāi)害現(xiàn)象，為了解決這一問(wèn)題，掀起了海綿改造工程的熱潮。

2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

70年代初雨洪管理模型（SWMM）被正式提出并得到逐步發(fā)展，該模型可以對(duì)研究對(duì)象的水文乃至水質(zhì)變化過(guò)程進(jìn)行效果模擬和數(shù)值演算。該模型后期通過(guò)增設(shè)了LID措施模塊，使得其靈活性和適用性都得到增強(qiáng)。

Fanhua Kong等人[2]本研究利用GIS技術(shù)建立的暴雨水管理模型（SWMM），研究了暴雨徑流特征對(duì)城市尺度四種不同土地利用轉(zhuǎn)換場(chǎng)景的水文響應(yīng)。研究多重LID在減少直接連接不透水區(qū)域（DCIA）的不同設(shè)計(jì)措施中否能夠減輕城市雨水的廣泛影響。然而，他們也指出，即使是最有利的情況下，從透水過(guò)渡到不透水路面的區(qū)域其水文表現(xiàn)仍未達(dá)到開(kāi)發(fā)前自然狀態(tài)的水平。

S.K.Aryal等人[3]以澳大利亞昆士蘭州東南部8個(gè)流域?yàn)檠芯繉?duì)象，通過(guò)SWMM模擬三個(gè)相對(duì)不發(fā)達(dá)的流域增加不透水面積的影響，研究了雨水收集對(duì)區(qū)域雨水流量緩解作用。通過(guò)實(shí)施雨水收集方案，每小時(shí)流量減少了60%，但流量的最大峰值不變。

Kyle Eckart等人[4]利用SWMM構(gòu)建的耦合模型對(duì)加拿大Windsor城市的LID雨水控制系統(tǒng)的污水收集系統(tǒng)，測(cè)試了三個(gè)不同的回收期。對(duì)三次暴雨事件的五種不同實(shí)施方案進(jìn)行了優(yōu)化，以最大限度地減少雨水徑流，減少總徑流，降低成本。

可見(jiàn)，SWMM對(duì)城市、河流域、小區(qū)等在雨水徑流，峰值流量等方面的研究具有廣泛的應(yīng)用。

3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

萍鄉(xiāng)市作為我國(guó)2013年第一批海綿城市試點(diǎn)城市，成功的建設(shè)效果給后續(xù)的易澇點(diǎn)治理、小區(qū)改造等項(xiàng)目起到示范效應(yīng)[5]。“海綿”這個(gè)概念最初用于城市景觀(guān)設(shè)計(jì)，俞孔堅(jiān)等人[6]指出河流兩側(cè)的自然濕地，可以像海綿一樣在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)河流水量，從而減少洪澇、緩解旱情。

張倩[7]利用所建模型就海綿措施與常規(guī)城市開(kāi)發(fā)模式下的系統(tǒng)雨水徑流量與排放口的管道深度進(jìn)行模擬與分析，結(jié)果表明：在設(shè)計(jì)降雨量下，住宅區(qū)、公共管理區(qū)、商業(yè)區(qū)內(nèi)雨水徑流量控制總體效果同為：住宅區(qū)>公共管理區(qū)>商業(yè)區(qū)。

曾航[8]通過(guò)SWMM模型對(duì)規(guī)劃系統(tǒng)的排水能力進(jìn)行的分析評(píng)估表明，基于當(dāng)前國(guó)家規(guī)范設(shè)計(jì)的排水系統(tǒng)的實(shí)際排水能力與設(shè)計(jì)排水能力存在一定差距，在設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的降雨情景下，部分管渠會(huì)出現(xiàn)超載情況。通過(guò)SWMM模型模擬基于海綿城市的排水防澇措施（系統(tǒng)控制、過(guò)程控制、源頭減排），在各模擬措施下（設(shè)置下凹式綠地、雨水調(diào)蓄池）系統(tǒng)的排水能力得到了極大提升。

符悅等人[9]為解決福建省龍巖市主城區(qū)內(nèi)澇問(wèn)題而基于SWMM進(jìn)行海綿改造措施研究，并對(duì)研究區(qū)域增加了低影響開(kāi)發(fā)模塊（LID）。結(jié)果表明滲透路面、植被淺溝均可有效降低徑流系數(shù)、推遲峰現(xiàn)時(shí)刻、減少溢流檢查井個(gè)數(shù)和最大淹水深度，且對(duì)內(nèi)澇的緩解作用在低重現(xiàn)期時(shí)更為顯著，尤以組合LID措施對(duì)內(nèi)澇的控制效果最佳。

吳曉瑜等人[10]通過(guò)SWMM對(duì)中山某工業(yè)園建立了優(yōu)化的海綿改造方案，結(jié)果表明，通過(guò)多種海綿措施的組合及優(yōu)化，研究區(qū)域內(nèi)徑流總量削減率及峰值流量削減率均可達(dá)到70%。章雙雙[11]等人以常州商務(wù)城為例，基于SWMM模型計(jì)算典型降雨頻率為80%下的3組組合設(shè)施的徑流總量，根據(jù)經(jīng)濟(jì)成本的函數(shù)計(jì)算不同情境下的經(jīng)濟(jì)成本，耦合SWMM模型與最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)能計(jì)算出城市化區(qū)域不同低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施占比的經(jīng)濟(jì)—效益最優(yōu)解。

朱培元等人[12]利用SWMM模型模擬了某住宅小區(qū)在不同的降雨重現(xiàn)期內(nèi)通過(guò)多種海綿措施起到的徑流削峰減排效果。研究表明：采用了下凹式綠地、滲透鋪裝、綠色屋頂?shù)群＞d措施的小區(qū)雨水系統(tǒng)，在不同降雨重現(xiàn)期時(shí)總徑流量、洪峰流量分別能夠減少13.9%～25.1%、31.6%～47.9%;在此基礎(chǔ)上分別串聯(lián)屋面雨水桶、綠色屋頂、綠色屋頂+雨水桶的設(shè)計(jì)方案均能得到更好的徑流控制效果;綠色屋頂與雨水桶串聯(lián)相比單獨(dú)使用能發(fā)揮更強(qiáng)的削峰減排效能，且在高降雨強(qiáng)度下串聯(lián)優(yōu)勢(shì)更明。

4 我國(guó)海綿改造工程發(fā)展方向

由于我國(guó)只是初級(jí)建設(shè)海綿城市，與其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍缺乏理論知識(shí)的掌握和足夠的實(shí)踐建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)诮梃b國(guó)外先進(jìn)的LID措施對(duì)不同研究對(duì)象進(jìn)行海綿體改造的同時(shí)，應(yīng)在國(guó)家加大對(duì)海綿城市建設(shè)上更要緊密結(jié)合我國(guó)國(guó)情及工程所處的實(shí)際情況，在海綿改造中可以充分利用多種海綿措施組合，將海綿城市改造技術(shù)朝本土化發(fā)展。

5 總結(jié)

目前基于我國(guó)的國(guó)情和生態(tài)文明建設(shè)的政策下，亦要借鑒國(guó)外理論知識(shí)和先進(jìn)數(shù)值模擬技術(shù)，也要注重工程的實(shí)際情況，開(kāi)展經(jīng)濟(jì)可行性的海綿改造工程，促進(jìn)我國(guó)海綿改造工程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)更好的雨水防澇效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]王梟.淺析“海綿城市”理念的規(guī)劃與實(shí)施問(wèn)題[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]葉華林.海綿城市建設(shè)的“萍鄉(xiāng)答卷”——萍鄉(xiāng)市海綿城市試點(diǎn)建設(shè)的做法和成效[J].老區(qū)建設(shè)，2018（01）：45-49.

[6]俞孔堅(jiān)，李迪華.城市景觀(guān)之路[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[7]張倩.基于SWMM的海綿城市建設(shè)途徑研究——以青島市某區(qū)域?yàn)槔齕D].青島理工大學(xué)，2016.

[8]曾航.基于SWMM的武漢市東西湖區(qū)某工業(yè)園雨水排水管網(wǎng)模擬研究[D].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[9]符銳，羅龍洪，劉俊，何爽.SWMM模型中的低影響開(kāi)發(fā)模塊在排水防澇系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，2014，32（09）：71-74.

[10]吳曉瑜，黃維，周密.基于SWMM的某工業(yè)園區(qū)LID方案及模擬評(píng)估[J].中國(guó)給水排水，2017，33（11）：139-142.

[11]章雙雙，潘楊，李一平，章豪.基于SWMM模型的城市化區(qū)域LID設(shè)施優(yōu)化配置方案研究[J].水利水電技術(shù)，2018，49（06）：10-15.

[12]朱培元，傅春，肖存艷.基于SWMM的住宅區(qū)多LID措施雨水系統(tǒng)徑流控制[J].水電能源科學(xué)，2018，36（03）：10-13.