吉林建筑大學(xué)雨洪控制與低影響開發(fā)模擬研究

唐照鵬 劉從放 譚熙泓 吳榮櫟 鄭添一 李科

摘 要：隨著我國城市化的不斷擴(kuò)展，城市面積大量硬化、不透水表面面積逐漸增大，地面截水能力大大下降，我國城市的內(nèi)澇問題也開始變得嚴(yán)重。低影響開發(fā)（LID）就是針對(duì)這一問題而近些年被提出，并且在我國的北京、上海、深圳等城市進(jìn)行了實(shí)施。本文利用美國環(huán)保局開發(fā)的暴雨洪水管理模型（SWMM）對(duì)吉林建筑大學(xué)在采取LID的前后的地表徑流進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果顯示LID可以有效減輕排水管道的負(fù)荷，減少地表徑流。

關(guān)鍵詞：SWMM模型;雨洪控制;低影響開發(fā)

1.引論

近年來，美國、德國、日本等40多個(gè)國家展開了低影響開發(fā)（LID）的相關(guān)研究和實(shí)踐[1-5]。美國是最早進(jìn)行LID實(shí)踐的國家，馬里蘭通過加入不同的LID模塊改變城市不透水地面，取得了很好的結(jié)果。日本于1963年就開始興建儲(chǔ)蓄雨水的蓄洪池。我國關(guān)于LID的研究雖較其他發(fā)達(dá)國家晚，但在北京、上海、深圳等城市也有一些技術(shù)及應(yīng)用方面的探索研究[6，7]。城市面積大量硬化、不透水表面面積逐漸增大，地面截水能力大大下降。城市的排水系統(tǒng)在這樣的環(huán)境下承受一定的排水壓力，城市排水管網(wǎng)常常會(huì)處于持續(xù)滿負(fù)荷狀態(tài)，給城市居民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來巨大的威脅[8-9]。

本文采用暴雨雨水管理模型（Storm Water Managemnet Model，SWMM）加入低影響開發(fā)（LID）設(shè)施（鋪設(shè)透水磚、下凹式綠地、綠色屋頂）對(duì)吉林建筑大學(xué)二校園的流域水文過程進(jìn)行模擬分析。

2.研究區(qū)域概況

吉林建筑大學(xué)坐落于吉林省長春市凈月國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，校園占地面積94.8萬平方米，建筑面積45.4萬平方米。本研究擬在校園中落實(shí)可持續(xù)海綿城市建設(shè)理念，在場地現(xiàn)有綠地的基礎(chǔ)上，通過合理的海綿設(shè)施布局，完全達(dá)到可以消納自身地塊產(chǎn)生的雨水徑流建設(shè)會(huì)“呼吸”的校園。海綿校園建設(shè)的最終目標(biāo)就是“透水、蓄水、不積水”，進(jìn)而提高校園的生態(tài)效益。在校園中落實(shí)可持續(xù)海綿城市建設(shè)理念，在場地現(xiàn)有綠地的基礎(chǔ)上，通過合理的海綿設(shè)施布局，完全達(dá)到可以消納自身地塊產(chǎn)生的雨水徑流建設(shè)會(huì)“呼吸”的校園。海綿校園建設(shè)的最終目標(biāo)就是“透水、蓄水、不積水”，進(jìn)而提高校園的生態(tài)效益。

3構(gòu)建吉林建筑大學(xué)SWMM模型

將研究區(qū)域劃分為12個(gè)子匯水區(qū)（如圖1所示），保證地表徑流可以分配到相應(yīng)的模型中的匯接點(diǎn)。模型參數(shù)直接通過CAD原始底圖基礎(chǔ)獲取，曼寧系數(shù)、洼蓄量等根據(jù)SWMM模型手冊(cè)列出的參數(shù)而定。

4.結(jié)果與分析

4.1未設(shè)置低影響開發(fā)設(shè)施情況

模型模擬結(jié)果顯示在未設(shè)置低影響開發(fā)設(shè)施的情況下，產(chǎn)生的地表徑流深度為187.386mm。校園傳統(tǒng)開發(fā)模式的系統(tǒng)徑流量曲線表現(xiàn)出未設(shè)置LID設(shè)施時(shí)，系統(tǒng)顯示徑流量是先增大后減小，徑流在降雨5min以后產(chǎn)生，在降雨歷時(shí)70min后，區(qū)域的徑流量達(dá)到最大值之后呈下降趨勢(shì)。模擬結(jié)果顯示研究區(qū)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)發(fā)生超載現(xiàn)象，地面上易形成多處積水點(diǎn)，而此時(shí)一部分管網(wǎng)出現(xiàn)滿負(fù)荷現(xiàn)象。

4.2設(shè)置低影響開發(fā)設(shè)施情況

在設(shè)置LID的情況下，產(chǎn)生的地表徑流深度為157.109mm。校園傳統(tǒng)開發(fā)模式的系統(tǒng)徑流量曲線表現(xiàn)出設(shè)置LID后，系統(tǒng)顯示徑流量是先增大后減小，徑流在降雨5min以后產(chǎn)生，在降雨歷時(shí)90min后，區(qū)域的徑流量達(dá)到最大值之后呈下降趨勢(shì)。模擬結(jié)果顯示，研究區(qū)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)發(fā)生超載現(xiàn)象得到緩解，且一部分管網(wǎng)的滿負(fù)荷現(xiàn)象減弱。

5.結(jié)論

在未布置低影響開發(fā)（LID）措施的情景下，校園內(nèi)排水管網(wǎng)的各節(jié)點(diǎn)發(fā)生嚴(yán)重超載現(xiàn)象，地面上易形成多處積水點(diǎn)，很大一部分管網(wǎng)出現(xiàn)滿負(fù)荷現(xiàn)象。通過設(shè)置LID設(shè)施，這些問題得到了極大地緩解。吉林建筑大學(xué)的LID規(guī)劃依著力實(shí)現(xiàn)校園環(huán)境改造，積極打造海綿校園景觀。將海綿城市建設(shè)理論與校園規(guī)劃相結(jié)合，以“點(diǎn)”帶“面”推進(jìn)吉林省海綿城市的建設(shè)。

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基金項(xiàng)目：吉林省教育廳“十三五”科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（JJKH20190878KJ）;吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃（201910191001）