大理市居住區集雨型綠地模型的構建研究

高境 楊茗琪

摘要 選取大理市下關地區的7個山地居住區作為研究對象，通過SWMM構建雨洪控制模型及模擬雨水徑流，對各類子匯水區徑流量、下滲量、徑流系數，山地居住區影響因素進行分析。結果表明：在山地居住區建設中，提高綠地率可大幅減少地表徑流，將地形坡度控制在10.51%以下，設置階梯式的接地形式，實現層級式雨水徑流處理，能有效緩解徑流流速和集中徑流量;在集雨型設施構建中，下沉式綠地和生物滯留設施的控制指標相對穩定，綠色屋頂因居住區建筑類型的不同差異較大。

關鍵詞 海綿城市;集雨型綠地;山地居住區;SWMM模型;大理市

中圖分類號 TU984 ?文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）19-0227-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.19.059

Abstract In this study， seven mountainous residential areas in Xiaguan area of Dali City were selected as research objects to construct rainwater control model and ?simulate rainwater runoff by using SWMM. Runoff， infiltration， runoff coefficient， and influencing factors of mountainous residential areas in various subcatchments were analyzed. The results showed that in the construction of residential areas， the surfaces outflow could be greatly reduced and by increasing the greenspace rate. In mountainous residential areas， when the ground slope was controlled below 10.51%. Setting a stepped grounding form was a treatment of dealing with the layered rainwater outflow， which could effectively alleviate the runningoff velocity and concentrated runoff. In the construction of the raincollecting facilities， the control indicators of sunken green spaces and biological detention facilities were relatively stable， and the green roofs varied greatly due to the different types of buildings in the residential areas.

Key words Sponge city;Raincollecting green space;Mountainous residential areas;SWMM model;Dali City

基金項目 云南省科技計劃項目（2017FD105）。

作者簡介 高境（1993—），男，云南宣威人，城鄉規劃師，碩士，從事城市綠地系統規劃研究。*通信作者，講師，碩士，從事城市綠地系統規劃研究。

收稿日期 2020-03-17;修回日期 2020-04-15

城市化問題引發的洪澇災害、城市雨洪已成為亟需解決的問題。基于我國海綿城市理念以及城市雨洪現狀開展集雨型綠地的研究和建設，是提升人居環境的重要措施，對于解決我國綜合城市雨洪問題具有重要意義[1-4]。

集雨型綠地建設的研究主要集中在北京、遷安等平原地區[5]，諸多學者[6-9]提出了居住區雨洪設施的研究，主要包括雨水花園的設計方法、植物配置等，綠色屋頂、下凹式綠地、透水鋪裝等設施的單體設計和組合模式。未涉及山地城市集雨型綠地的研究以及居住區集雨型綠地的定量分析。在眾多模型中，暴雨管理模型（storm water management model，簡稱 SWMM）是目前應用最成熟的模型[10]，且在小流域中具有良好的模擬精度與適用性[11-13]。筆者以大理市居住區為研究對象，針對山地居住區的綠地結構和特點，運用SWMM建立雨洪控制模型并模擬雨水徑流，通過對山地居住區雨水徑流的總結分析、集雨型設施的配比研究，以期為山地居住區集雨型綠地的建設提供指導，并為山地居住區的雨洪控制提供指導。

1 研究樣本概況與分析

1.1 研究樣本篩選

以《大理市城市綠地現狀調查報告》（2018年3月）確定的大理市建成區為研究區域，對區域內362個居住區的占地面積、綠地面積、綠地率、地形、居住區分級等數據進行統計篩選，條件相似的居住區選取其一，最終得到7個能代表大理市居住區類型、地形特征的研究樣本，詳見表1。

1.2 現狀集雨型設施概況

各居住區建筑屋頂都未進行綠色屋頂的建設，降雨經屋頂直接流入周邊綠地或通過排水管道流入綠地;水體是居住區內較好的集雨型設施，可作為雨水花園使用;部分綠地為下沉式綠地，對居住區內的雨水徑流有一定的集蓄量;排水明溝主要分布于道路兩側，但面積較少。現狀應用的集雨型設施為雨水花園、下沉式綠地和排水明溝等，詳見表2。

1.3 研究區域管控目標

根據《海綿城市建設技術指南》[14]中對年徑流總量控制率提出統一的要求，研究區域的年徑流總量控制率在Ⅱ區（80%≤α≤85%）。由于缺乏大理市年徑流總量控制率的設計降雨值，所以參考地理位置與氣候條件鄰近地昆明市的設計降雨值作為研究依據，在年徑流控制率在80%和85%的設計降雨值分別為22.0和26.8 mm。

2 研究方法

對研究區域進行現狀調查，通過對比分析各居住區的面積、綠地率、地形特征、建筑類型和居住區分級等。利用ArcGIS進行高程和坡度分析，篩選出能夠代表大理市山地特征的居住區樣本，并進行現狀分析;劃定居住區研究樣本的建筑、道路、綠地、水體等研究要素并進行分析;對研究樣本進行子匯水區概化、參數設定、暴雨情景設計以及集雨型設施參數設置;通過SWMM對研究樣本進行現狀條件下的暴雨情景設計;最后，構建集雨型設施模型，從而得到集雨型設施的控制參數配比。

3 SWMM模型構建及評估

3.1 高程及坡度分析

通過ArcGIS建立數字高程模型（digital elevation model，DEM）和數字坡度模型（digital slope mode，DSM）得到大理市下關地區的高程圖和坡度圖，各研究樣本的高程和坡度情況見表3。由表3可知，高程為1 967～2 076 m，坡度為0～21°，經換算得到坡度為0～38.39%，具有典型的山地居住區特征。

3.2 下墊面數據及分析

通過對照大理市城市地形圖及現狀調研，在ArcGIS軟件中繪制研究區的下墊面，將研究區下墊面分為綠地、水體、建筑和道路四大類，其中綠地按照《城市居住區規劃設計標準》（GB 50180—2018）[15]的居住區綠地分類方法，分為集中綠地和宅旁綠地。對研究樣本下墊面劃分，匯總計算得到各居住區的下墊面數據見表4。

3.3 SWMM模型構建 針對樣本的集雨型綠地研究是通過SWMM模型軟件建立集雨型綠地模型，主要研究在降雨模擬過程中場地內各子匯水區的地表產流和下滲情況，并對研究樣本進行開發前和開發后的數據對比和分析。

3.3.1 子匯水區概化及基本參數設定。

首先進行子匯水區概化及基本參數設定，子匯水區的劃分是按照雨水在場地內的實際匯流情況，將地表徑流就近地合理地分配到各類綠地和雨水管網的集水口中，使綠地和排水管網的入流量分配符合實際情況。研究樣本內的不透水面和透水面被劃分為不同子匯水區，形成有層次、有梯度的匯水設計，建筑屋頂、道路等不透水面為第一層級子匯水區，形成雨水徑流后流入綠地組成的第二層級子匯水區。

子匯水區類型、面積、坡度、不透水率經過實際測量得出，其他數據根據模型手冊設計參數，包括曼寧粗糙系數在不透水區和透水區為0.015和0.05、地表洼蓄量參數在不透水區和透水區為2.50和6.25 mm、土壤滲透系數在不透水區和透水區為90和15 mm/h，衰減常數為4.14 h-1。土壤滲透系數由土壤類型決定，居住區內的土壤類型主要為紅壤、高山草甸土、棕色針葉林土、黃棕壤等，根據SWMM模型手冊的土壤分類屬于B類型，即當整個濕潤時土壤具有中等下滲速率;主要包含中等深度到深度、中等良好到良好排水的土壤，具有中等粒度到中等粗糙組織。

3.3.2 暴雨情景設計。

降雨數據是模型創建重要的數據，此次研究的降雨數據根據中國市政工程西南設計院采用數理統計法編制的大理市下關地區的暴雨強度公式進行計算，并通過芝加哥雨型模擬降雨過程，得到降雨平均降雨強度和總降雨量在0.5 a降雨重現期下分別為9.349 mm/h和18.698 mm，1 a下分別為13.582 mm/h和27.164 mm，3 a下分別為20.284 mm/h和40.568 mm，5 a下分別為23.403 mm/h和46.806 mm，10 a下分別為27.633 mm/h和55.266 mm。

3.3.3 集雨型設施參數設置。

此次在居住區集雨型綠地研究中，以居住區內年徑流總量的控制為目標，根據居住區現狀情況選擇下沉式綠地、生物滯留設施、綠色屋頂3類集雨型設施，參考SWMM模型手冊中提供的各參數的建議值以及查閱相關文獻，確定此次研究中的集雨型設施不同單元層的各項參數，具體見表5。

3.3.4 模型構建。

下墊面、子匯水區概化、SWMM模塊參數、暴雨情景設計集雨型設施參數設置等模型準備工作完成后，在SWMM軟件中對研究區域進行模型構建（圖1），構建好的模型如圖1所示，總計107個匯水區、11個排放口，并分別進行現狀和集雨型設施開發模型的模擬。

3.4 現狀條件下情景模擬分析 對7個居住區的總徑流進行整理分析，列出各個居住區在現狀條件下不同重現期的雨水徑流模型中數據，包括總降雨量、總徑流量、總蒸發量、總下滲量、最終地表蓄水，經過計算得到了不同重現期（0.5 a、1 a、3 a、5 a、10 a）下的年徑流控制率。

參考昆明年徑流控制率在85%的設計降雨量為26.8 mm，選取對應的降雨重現期為1 a進行對比（表6）。對7個樣本的總徑流整理分析（圖2），對場地內影響地表徑流的綠地率、坡度、下墊面等因素進行評價分析，得到綠地率對場地內的雨水徑流影響最大，增加居住區綠地能夠有效提高居住區內雨水徑流的集蓄和消納能力;各樣本的坡度評價分析，在10.51%以下的坡度范圍內坡度對雨水徑流產生的影響較小，但隨著坡度的增大，雨水徑流增大;對于下墊面的評價分析，下墊面中道路和建筑的面積決定了居住區內的不透水面積，隨著不透水面積的增大，雨水無法下滲，徑流量增大。

3.5 集雨型設施效果評估

在研究樣本中，運用SWMM研究下沉式綠地、生物滯留設施、綠色屋頂3種較適于居住區的集雨型設施對于大理市居住區年徑流量的控制效果，構建集雨型綠地模型，為突出居住區中集雨型設施控制特點，在設計方案中將下沉式綠地和生物滯留設施控制在相對穩定的指標范圍內，反復調整，直至模型模擬結果達到控制目標值，最終得到了研究區域各居住區集雨型設施控制指標：下沉式綠地的占比為16.31%～19.53%，生物滯留設施的占比為8.22%～9.85%，綠色屋頂的占比為15.40%～32.61%。從控制指標可以看出，在居住區內集雨型設施所占的比例從大到小依次為綠色屋頂、下沉式綠地、生物滯留設施（表7）。

4 結論

（1）在居住區建設中，控制徑流影響因子，提升綠地建設，提高綠地率，合理利用若干子匯水區的雨洪利用和滯留滲透，可大幅度減少外排流量。在山地居住區中，將地形坡度控制在10.51%以下，設置階梯式的接地形式，將建筑層層升高，隨地形的起伏形成階梯狀布局形式，這種形式豐富了居住區內的空間組織，對雨水徑流分散處理，有效緩解徑流流速和集中徑流量，實現層級式雨水徑流處理，景觀形式也更加豐富。

（2）研究區域各居住區集雨型設施控制指標如下：下沉式綠地的占比為16.31%～19.53%，生物滯留設施的占比為8.22%～9.85%，綠色屋頂的占比為15.40%～32.61%。由于建筑類型的不同，綠色屋頂的配比差距較大，在平屋頂的建筑中綠色屋頂考慮承重、防水等因素后可以有效實現，但在坡屋頂建筑中綠色屋頂建設難度較大，這類居住區中綠色屋頂建設難以實現，盡可能通過綠地建設或管網擴徑來提高徑流控制能力。

參考文獻

[1] 張建云，宋曉猛，王國慶，等.變化環境下城市水文學的發展與挑戰——I.城市水文效應[J].水科學進展，2014，25（4）：594-605.

[2] 許有鵬.流域城市化與洪澇風險[M].南京：東南大學出版社.2012.

[3] 董曉峰，楊春志，劉星光.中國新型城鎮化理論探討[J].城市發展研究，2017，24（1）：26-34.

[4] 馬洪濤，周凌.關于城市排水（雨水）防澇規劃編制的思考[J].給水排水，2015，41（8）：38-44.

[5] 強健，CHEN J Q.北京推進集雨型城市綠地建設的研究與實踐[J].中國園林，2015，31（6）：5-10.

[6] 侯科龍，秦華，楊麗麗，等.居住區雨水花園建造方法探析[J].安徽農業科學， 2011，39（7）：4096-4098.

[7] 閻波，付中美，譚文勇.雨水花園與生態水池設計策略下城市住區水景的思考[J].中國園林， 2012，28（3）：121-124.

[8] 王向陽，彭茜.居住區雨水花園的植物配置與景觀設計[J].美術大觀，2014（6）：132.

[9] 余進.基于低影響開發理念的重慶市居住區雨水花園設計探討[D].雅安：四川農業大學，2016.

[10] 蔡凌豪.適用于“海綿城市”的水文水力模型概述[J].風景園林，2016（2）：33-43.

[11] 李霞，石宇亭，李國金.基于SWMM和低影響開發模式的老城區雨水控制模擬研究[J].給水排水，2015，41（5）：152-156.

[12] 胡偉賢，何文華，黃國如，等.城市雨洪模擬技術研究進展[J].水科學進展，2010，21（1）：137-144.

[13] 劉俊，郭亮輝，張建濤，等.基于SWMM模擬上海市區排水及地面淹水過程[J].中國給水排水，2006（21）：64-66，70.

[14] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建（試行）[M].北京：中國建筑工業出版社，2015.

[15] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.城市居住區規劃設計標準：GB 50180—2018[S].北京：中國建筑工業出版社，2018.