海綿城市雨水管控系統在LID 中的應用與研究

寧 波，王潔瑜，趙江鋒，霍云超，胡新宏，褚立波

（1.中電建路橋集團有限公司，北京 100048；2.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，陜西 西安 710065；3.中國水利水電第三工程局有限公司華中公司，陜西 西安 710024）

0 引言

隨著我國城鎮化進程的加快，城市不透水下墊面比率不斷增加，城市內澇、排水污染等現象愈發普遍，為應對日益嚴重的城市水問題，海綿城市建設應運而生[1]。而城市內澇治理方面的研究國外一些先進國家起步較早，并已形成一些治理模式，目前國際認可度較高的有最佳管理模式（Best Management Practies，BMP）[2]、低影響開發理念（Low Impact Development，LID）[3]、可持續排水系統（Sustainable Urban Drainage System,SUDS）[4]等，LID 作為一門新興的雨水管控技術，基于源頭治理理念，可有效削減雨水徑流量，減緩城市內澇壓力，在海綿城市建設中被廣泛借鑒和應用[5]。

我國對LID 措施的研究起步較晚，但在海綿城市建設熱潮的帶動下，國內學者對LID 措施的研究已取得一定進展。在水文效應方面，黃國如等[6]以深圳民治河流域為研究區，分析不同重現期下，LID 措施布設前后的徑流響應過程；劉力等[7]通過對比分析LID 措施布設前后的中型降雨致澇資料，定量分析西咸新區內澇點情況；王東等[8]基于SWMM 模型，模擬LID 措施半山區丘陵地帶的應用效果。在城市園林設計及規劃方面，黃磊等人基于LID 理念，對無錫園林植物景觀針對性發展進行分析[9]；還有其他業界學者對低影響開發模式下居住小區、校園、城市道路的景觀設計進行研究[10-12]。

低影響開發措施的效果評估是一個長期的過程，隨著大數據時代的到來，建設信息數字化、控制自動化、決策智能化的城市雨水管控系統將是海綿城市建設的重要環節[13]，然而目前海綿城市雨水管控系統建設的研究還相對較少。

本文對海綿城市雨水管控系統在低影響開發中的應用展開研究，分析城市雨洪模型中低影響開發措施的可視化原理，論述海綿城市雨水管控系統中BIM+GIS 與LID 結合后的優勢，有助于海綿城市雨水管控系統的應用及推廣，同時推動我國海綿城市的建設進程。

1 基于城市雨洪模型的LID 措施調控模擬可視化

LID 措施作為海綿城市的重要措施之一，城市雨洪模型進行海綿城市模擬時，實現LID 措施調控的可視化模擬顯得尤為重要。目前常用的城市雨洪模型均能進行LID 調控的模擬，比如SWMM模型的LID 調控模塊，MIKE URBAN 通過加載SWMM引擎來實現LID 的模擬。而絕大多數城市雨洪模型則是通過設置不同的參數來實現不同LID 措施的模擬，本文以SWMM 模型為例，論述LID 措施在模型中調控模擬的可視化應用。

（1）LID 調控模擬的參數分類

在SWMM模型中，LID 調控參數被分為必需參數與可選參數，并且依據參數特性，將這些參數劃分到在地表層、路面層、土壤層、蓄水層、暗渠五個所在層。進行LID 模擬時只需依據相應的LID 措施的特性，設置五個圖層中需要的參數即可。以典型的LID 措施生物滯留池、透水路面、綠色屋頂、下凹式綠地為例，不同LID 措施在各層中的分布情況見表1。

表1 LID 措施在不同所在層中的分布情況

（2）LID 調控模擬的參數確定

低影響開發措施在國內已有應用先例，也有部分學者對各措施的參數取值進行研究[14-15]，參照之前學者的研究成果與模型用戶手冊，結合當地實際情況，確定生物滯留池、透水鋪裝、綠色屋頂、下凹式綠地四項典型措施的的參數取值，見表2。

表2 典型LID 措施參數值

（3）LID 調控模擬的可視化

設置完成不同LID 措施的參數，即在模型中完成不同LID調控模塊的構建，結合研究區實際情況，將LID 模塊加載到對應的子匯水分區模塊中，由于該子匯水區不一定全面布設LID措施，模型中可以通過填充的不同來將LID 措施在該區域的應用占比進行可視化展示，見圖1。

圖1 LID 可視化示意圖

2 基于GIS+BIM 的LID 低影響開發管控可視化

本文提出基于GIS+BIM 的LID 低影響開發海綿城市雨水管控系統，GIS（Geographic Information System，地理信息系統）主要用于海綿城市建設的宏觀區域，包括基礎地理數據、LID 措施規劃信息、海綿設施改造前后、地下管線改造前后、道路系統、房屋建筑等；同時，結合BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術應用于LID 措施的工程信息以及建筑空間、水暖等全專業信息。該系統為海綿城市工程建設提供LID 措施管控可視化手段及海綿建設前后的效果評估。

（1）LID 措施“一張圖展示”

將研究區域按照工程需求劃分子匯水區，并通過不同顏色的高亮分別表示不同LID 措施，同時可查看不同措施的工程信息，為后期雨水管理措施的整體布局提供可視化依據。LID 措施“一張圖展示”見圖2。

圖2 LID 措施“一張圖展示”

（2）LID 管控可視化模擬

系統結合SWMM模型可視化模擬該區域處于低影響開發前和分別布設不同LID 組合方案下在一定降雨強度下對雨水水量和水質的管控凈化能力，同時對其綜合徑流系數進行評估分析。LID 管控可視化模擬見圖4。

圖4 LID 管控可視化模擬

（3）LID 全生命周期管理

系統涉及LID 措施全生命周期工程清單分析管理，根據不同LID 措施的不同階段分別進行過程動態管理，包括使用年限、物料統計、使用狀態等，按照產生的環境影響進行評估，如聯動獲取海綿監測設施設備所得到的監測大數據來計算不同措施的污染物質減排結果、雨水滲透情況等，并將其作為效果評價依據。

圖5 LID 全生命周期管理

3 結論

本文通過對海綿城市雨水管控在低影響開發中的應用研究，將LID 措施建設過程中實現動態可視化管理，同時根據LID 措施模擬預測的結果來指導分析評價海綿城市建設前后效果，進一步加強城市雨水管控的力度，推動海綿城市工程建設。