關于對海綿城市建設評估的研究、設計研究

劉文焱

中鐵第五勘察設計院集團有限公司 天津 300110

2019年開展試評估工作，2020年開展正式評估，為國務院提供階段性工作答卷，初步搭建海綿城市建設監管平臺，2021年繼續開展評估，完成搭建海綿城市建設監管平臺，建立常態化、標準化的評估機制，以保證2030年為國務院提供最終的工作答卷。

本次研究將監測評估與模擬評估相結合，對海綿城市建設效果的評估總結經驗，分析評估效果，從而優化評估方法和LID技術的應用。

1、概述

國內外研究方面，對于海綿城市理念中低影響開發設施緩解城市暴雨內澇的評估采用監測法。評估試點區域的效果評估，模型模擬法是結合相似和周邊地區的試點經驗，根據區域基礎資料，確定模型中的參數，分析區域現狀情況，創建模擬條件，包含區域降雨量信息、污染情況等，執行模擬后得出試點區域的年外排水量和管道水質。

2、海綿城市評估方法及其應用研究的內容

海綿城市徑流控制評估效果中，針對監測法、模型模擬法，存在著模型模塊參數設計教條化、模擬的精度不夠，監測點位的設計不合理、缺乏針對性，實際應用缺乏經驗化等問題，在評估模型中對片區進行系統化監測，識別并優化關鍵海綿設施參數；監測法和模型模擬法相互配合相互補充，進而對評估流程進行研究，并以天津健康產業園體育基地為例，開展該方法的應用研究。

（1）監測網絡的系統化構建

分析監測網絡系統化構建的思路與流程，研究在監測網絡中監測點位的布置原則及方法，結合天津健康產業園體育基地內徑流控制效果，評估基礎數據及布設監測點位。

（2）關鍵參數的識別與優化

在HYSWMM 模型中識別關鍵海綿設施參數，探究其研究取值方法；對綠色屋頂、生物滯留帶和透水鋪裝等海綿設施參數，優化高靈敏度參數，結合實際降雨數據率定其取值方法。

（3）對徑流控制指標評估的應用研究

對監測法與模型模擬法之間的配合方式、評估流程進行研究，以天津健康產業園體育基地二期工程為例，對其徑流控制效果進行評估，探究監測網絡構建方法及參數取值方法的可行性，提出改善建議。

3、海綿城市理念下市政排水系統模型模擬

選擇和組合雨水低影響開發利用技術，通過分散的、小規模的源頭控制機制和設計來達到暴雨所產生的徑流和污染的控制，指標化定量落地布局分類雨水開發利用技術，因地制宜設置LID優化模塊，將開發水文特征與開發前的目標相接近，構建城市雨水“海綿系統”。

（1）需滿足《海綿城市建設技術指南-低影響開發雨水系統構建（試行）》規定的相關建設目標考核要求，組合設置各類LID設施，在削減雨水徑流量上有一定的示范作用。

（2）通過合理組合布局，反復優化LID設施布置，達到目標要求。

（3）在新建區域和開發場地中，LID設施并非必須應用于所有下墊面中；針對某一下墊面，建設一定比例的LID設施即可。

4、模型模擬的驗證與評估

（1）監測網絡構建流程

1）收集區域現狀資料

針對天津健康產業園基地二期工程項目內區域進行調研，掌握區域海綿城市建設的目標和指標，確定整體控制目標。結合各排水分區、用地地塊的類型、面積等數據，分解徑流指標至各排水分區和待建地塊。對場次徑流總量控制率、設計降雨量、場次徑流污染削減率等進行徑流指標的分解。

2）分析基礎數據需求

首先要掌握雨水管網的布設方式、管網走向及管網之間的銜接方式等信息，研究各地塊的用地類型、各海綿設施布設比例、位置及布設方式等數據，然后對徑流指標監測點位進行布置，再各地塊坡度、面積、排水分區的分界線等進行了解分析，對雨水管網、用地規劃、高程圖等基礎數據進行耦合、提取分析。

3）布置監測點位

根據現狀管網、用地規劃，掌握管網節點與海綿設施、建設地塊、排水分區之間的關系，結合“源頭-過程-末端”三個層級監測點位的布置原則和布置方法，從眾多管網節點中篩選出有代表性的、可以系統化、全面評估海綿城市徑流控制效果的監測點位，組成監測網絡。

4）提取基礎數據

評估基礎數據包括海綿設施、地塊或排水分區的面積、坡度、最大漫流長度等數據。

（2）模型模擬評估與監測評估的考核結果分析

在不同重現期降雨條件下，分別對各方案中的道路積水情況、雨水外排量、建筑物淹水情況、年徑流總量控制率進行評估，對各方案指標達標情況進行評估。

1）管網排水能力

場地內雨水管網設計標準為3年重現期，通過前一階段的模型模擬分析，在3年一遇180min暴雨強度下，部分管道出現有壓流，地表無積水地塊，認為排水管網滿足設計指標要求。但是在更強降雨如5年及以上一遇180min降雨條件下，低勢地塊和道路出現局部積水，在低影響開發模式下，通過合理設置LID模塊，模擬結果顯示在10年一遇暴雨強度下，地表不存在積水地塊及道路，說明LID措施能夠提高管網應對較強降雨能力。

2）考核目標評估

構建模型后，分別對雨水外排徑流系數、年徑流總量控制率、內澇風險情況、雨水外排量進行模擬分析。

A.年徑流總量控制模擬

根據《海綿城市建設技術指南-低影響開發雨水系統構建（試行）》中相關規定，天津市75%年徑流總量控制率對應設計降雨量為25.0mm，可以選擇降雨量接近或等于25.0mm的實測降雨來進行模擬。

按降雨量為25mm，降雨歷時為3小時模擬，結果顯示沒有雨水外排，說明所有的降雨小于25mm都能得到控制，即年徑流總量控制率達標。

湖體本身調蓄量加上下凹式綠地調蓄量，足夠消納湖體服務范圍內的全部降雨。區域在設置LID措施后，能夠有效應對小強度降雨，對區域達標影響很大。

B.雨量徑流系數及外排流量

根據監測點顯示，實測期間，降雨量小于25mm，外排量為0m3，外排流量達標，且與模型模擬結果一致。

2018年實測期間，湖體實際調蓄容積為2912m3，收水面積32公頃，雨量徑流系數為0.41。雨量徑流系數達標。

C.內澇風險情況分析

分析區域淹沒模擬結果，發現在3-10年一遇180min降雨條件下，無積水，2018年實測數據顯示研究范圍內無積水。在50年一遇180min降雨條件下，部分地塊出現積水，積水地點主要集中在南側道路地帶，積水深度從0.05~0.15m不等。100年重現期條件下，區域內主要出現2個積水點（超過15cm的），最大積水深度25mm。即在小強度降雨條件下，雨水能夠消納，無內澇風險，在強降雨條件下，區域內局部會出現積水點。通過海綿措施的布置，能顯著降低內澇風險，保證水安全。

5、結束語

利用鴻業城市暴雨排水和低影響開發模擬系統（HYSWMM）對基于海綿城市建設理念進行設計的建設方案進行模擬評估，對比海綿城市考核的相關目標達標情況，考慮到模型模擬的非現實性，為提高模擬研究的真實性、準確性，使模型真正合理運用于生產實踐，本次研究通過實況調研方式獲取的實際監測數據為檢測模型的數據源，通過模擬與實際情況的對比，總結模型模擬的適用性和局限性，提高研究水平。