基于SWMM的海綿校園低影響開發技術方案研究

摘要：校園海綿化改造是海綿城市建設的重要組成部分，能夠緩解城市內澇，高效利用校園內部水資源，實現可持續發展。以臨沂市某學校為例，運用暴雨洪水管理模型（Storm Water Management Model，SWMM）研究校園海綿化改造方案，評估低影響開發（Low-Impact Development，LID）技術方案的應用效果。其間通過分析校園環境的水文特征，提出4種LID設施布設方案，并利用SWMM模擬其在不同暴雨重現期下的水文響應。研究結果顯示，單LID設施方案中，綠色屋頂對地表徑流的削減率最大，下凹式綠地對徑流峰值的削減能力最大；LID設施組合方案是減少徑流和峰值流量的最有效方案。研究成果為海綿校園建設和LID技術在實際應用中的優化提供理論支持和實踐參考。

關鍵詞：海綿校園；暴雨洪水管理模型（SWMM）；低影響開發（LID）；校園水資源管理

中圖分類號：TU992 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）02-00-04

23

Research on Low-Impact Development Technology Scheme for Sponge Campus Based on SWMM

WANG Jie， ZHANG Xin， LIU Yanfei， ZHANG Yu， LIU Jian

（SAES Environmental Engineering Co.， Ltd.， Jinan 250100， China）

Abstract： Campus sponge transformation is an important component of sponge city construction， which can alleviate urban waterlogging， efficiently utilize water resources within the campus， and achieve sustainable development. Taking a school in Linyi city as an example， the Storm Water Management Model （SWMM） is used to study the campus sponge transformation plan and evaluate the application effect of Low-Impact Development （LID） technology scheme. Meanwhile， by analyzing the hydrological characteristics of the campus environment， four LID facilities layout schemes are proposed， and the SWMM is used to simulate the hydrological response under different rainstorm return periods. The research results show that in the single LID facility scheme， green roofs have the highest reduction rate of surface runoff， and sunken green spaces have the greatest ability to reduce peak runoff; the LID facility combination scheme is the most effective solution to reduce runoff and peak flow. The research results provide theoretical support and practical reference for the construction of sponge campuses and the optimization of LID technology in practical applications.

Keywords： sponge campus; Storm Water Management Model （SWMM）; Low-Impact Development （LID）; campus water resource management

隨著全球城市化的快速推進，城市水資源管理和環境保護面臨日益嚴峻的挑戰，極端降雨事件引發的洪澇災害導致重大的生命財產損失，在我國，城市內澇頻繁造成巨大的危害[1]。傳統的城市排水系統已經難以滿足城市快速發展的需求，為緩解城市內澇現象，維護人民生命財產安全，我國大力推進“海綿城市”建設。海綿校園作為海綿城市理念在校園環境管理中的創新實踐，不僅能夠實現校園內部水資源的高效利用，還可體現城市規劃與建設的可持續發展理念。低影響開發（Low-Impact Development，LID）技術作為海綿校園建設的重要途徑，主要從源頭、中途和末端3個方面緩解城市內澇。目前，LID已成為促進我國海綿城市建設、緩解城市內澇的主要技術手段。高校校園作為城市不可或缺的功能密集型載體，已有大量研究將LID技術應用于校園海綿化改造，以期加強雨水管理，提高城市抵御氣候變化影響的能力和穩定性。清華大學勝因院雨水花園改造項目將各種雨水管理設施的功能與景觀設計結構巧妙融合，有效緩解區域內澇問題[2]。王宗圣等[3]運用暴雨洪水管理模型（Storm Water Management Model，SWMM）模擬不同降雨重現期條件下LID措施對徑流總量和峰值的削減率，研究結果表明，相較于單一措施，多種LID措施組合應用的方案在雨水徑流管理方面展現出更顯著的成效。下面利用SWMM模擬臨沂市某學校校園海綿化改造效果，分析不同降雨重現期下LID措施方案對徑流水量的控制成效，旨在為華東地區高校校園建立低影響的海綿化建設方案提供理論依據和實踐參考。

1 研究區概況

1.1 基礎資料

該學校位于臨沂市海綿城市管控分區10號區域，結合校園具體情況，制訂具有高校特色的海綿化校園改造技術措施，提高對雨水的滲透、調蓄、凈化、利用和排放能力，可持續發揮學校片區的海綿功能。選取的A生活區占地面積廣闊，是校園內人口密集的主要區域。這一區域擁有集中的學生宿舍、多樣化的食堂和商鋪，是學子購物、娛樂和休閑的重要場所。區域人口密集，日?；顒宇l繁，其水文環境、排水系統負荷和生態環境承載壓力較大，進行海綿化校園改造顯得尤為必要。

1.2 面臨問題

A生活區主要由建筑物、不透水路面和綠地組成。經實地調研，該生活區主要存在3種問題。一是多數綠地或綠化帶高于人行道和硬化路面。二是校園建筑大多采用平樓頂設計，這種形式在雨后排水方面并不盡如人意。積水殘留會導致裂隙滲漏，不僅浪費寶貴的雨水資源，還會縮短樓頂的使用壽命。三是校園道路多為硬化路面，缺乏有效的自然排水系統，導致雨水徑流和洪澇風險增加。

2 SWMM建立

2.1 研究區模型概化

根據該學?？傮w規劃平面圖、雨水管網系統圖和地面標高等資料，在SWMM中，以規劃的雨水管網及學校的區域道路布置為劃分的基礎，將CAD軟件獲得的管網數據作為參考，手動將研究區域分割為7個子匯水區，包含21個雨水管網節點和10個雨水管網管段，使各子匯水區雨水能就近排入雨水管道。研究區概化圖如圖1所示。

2.2 降水資料

臨沂市屬溫帶季風氣候區，年平均氣溫為11.8～13.3 ℃，年平均降水量、蒸發量分別約為871.97 mm和839.00 mm[4]。降水量在時空分布上極不均勻，冬夏差異懸殊，主要集中在汛期（6—9月）。結合芝加哥雨型模型，采用式（1）計算臨沂市暴雨強度[5]，然后將計算得到的基礎降雨過程數據導入SWMM。其中，降雨持續時間為120 min，設計暴雨重現期分別為2、5、10、20 a，退水時間為1 h，模擬總時長為3 h，時間間隔為5 min。

（1）

式中：q為設計暴雨強度，Ｌ/（s·hm2）；P為設計暴雨重現期，a；t為降雨歷時，min。

2.3 模型參數設置

模型參數的設置需要充分考慮研究區的基本情況，包括調研和實測資料、《SWMM用戶使用手冊》的經驗值和相關文獻[6]的取值。最大入滲率、最小入滲率分別為76.2、3.3 mm/h，入滲衰減系數為4 h-1，不透水區、透水區曼寧系數分別為0.011、0.200，不透水區、透水區洼地蓄水量分別為2、6 mm。

3 低影響開發技術方案

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）》和相關參考文獻[7-9]的指導，結合場地現有條件，以“源頭控制、客水引流、中途滯蓄、末端排放”為規劃思路，選取下凹式綠地、透水鋪裝和綠色屋頂3種海綿設施，基于消納、截留與利用策略來構建海綿校園方案模型。在構建海綿校園過程中，SWMM通過在各個子匯水區添加LID設施來實現這一目標。根據海綿校園改造方案，LID1方案為布設LID設施面積與匯水區域面積比例為25%的下凹式綠地；LID2方案為布設20%透水鋪裝；LID3方案為布設23%綠色屋頂；LID4方案為同時采用3種措施進行布設，改造比例為68%。LID設施布置參數如表1所示。

4 模擬結果與評估

在SWMM中，降雨形成的徑流首先經過區域下墊面和LID設施的滲透、截留及蒸發作用，其余徑流理論上全部經雨水管網匯集到雨水排口[10]。因此，結果主要參考各個管網排口的徑流量，所有排口徑流量相加即為徑流總量。為確定不同LID設施在不同面積占比下對徑流量的削減效果，對實施改造方案前后的數據進行分析，得到削減率。

4.1 地表徑流削減能力

由表2可知，4種LID改造方案運用多樣化的人工強化技術來調控地表徑流，涵蓋滲透、蓄存及蒸發等手段。隨著重現期的延長，降雨強度亦增強，設施內部的蓄水容量逐漸飽和，達到最大滯蓄能力。在此情境下，4種方案對雨水徑流的調控效能均呈現遞減趨勢。其中，LID4方案對徑流量的削減效果最好，削減率在各個重現期內均可高于50%；相較于LID1方案，LID3方案在降低徑流量方面展現出輕微的優勢，其具備較高的滯蓄效能，這揭示設施內部蓄水層的厚度對于提升滯蓄能力具有更為顯著的影響。相比之下，LID2方案在控制徑流量方面表現最差，外排流量削減率最高僅為17%。

4.2 徑流峰值削減能力

降雨重現期為2 a時，LID2方案、LID3方案和LID4方案對峰值流量的削減效果最佳。但是，隨著降雨重現期的增加，LID措施對峰值流量的控制效果呈現逐漸降低的趨勢，在重現期為5、10、20 a時，控制效果均明顯下降。LID1方案在削減徑流峰值方面的獨立效能最為顯著，削減能力先增加后僅有微小下降；LID3方案在削減徑流峰值上也展現出較為優越的性能，這一現象的原因是下凹式綠地和綠色屋頂擁有更優秀的雨水蓄留和緩釋能力，能夠有效地延緩雨水流動。另外，隨著降雨強度的提升，同時施用

3種LID措施的方案在減少徑流量方面的效果均有所下降，但LID4方案在削減徑流峰值方面仍表現出良好性能。綜上所述，LID4方案綜合運用3種LID措施，實現良好的徑流控制效果。相比之下，LID3方案在削減學校地表徑流方面好于LID1方案；而在峰值徑流控制方面，LID1方案優于LID3方案；LID2方案則在徑流量削減率和峰值削減率上均呈現出最低水平。

5 結論

以學校為例，利用SWMM軟件模擬其在不同暴雨重現期下的水文響應，研究4種LID設施布設方案對徑流的影響。結果表明，4種LID方案均能通過滲透、蓄積及調節雨水，有效削減徑流量、峰值流量，實現海綿校園倡導的自然蓄存及自然滲透功能。這一措施可以優化校園排水系統，減輕校園內澇。根據

4種LID方案對地表徑流的調控效果，LID4方案最佳，LID3方案和LID1方案效果居中，LID2方案最差。單LID設施方案中，綠色屋頂對地表徑流的削減率最大，下凹式綠地對徑流峰值的削減能力最大；透水鋪裝的蓄水能力較低，徑流削減效果不理想。LID設施組合方案是減少徑流和峰值流量的最有效方案。合理配置的LID技術能顯著減少徑流峰值，改善降水過程的水文延遲，有效控制雨洪問題，同時提升校園內部的水資源利用率。海綿化校園改造不僅符合當代城市可持續發展的趨勢，也是應對氣候變化和城市化快速發展帶來的環境挑戰的有效途徑。建議在校園內人口密集的主要區域合理布設綠色屋頂、下凹式綠地等組合設施，有效減輕校園積水、內澇等問題，提升校園景觀環境，提高師生幸福度及滿意度。

參考文獻

1 趙超輝，萬金紅，張云霞，等.城市內澇特征、成因及應對研究綜述[J].災害學，2023（1）：220-228.

2 Luo P，Yan P，Wang X，et al.Historical and comparative overview of sponge campus construction and future challenges[J].Science of the Total Environment，2024（1）：167477.

3 王宗圣，宋軍軍，劉佩貴，等.基于暴雨管理模型模擬的校園低影響開發措施效果評價[J].工程與建設，2023（1）：9-14.

4 朱登元，英戰勇.臨沂大學中央綠地海綿城市道路設計研究[J].臨沂大學學報，2020（3）：137-144.

5 Shao Y，Zhao J，Xu J，et al.Application of rainfall-runoff simulation based on the NARX dynamic neural network model[J].Water，2022（13）：2082.

6 朱芳琳，唐秀霞，丁 玥，等.低影響開發措施對大尺度區域雨洪控制效果的研究[J].青島理工大學學報，2023（1）：93-100.

7 Li J，Yao Y，Ma M，et al.A multi-index evaluation system for identifying the optimal configuration of LID facilities in the newly built and built-up urban areas[J].Water Resources Management，2021（7）：2129-2147.

8 Liu H.Conceptual planning and design of sponge campus -- taking the south campus of Puwan Campus of Dalian Vocational and Technical College as an example[J].IOP Conference Series （Earth and Environmental Science），2020（1）：12004.

9 Luo P，Yan P，Wang X，et al.Historical and comparative overview of sponge campus construction and future challenges[J].The Science of the Total Environment，2024（1）：907.

10 劉 暢.基于初雨徑流控制的LID技術系統評估與數值模擬優化[D].南京：東南大學，2022.

收稿日期：2024-12-10

作者簡介：王杰（1988—），男，山東嵐山人，碩士，高級工程師。研究方向：環境工程。