林辰松 董宇翔 陳泓宇 李雄

隨著城市化進(jìn)一步發(fā)展，近年來極端天氣發(fā)生情況大幅增加[1]，城市內(nèi)澇頻發(fā)[2]，綠地作為城市中面積最大、吸水率最高的“海綿”[3]，對(duì)于城市雨洪管理具有重要意義。集雨型綠地是指通過因地制宜安排雨水利用設(shè)施即低影響開發(fā)（low impact development，簡稱LID）設(shè)施，在一定降雨量內(nèi)消納綠地自身或外部雨水徑流的綠地[3]。中國學(xué)者開展了一系列關(guān)于集雨型綠地的研究和實(shí)踐[4-6]，對(duì)集雨型綠地的設(shè)計(jì)方法提出了建設(shè)性的意見。在集雨型綠地設(shè)計(jì)過程中，LID設(shè)施的布設(shè)是十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，LID設(shè)施的規(guī)模是最重要的設(shè)施變量之一[7]，直接影響集雨型綠地的雨洪控制效率和建設(shè)成本，但目前集雨型綠地設(shè)計(jì)過程中，LID設(shè)施的布設(shè)方法存在較大局限性。

首先，LID設(shè)施設(shè)計(jì)目標(biāo)單一，布設(shè)LID設(shè)施時(shí)應(yīng)當(dāng)權(quán)衡多個(gè)方面，如環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益應(yīng)統(tǒng)一量化[8]，而目前多數(shù)研究僅關(guān)注單一的徑流控制目標(biāo)[9]，保守方案導(dǎo)致了不必要的成本浪費(fèi)[10]；其次，LID設(shè)施布設(shè)效率低下，目前僅有少數(shù)研究基于前期估算確定LID設(shè)施規(guī)模[11]，多數(shù)研究先主觀劃定LID設(shè)施的規(guī)模和布局，再進(jìn)行效能驗(yàn)算[5-6,12]，進(jìn)行多次試錯(cuò)完成LID設(shè)施設(shè)計(jì)，這種方法大大降低了LID設(shè)施布設(shè)效率；最后，模擬計(jì)算和設(shè)計(jì)建模軟件銜接存在困難。根據(jù)設(shè)計(jì)方案重新構(gòu)建可靠的雨洪管理模型（storm water management model，簡稱SWMM）較為煩瑣且準(zhǔn)確性差[13]，加之設(shè)計(jì)過程中的頻繁修改，雨洪模擬難度進(jìn)一步加大。

為了解決以上問題，改進(jìn)現(xiàn)有集雨型綠地設(shè)計(jì)方法刻不容緩。本研究提出一種基于參數(shù)化建模平臺(tái)Grasshopper的集雨型綠地LID設(shè)施規(guī)模確定方法，利用NSGA-II算法對(duì)LID設(shè)施規(guī)模組合的徑流峰值目標(biāo)和成本目標(biāo)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)選，為集雨型綠地的LID設(shè)施規(guī)模設(shè)計(jì)提供更為科學(xué)的定量依據(jù)。

由于風(fēng)景園林設(shè)計(jì)方案改動(dòng)頻繁，模擬計(jì)算平臺(tái)和設(shè)計(jì)建模軟件間的障礙大幅降低工作效率，本研究通過在Grasshopper中導(dǎo)入SWMM計(jì)算引擎并搭建多目標(biāo)優(yōu)選系統(tǒng)，確保方案的改動(dòng)可以實(shí)時(shí)反饋于LID設(shè)施布局和規(guī)模設(shè)計(jì)，從而建立更高效的工作流程。

LID設(shè)施規(guī)模的確定需要涉及多個(gè)目標(biāo)，傳統(tǒng)方法難以權(quán)衡各目標(biāo)之間的關(guān)系，且效率低下。本研究引入多目標(biāo)優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化，NSGA-II算法是一種帶精英決策的非支配排序遺傳算法，在尋求考慮多個(gè)目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解方面具有更好的收斂性[14]，可以更加快速獲得最優(yōu)解。相關(guān)研究[15]表明NSGA-II算法在解決給排水系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化問題時(shí)是一個(gè)較好的選擇，學(xué)者們?cè)谙嚓P(guān)領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)行了一系列實(shí)踐[16-17]，證明了NSGA-II算法用于LID設(shè)施布設(shè)的可行性。

1 研究方法

1.1 研究方法概述

為探索適用于綠地設(shè)計(jì)工作的LID設(shè)施規(guī)模優(yōu)化方法，本研究引入多目標(biāo)優(yōu)化算法NSGA-II用于確定LID設(shè)施規(guī)模：首先，將LID設(shè)施建設(shè)成本和雨洪控制能力設(shè)置為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；其次，在參數(shù)化設(shè)計(jì)建模軟件Grasshopper中搭建規(guī)模優(yōu)化平臺(tái)；最后，將LID設(shè)施規(guī)模作為決策變量進(jìn)行規(guī)模優(yōu)化求解。

1.2 設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)

為了在提升LID設(shè)施雨洪控制能力的基礎(chǔ)上盡可能地減少LID設(shè)施建設(shè)成本，設(shè)置2個(gè)目標(biāo)函數(shù)為成本目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)LID設(shè)施布設(shè)面積和各類型LID設(shè)施估算單價(jià)[18]，計(jì)算LID設(shè)施規(guī)模組合的總建設(shè)成本（公式1），求取該建設(shè)成本的最小值。

f2為雨洪控制效果函數(shù)（公式2），根據(jù)實(shí)際情況及相關(guān)文件指標(biāo)要求[18]，確定能夠評(píng)估雨洪控制效果的具體指標(biāo)作為函數(shù)值，求取雨洪控制效果函數(shù)的最大值。

目標(biāo)函數(shù)相應(yīng)表達(dá)式可以概括如下：

式中：m為可以布設(shè)LID設(shè)施的總位置個(gè)數(shù)；n為可以布設(shè)LID設(shè)施的總個(gè)數(shù)；Cij為j類型LID設(shè)施在子流域i中每平方米的建設(shè)成本（元）；Sij為j類型LID設(shè)施在子流域i中的建設(shè)面積（m2）；SCLID為布設(shè)LID設(shè)施后能夠衡量場(chǎng)地雨洪控制效果的指標(biāo)數(shù)值，選用的指標(biāo)涵蓋徑流總量削減量指標(biāo)、徑流峰值削減量指標(biāo)、TSS削減量指標(biāo)及其他指標(biāo)，需要根據(jù)場(chǎng)地具體情況選取適宜指標(biāo)作為雨洪控制效果計(jì)算依據(jù)。

由于LID設(shè)施類型、布局位置及規(guī)模受制于各子匯水區(qū)下墊面類型及面積，須根據(jù)各子匯水區(qū)用地情況設(shè)置LID設(shè)施規(guī)模約束條件，本研究按照實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和具體子匯水區(qū)各類型下墊面比例設(shè)定各類LID設(shè)施規(guī)模約束條件。

1.3 搭建規(guī)模優(yōu)化平臺(tái)

為了配合集雨型綠地設(shè)計(jì)工作流程，本研究利用Grasshopper結(jié)合Cpython插件[19]、Wallacei X插件[20]完成了整個(gè)優(yōu)化平臺(tái)的搭建。規(guī)模優(yōu)化平臺(tái)將根據(jù)LID設(shè)施規(guī)模變量完成各個(gè)目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算，并通過多目標(biāo)優(yōu)化算法完成優(yōu)選。其中成本目標(biāo)函數(shù)可以直接在Grasshopper內(nèi)完成計(jì)算，雨洪控制效果函數(shù)需要調(diào)用SWMM計(jì)算引擎進(jìn)行計(jì)算。

整個(gè)平臺(tái)分為5個(gè)部分，其中LID設(shè)施定義模塊和布局模塊用于編輯涵蓋決策變量的LID設(shè)施基本參數(shù)，雨洪控制效果函數(shù)模塊和成本計(jì)算模塊用于根據(jù)基本參數(shù)計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值，算法優(yōu)化模塊用于挑選最優(yōu)規(guī)模組合。

各模塊具體作用如下：1）LID設(shè)施定義模塊，用于編輯各個(gè)類型的LID設(shè)施，并將其各層次參數(shù)寫入SWMM引擎輸入文件（.INP），以便進(jìn)行雨洪控制效果目標(biāo)函數(shù)計(jì)算；2）LID設(shè)施布局模塊用于將各個(gè)類型的LID設(shè)施布局到不同的子匯水分區(qū)中，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，在該模塊中LID設(shè)施的面積參數(shù)設(shè)置為決策變量；3）雨洪控制效果函數(shù)模塊用于將LID設(shè)施信息寫入SWMM計(jì)算引擎輸入文件，并調(diào)用SWMM計(jì)算引擎對(duì)輸入文件進(jìn)行模擬，調(diào)用模擬結(jié)果，作為雨洪控制效果函數(shù)的函數(shù)值；4）成本目標(biāo)函數(shù)模塊用于根據(jù)各LID設(shè)施面積和建設(shè)成本單價(jià)計(jì)算LID設(shè)施建設(shè)成本；5）算法優(yōu)化模塊——利用NSGA-II算法對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行排序優(yōu)選。

1 NSGA-II算法流程圖Flow chart of NSGA-II algorithm

2 項(xiàng)目概念設(shè)計(jì)平面圖Project conceptual design plan

3 淹沒區(qū)分析結(jié)果及LID設(shè)施布置Analysis results of submerged areas and LID facilities layout

1.4 進(jìn)行規(guī)模優(yōu)化求解

本研究采用NSGA-II算法完成規(guī)模優(yōu)化計(jì)算，NSGA-II算法通常用于尋求考慮多個(gè)目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，在處理水系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化問題上具有較好的表現(xiàn)。該部分包括優(yōu)化前處理和優(yōu)化計(jì)算2個(gè)步驟。

為了使LID設(shè)施的規(guī)模優(yōu)化結(jié)果更加合理且能夠用于工程實(shí)踐，在進(jìn)行LID設(shè)施優(yōu)化計(jì)算前需要完成一系列處理工作，涵蓋場(chǎng)地功能規(guī)劃設(shè)計(jì)和豎向設(shè)計(jì)、子匯水區(qū)劃分、LID設(shè)施布置、LID設(shè)施規(guī)模約束等內(nèi)容。

本研究按照以下原則完成優(yōu)化前處理。1）場(chǎng)地功能規(guī)劃設(shè)計(jì)和豎向設(shè)計(jì)：根據(jù)場(chǎng)地人群分析和確定場(chǎng)地功能分區(qū)、總體規(guī)劃和山水空間結(jié)構(gòu)，完成場(chǎng)地的豎向設(shè)計(jì)。2）子匯水區(qū)劃分：根據(jù)豎向設(shè)計(jì)結(jié)果完成場(chǎng)地地形建模，根據(jù)匯水路徑分析結(jié)果劃定子匯水分區(qū)。3）LID設(shè)施布置：根據(jù)淹沒區(qū)分析結(jié)果，結(jié)合子匯水區(qū)下墊面類型進(jìn)行LID設(shè)施的布局。4）SWMM概化：為了調(diào)用SWMM引擎完成雨洪控制效果函數(shù)的計(jì)算，需要將LID設(shè)施的定義、布局信息錄入SWMM的輸入文件，便于后續(xù)計(jì)算。完成處理后利用NSGA-II算法進(jìn)行LID設(shè)施規(guī)模優(yōu)選（圖1）。

2 算法應(yīng)用與驗(yàn)證

為證實(shí)LID設(shè)施規(guī)模優(yōu)化方法的可行性，本研究將其應(yīng)用于南陽院士小鎮(zhèn)集雨型綠地設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，并將其優(yōu)化結(jié)果和傳統(tǒng)開發(fā)模式進(jìn)行比對(duì)。該部分首先根據(jù)場(chǎng)地基本情況進(jìn)行優(yōu)化前處理，完成LID設(shè)施規(guī)模的優(yōu)化求解計(jì)算和詳細(xì)設(shè)計(jì)，最后對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行效能驗(yàn)證和比對(duì)分析。

2.1 研究場(chǎng)地概況

研究場(chǎng)地位于河南省南陽月季大觀園北區(qū)塊，占地面積約為12.8 hm2。本研究以該區(qū)域?yàn)槔?yàn)證基于NSGA-II算法的集雨型綠地LID設(shè)施規(guī)模設(shè)計(jì)方法的合理性。根據(jù)方案設(shè)計(jì)（圖2），該區(qū)域下墊面類型涵蓋建筑屋頂、綠地、鋪裝、水體4類，場(chǎng)地平坦低洼，雨水不易外排，存在一定匯水問題。場(chǎng)地匯水最后進(jìn)入東側(cè)排水沖溝，經(jīng)過計(jì)算，沖溝能承載的徑流峰值約為1.077 m3/s。南陽市位于亞熱帶和暖溫帶氣候帶交界處。根據(jù)相關(guān)研究[21]，南陽市降雨呈現(xiàn)單峰變化。當(dāng)?shù)赝寥罈l件為弱膨脹黏土，滲透效果較差。

在確定設(shè)計(jì)降雨量目標(biāo)時(shí)，王勤香等[22]提出，南陽市位于年徑流總量控制率分區(qū)中的Ⅱ區(qū)，考慮當(dāng)?shù)厍闆r，設(shè)置設(shè)計(jì)降雨量目標(biāo)時(shí)應(yīng)當(dāng)選取建議指標(biāo)的上限85%，南陽市年徑流總量控制率為85%時(shí)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量為25.80 mm。

2.2 優(yōu)化前處理

由于場(chǎng)地已完成功能規(guī)劃設(shè)計(jì)和豎向設(shè)計(jì)，此處根據(jù)匯水分析結(jié)果，對(duì)場(chǎng)地子匯水區(qū)進(jìn)行劃分，并結(jié)合場(chǎng)地地形匯水分析和淹沒區(qū)分析結(jié)果，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行子匯水區(qū)劃分和LID設(shè)施布局，在子匯水區(qū)中的綠地下墊面選用生物滯留設(shè)施作為LID設(shè)施類型，在子匯水區(qū)中的道路廣場(chǎng)采用透水鋪裝作為LID設(shè)施類型，在子匯水區(qū)中的建筑屋頂采用綠色屋頂作為布設(shè)的LID設(shè)施；在LID設(shè)施連接處設(shè)置植草溝（圖3）。

4 場(chǎng)地SWMM概化結(jié)果Generalized results of the site SWMM

5 計(jì)算結(jié)果Calculation result

6 LID設(shè)施最終布設(shè)結(jié)果The final layout of LID facilities

為了調(diào)用SWMM引擎計(jì)算LID設(shè)施雨洪控制效果函數(shù)，需要在SWMM中將場(chǎng)地模型概化，即將子匯水分區(qū)和LID設(shè)施信息錄入SWMM引擎的輸入文件。為了精確模擬景觀水體的滯留功能及溢流事件，本研究以蓄水池元件結(jié)合堰口節(jié)點(diǎn)概化景觀水體，水體調(diào)蓄深度為20 cm，滲透模型采用霍頓模型，參數(shù)依據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)設(shè)置，匯流計(jì)算采用非線性水庫模型。最終排放口位于場(chǎng)地東側(cè)，接入場(chǎng)地外排水沖溝（圖4）。

模擬降雨事件進(jìn)行降雨設(shè)計(jì)時(shí)遵循如下南陽市暴雨強(qiáng)度公式[23]：

式中：i表示降雨強(qiáng)度（mm/min），TM代表年最大值法選樣的重現(xiàn)期；t表示匯流時(shí)間。

構(gòu)建4個(gè)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期分別為1、5、10、20年的模擬情景，依據(jù)芝加哥雨型設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)120 min的暴雨，累計(jì)降雨量分別為58.59、103.88、123.38和142.88 mm，均 大于南陽市海綿城市規(guī)劃中徑流總量控制率85%時(shí)的設(shè)計(jì)降雨量指標(biāo)25.80 mm。LID設(shè)施定義布局參數(shù)參考SWMM操作手冊(cè)[24]及相關(guān)文獻(xiàn)[25-31]，結(jié)合實(shí)際情況設(shè)置，其中各LID設(shè)施的材料構(gòu)造及設(shè)施層厚度參考圖集確定，各材料相關(guān)屬性的參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況從相關(guān)文獻(xiàn)查取，LID設(shè)施布局參數(shù)主要參考SWMM操作手冊(cè)進(jìn)行確定。

2.3 優(yōu)化求解

由于場(chǎng)地外沖溝能承載的最大徑流峰值為1.077 m3/s，故將雨洪控制效果函數(shù)定義為峰值徑流削減率最大值，即峰值徑流量的最小值。優(yōu)化決策變量的約束條件結(jié)合子匯水區(qū)實(shí)際情況設(shè)定，植草溝作為引導(dǎo)傳輸設(shè)施，距離寬度相對(duì)確定，滯蓄水體規(guī)模主要由設(shè)計(jì)方案確定，故此二者規(guī)模不參與優(yōu)化計(jì)算。為了盡可能提高LID設(shè)施對(duì)暴雨的應(yīng)對(duì)能力，輸入20年一遇、降雨歷時(shí)2 h的暴雨作為優(yōu)化計(jì)算的依據(jù)。

考慮計(jì)算結(jié)果僅用于設(shè)計(jì)前期參考，設(shè)置初始種群規(guī)模為50，迭代次數(shù)為50，對(duì)總計(jì)3類15個(gè)LID設(shè)施的面積參數(shù)進(jìn)行模擬，篩選出最優(yōu)解（圖5）。

場(chǎng)地外沖溝能承載的最大徑流峰值為1.077 m3/s，由于詳細(xì)設(shè)計(jì)與測(cè)算結(jié)果可能存在出入，因此需要留出一定容錯(cuò)空間，從Rank值最高的非支配解集中保守選取徑流峰值為1.065時(shí)的解作為LID設(shè)施規(guī)模設(shè)計(jì)的參考依據(jù)，在該LID設(shè)施組合下，建設(shè)總成本為250.41萬元。對(duì)LID設(shè)施進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，得出最終設(shè)計(jì)結(jié)果（圖6）。圖中固定規(guī)模為前期已確定未參與計(jì)算的LID設(shè)施規(guī)模，包括植草溝和滯蓄水體的規(guī)模，最優(yōu)規(guī)模表示該子匯水分區(qū)中某種LID設(shè)施經(jīng)計(jì)算得到的最優(yōu)規(guī)模，實(shí)際規(guī)模為經(jīng)過該子匯水分區(qū)中某種LID設(shè)施詳細(xì)設(shè)計(jì)后的實(shí)際規(guī)模。

2.4 優(yōu)化效能驗(yàn)證

在完成優(yōu)化求解后對(duì)得到的最優(yōu)LID設(shè)施布局和規(guī)模進(jìn)行人工詳細(xì)設(shè)計(jì)，由于詳細(xì)設(shè)計(jì)過程需要考慮景觀性且存在主觀因素，詳細(xì)設(shè)計(jì)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果可能存在偏差，因而設(shè)計(jì)完成后需要對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果結(jié)合1、5、10年一遇的2 h暴雨數(shù)據(jù)進(jìn)行效能驗(yàn)證，檢驗(yàn)實(shí)際布設(shè)的LID設(shè)施能否滿足雨洪控制要求。

7 重現(xiàn)期為1、5、10、20年時(shí)LID開發(fā)模式和傳統(tǒng)開發(fā)模式對(duì)比Comparison of LID development modes and the traditional development mode when the recurrence period is 1, 5, 10, and 20 year

8 解集散點(diǎn)分布對(duì)比Solution set comparison graph

9 解集曲線擬合曲線Solution set curve fitting graph

按概化模型計(jì)算的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期對(duì)應(yīng)的南陽降雨量設(shè)計(jì)歷時(shí)120 min的場(chǎng)降雨，對(duì)經(jīng)設(shè)計(jì)后的集雨型綠地LID設(shè)施系統(tǒng)進(jìn)行效能驗(yàn)算，設(shè)置一個(gè)未布設(shè)LID設(shè)施的場(chǎng)地概化模型以模擬傳統(tǒng)開發(fā)模式下的排水情況作為參照組，分別計(jì)算相應(yīng)情況的排放口徑流峰值（圖7）。

從計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)重現(xiàn)期為1、5、10、20年時(shí)，該LID設(shè)施組合使場(chǎng)地徑流峰值分別下降了100%、80.89%、74.50%、70.28%。根據(jù)場(chǎng)地外部沖溝排水條件，在經(jīng)歷5、10、20年一遇暴雨時(shí)場(chǎng)地內(nèi)部徑流峰值完全能夠滿足沖溝能承載的徑流峰值，保證場(chǎng)地內(nèi)部不出現(xiàn)內(nèi)澇，在經(jīng)歷1年一遇暴雨時(shí)場(chǎng)地內(nèi)LID設(shè)施能實(shí)現(xiàn)徑流完全不外排。由于1年一遇，降雨時(shí)長為120 min的暴雨設(shè)計(jì)降雨量為58.5 mm，大于南陽市85%徑流總量控制率對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量目標(biāo)25.8 mm，證明該LID設(shè)施組合滿足當(dāng)?shù)睾＞d規(guī)劃要求。

3 結(jié)果與討論

1）本研究利用參數(shù)化設(shè)計(jì)建模工具Grasshopper完成雨洪優(yōu)化平臺(tái)的搭建，對(duì)比相關(guān)研究[32-33]進(jìn)行算法優(yōu)化時(shí)常用的Matlab工具，其更符合集雨型綠地設(shè)計(jì)工作流程，能夠順暢銜接前期設(shè)計(jì)分析和后期設(shè)計(jì)細(xì)化等多樣的工作，且具有較好的圖形兼容性。

2）依據(jù)計(jì)算最優(yōu)解進(jìn)行的詳細(xì)設(shè)計(jì)的結(jié)果表明，該LID設(shè)施規(guī)模組合可以將場(chǎng)地徑流峰值流量下降至1.065 m3/s，滿足當(dāng)?shù)丶暌螅浪憬ㄔ斐杀緸?50.41萬元，可以明確最終解和其他解的目標(biāo)達(dá)成情況（圖8）。

按照常規(guī)方法進(jìn)行集雨型綠地LID設(shè)施規(guī)模設(shè)計(jì)時(shí)，通常以雨洪控制效果為目標(biāo)采用試錯(cuò)法確定LID設(shè)施規(guī)模組合，確定后的結(jié)果應(yīng)當(dāng)位于圖8中“滿足要求解區(qū)域”中的任一解，顯然大部分解的性價(jià)比將低于本研究得出的最優(yōu)規(guī)模組合。沿輔助線選取解集空間中達(dá)成近似雨洪控制效果的解，發(fā)現(xiàn)最劣解需要耗費(fèi)建設(shè)成本314.45萬元，在該項(xiàng)目的LID設(shè)施設(shè)計(jì)中最多可節(jié)省約20.37%（64.04萬元）的建設(shè)成本，說明利用本研究得出的LID設(shè)施規(guī)模組合可以在有效解決場(chǎng)地排水問題的同時(shí)降低建設(shè)成本。

3）對(duì)最優(yōu)解集共計(jì)87個(gè)LID設(shè)施規(guī)模組合進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，各個(gè)LID設(shè)施所占比例（透水鋪裝、綠色屋頂、生物滯留設(shè)施、植草溝）的平均值為8.12%、26.97%、56.09%、8.82%，而其他一般解的LID設(shè)施比例平均值則 為6.54%、29.88%、54.62%、8.96%。說明在該場(chǎng)地條件下，采用透水鋪裝、綠色屋頂、生物滯留設(shè)施、植草溝的LID設(shè)施組合時(shí)，適當(dāng)提升透水鋪裝和生物滯留設(shè)施的比例有利于提升LID設(shè)施性價(jià)比，即在耗費(fèi)相同建設(shè)成本時(shí)對(duì)徑流峰值削減能力有較大提升。計(jì)算結(jié)果顯示LID設(shè)施一般解的平均比例和最優(yōu)解的平均比例差異較小，推測(cè)主要是由于方案下墊面面積比例限制和算法的精英保留策略特性導(dǎo)致的。

4）對(duì)最優(yōu)解進(jìn)行曲線擬合（圖9）可以看出LID設(shè)施建設(shè)成本和排放口徑流峰值基本符合三次函數(shù)關(guān)系，隨著建設(shè)成本的不斷增加，每單位LID設(shè)施建設(shè)成本的投入所能帶來的徑流峰值控制效果存在遞減趨勢(shì)，說明LID設(shè)施的成本投入不是越多越好，該結(jié)果和邵明等[34]采用類似方法得出的研究結(jié)論相似，在工程實(shí)踐中需要根據(jù)海綿規(guī)劃確定的目標(biāo)選取最適宜LID設(shè)施建設(shè)成本下的LID設(shè)施規(guī)模。

5）盡管LID設(shè)施的布局位置依據(jù)淹沒區(qū)分析結(jié)果確定，但在算法優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)部分子匯水區(qū)最優(yōu)LID設(shè)施規(guī)模趨近于0，如8號(hào)子匯水分區(qū)中的最優(yōu)生物滯留設(shè)施規(guī)模僅為5.44 m2，觀察可發(fā)現(xiàn)該子匯水區(qū)的上游布置了較大面積的生物滯留設(shè)施，而在進(jìn)行淹沒區(qū)分析時(shí)沒有考慮是否存在上游LID設(shè)施的影響，說明本應(yīng)到達(dá)該子匯水區(qū)的徑流可能已在上游被消解，該區(qū)域可能僅需傳輸引導(dǎo)徑流，沒有必要布置生物滯留設(shè)施。是否能將LID設(shè)施布局納入算法優(yōu)化過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)選點(diǎn)布局需要進(jìn)一步考慮。

6）雖然本研究通過計(jì)算獲得LID設(shè)施的最優(yōu)規(guī)模結(jié)果，但在進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)為考慮景觀性、合理性等因素，不可避免地需要進(jìn)行人工設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果將存在一定差異，因此選取了較為保守的最優(yōu)解，此方法對(duì)優(yōu)化效果有一定影響，亟待探索算法精確生成LID設(shè)施形態(tài)并細(xì)化設(shè)計(jì)的思路。

4 結(jié)論

集雨型綠地是解決城市雨洪管理問題的重要舉措，通過在集雨型綠地中盲目增大LID設(shè)施規(guī)模以提高綠地雨洪控制能力的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法忽視了各個(gè)子匯水區(qū)的特殊性，造成了不必要的資源浪費(fèi)，因此優(yōu)化傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路十分必要。

本研究提出一種符合集雨型綠地設(shè)計(jì)工作流程的集雨型綠地LID設(shè)施規(guī)模設(shè)計(jì)方法，對(duì)于提高LID設(shè)施工作效率，降低工程造價(jià)，節(jié)約資源成本具有一定意義。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在研究區(qū)域，適當(dāng)提升透水鋪裝和生物滯留設(shè)施的比例有利于提升LID設(shè)施性價(jià)比，LID設(shè)施的成本投入不是越多越好，需要根據(jù)海綿規(guī)劃要求選取適宜的LID設(shè)施規(guī)模。

本研究在淹沒區(qū)分析時(shí)未能動(dòng)態(tài)考慮上游LID設(shè)施影響，導(dǎo)致布置了不必要的LID設(shè)施，下一步研究是否應(yīng)將基于淹沒區(qū)分析的LID設(shè)施動(dòng)態(tài)布局策略納入算法需要進(jìn)一步考慮；由于詳細(xì)設(shè)計(jì)為人工設(shè)計(jì)，最終LID設(shè)施的規(guī)模和測(cè)算最優(yōu)結(jié)果存在誤差，亟待進(jìn)一步考慮精確生成LID設(shè)施形態(tài)并細(xì)化設(shè)計(jì)的思路。

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