王衍超

(當涂縣市政管理所，安徽 當涂 243100)

1 概 述

我國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展增加了城市的不透水面積，導致很多城市尤其是南方城市在夏季汛期容易出現(xiàn)內澇災害。因此，如何選擇最有效的城市內澇處置方案、如何構建最高效的城市汛期排水體系，是解決我國南方城市在汛期內澇災害問題的重要研究方向[1-3]。

徐美等[4]構建了水力學的精細化洪澇模型，并對城區(qū)強降雨條件下管道排水流動過程展開模擬，并采用多模式概化方法建立了內澇模擬效果的模擬局部微地形，實現(xiàn)了城區(qū)內澇的精細化模擬；并進一步結合區(qū)域強降雨及情景庫特征參數(shù)，建立了能夠快速識別有內澇風險的道路、橋區(qū)等區(qū)域的內澇風險預警程序。楊東等[5]基于擴散波基本理論建立了區(qū)域排水管網水動力模型，并將該模型與城市地表水文水動力模型展開耦合模擬，研究發(fā)現(xiàn)該模型與SWMM模擬排水口流量過程吻合程度較高，且能夠實現(xiàn)內澇積水點的準確模擬。王小杰[6]對西安市內澇災害展開深入研究，在系統(tǒng)整理西安市多年降雨與城市內澇現(xiàn)象的基礎上，進一步構建區(qū)域SWMM模型，得出不同情景下內澇積水變化情況，研究成果為該城市的內澇應對提供了一定的參考作用。

上述研究較少涉及到綜合各種處置方案的低開發(fā)模式對于城市內澇的處理效果研究，而該方案作為新的研究方向，正逐漸得到學者們的推廣應用。因此，本文基于SWMM模型分析對比包括下凹式綠地、透水路面、綠色屋頂和LID組合3種方案對降減小區(qū)域洪峰總量的應用效果，旨在為我國南方城市內澇災害防治提供一定借鑒。

2 研究背景與模型構建

2.1 研究區(qū)域概況

本次研究依托于廣東省某城市的中央公園區(qū)域城市排水項目，該公園總占地面積約1.32 km2，研究區(qū)域總面積約6.15 km2，主要服務功能為供區(qū)域居民休閑及運動使用。公園的平面圖見圖1。但由于城市規(guī)劃，該公園附近南方區(qū)域綠地即將建設為工業(yè)用地。該城市位處亞熱帶季風氣候區(qū)，年均降雨量在1 800～2 000 mm左右，且降雨主要集中在夏季汛期(6-10月份)，由于降雨急、持續(xù)時間較長，且隨著城市經濟發(fā)展，其公路和建筑面積逐漸增大，城市透水面積逐漸減小，因此極易引發(fā)該城市出現(xiàn)內澇災害。

圖1 南方某城市中央公園區(qū)域平面圖

2.2 SWMM模型構建與參數(shù)確定

采用非線性地表匯流模型構建擬研究地區(qū)的SWMM模型，并通過水力演算模擬動力波模型[7-8]。區(qū)域相關地下管道、高程以及匯水面積等參數(shù)，主要通過資料調查與咨詢相關設計單位獲得。調查結果顯示，該區(qū)域整體不透水面積占比約63.50%，其中除去公園面積以外的其他區(qū)域不透水面積達到90%以上。根據(jù)《室外排水設計規(guī)范》(GB 50014-2006)，參照表1可知，該區(qū)域的綜合徑流系數(shù)為0.60～0.85之間。

表1 綜合徑流系數(shù)取值參考

3 基于LID模式的多排水方案對比

3.1 參數(shù)設定

由上述區(qū)域概況介紹及資料調查結果可知，該區(qū)域的透水面積總占比達36.50%，而其余皆為硬化道路、已有建筑或廣場等不透水面積覆蓋區(qū)域。根據(jù)現(xiàn)有資料結果顯示，對于我國南方城市內澇治理常采用下凹式綠地、不透水路面改造為透水路面以及綠色屋頂?shù)确乐未胧Ｒ虼?，本研究考慮采用LID模式對該城市公園區(qū)域展開綜合改造。LID設施的主要參數(shù)見表2。

表2 LID模式的主要參數(shù)

3.2 模擬結果分析和對比

在區(qū)域降雨條件下，采取不同防治措施方案后，研究區(qū)域內徑流量隨時間變化關系圖見圖2。由圖2可知，在降雨的影響下，該區(qū)域的徑流量隨著時間呈現(xiàn)出先逐漸增大后不斷減小的變化趨勢，不同的防治措施對于該區(qū)域的徑流量削減的處置效果有所不同。以該區(qū)域最大徑流量作為對比，其中綠色屋頂處置方案下最大徑流量最高，達到52 mm；相比之下，透水路面和下凹式綠地對城市內澇的防治效果更好，其最大徑流量分別為34和20 mm，相比綠色屋頂分別降低34.62%和61.54%；LID模式對降雨影響下區(qū)域的排水效果最好，最大徑流量僅達到9 mm，相較于其他防治措施最大徑流量分別降低82.69%、73.53%和55.00%。 由此可見，在某次特定降雨條件下，LID模式處置方案的排水效果遠優(yōu)于其他方案，能夠有效防治城市在汛期出現(xiàn)的內澇災害。

圖2 研究區(qū)域徑流量隨時間變化關系

我國城市化發(fā)展正處于高速建設期，在未來幾十年內，城市的內澇災害會對城市財產安全造成更大的威脅，因此有必要展開對上述各方案對于城市內澇防治的長期效果評價。圖3為采取不同防治措施方案后研究區(qū)域內徑流量削減率和洪峰削減率隨設計重現(xiàn)期變化關系圖，且設計重現(xiàn)期主要考慮1、3、5、10、15、20及30年共計7個時期。由圖3可知，對于不同方案，其徑流量削減率和洪峰削減率均隨著設計重現(xiàn)期增大而不斷減小。這是由于各種處置措施均具有一定的時間效應，如設備老化、透水路面堵塞等，而在時間效應的作用下，其排水效果被逐漸弱化，因此徑流量削減率和洪峰削減率不斷降低。因此，在考慮到時間效應的前提下，各處置方案均應當采取一定的措施對設備及時進行修補與更新，以保證其排水效果，防止城市內澇。

圖3 區(qū)域徑流量和洪峰削減率隨設計重現(xiàn)期變化關系

進一步對比不同處置措施方案的長期排水效果可知，LID模式處置方案的長期排水效果最好，其次是下凹式綠地，綠色屋頂處置方案的長期處置效果最差。LID模式處置方案的長期徑流量削減率和洪峰削減率均在80%以上，下凹式綠地處置方案的長期徑流量削減率和洪峰削減率均在60%左右，透水路面的徑流量削減率在30%以上而長期洪峰削減率卻僅達到20%左右，綠色屋頂?shù)膹搅髁肯鳒p率在20%左右而其長期洪峰削減率很差，僅達到5%左右。其中，透水路面和綠色屋頂?shù)暮榉逑鳒p率在第一年后出現(xiàn)明顯的陡降，分析認為這是由于建筑材料設備的折損率較高，因此洪峰削減率出現(xiàn)了明顯的降低。

4 結 論

為研究不同處置方案對于我國南方城市汛期內澇災害的處置效果，本文基于SMWW地表徑流分析模型，對下凹式綠地、透水路面、綠色屋頂及LID模式4種不同處置方案條件下的城市地表徑流及洪峰展開了對比研究，研究結果如下：

1) 在某次特定降雨條件下，LID模式對降雨影響下區(qū)域的排水效果最好，最大徑流量僅達到9 mm，相較于其他防治措施最大徑流量分別降低82.69%、73.53%和55.00%。LID模式處置方案的排水效果遠優(yōu)于其他方案，能夠有效防治城市在汛期出現(xiàn)的內澇災害。

2) 對于不同方案，其徑流量削減率和洪峰削減率均隨著設計重現(xiàn)期增大而不斷減小。這是由于各種處置措施均具有一定的時間效應而出現(xiàn)的設備老化等因素的影響。

3) 從長期徑流量削減率及洪峰削減率看，城市內澇排水能力：LID模式>下凹式綠地>透水路面>綠色屋頂。