劉文焱

中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 天津 300110

2019年開展試評(píng)估工作，2020年開展正式評(píng)估，為國(guó)務(wù)院提供階段性工作答卷，初步搭建海綿城市建設(shè)監(jiān)管平臺(tái)，2021年繼續(xù)開展評(píng)估，完成搭建海綿城市建設(shè)監(jiān)管平臺(tái)，建立常態(tài)化、標(biāo)準(zhǔn)化的評(píng)估機(jī)制，以保證2030年為國(guó)務(wù)院提供最終的工作答卷。

本次研究將監(jiān)測(cè)評(píng)估與模擬評(píng)估相結(jié)合，對(duì)海綿城市建設(shè)效果的評(píng)估總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，分析評(píng)估效果，從而優(yōu)化評(píng)估方法和LID技術(shù)的應(yīng)用。

1、概述

國(guó)內(nèi)外研究方面，對(duì)于海綿城市理念中低影響開發(fā)設(shè)施緩解城市暴雨內(nèi)澇的評(píng)估采用監(jiān)測(cè)法。評(píng)估試點(diǎn)區(qū)域的效果評(píng)估，模型模擬法是結(jié)合相似和周邊地區(qū)的試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)區(qū)域基礎(chǔ)資料，確定模型中的參數(shù)，分析區(qū)域現(xiàn)狀情況，創(chuàng)建模擬條件，包含區(qū)域降雨量信息、污染情況等，執(zhí)行模擬后得出試點(diǎn)區(qū)域的年外排水量和管道水質(zhì)。

2、海綿城市評(píng)估方法及其應(yīng)用研究的內(nèi)容

海綿城市徑流控制評(píng)估效果中，針對(duì)監(jiān)測(cè)法、模型模擬法，存在著模型模塊參數(shù)設(shè)計(jì)教條化、模擬的精度不夠，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的設(shè)計(jì)不合理、缺乏針對(duì)性，實(shí)際應(yīng)用缺乏經(jīng)驗(yàn)化等問題，在評(píng)估模型中對(duì)片區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)化監(jiān)測(cè)，識(shí)別并優(yōu)化關(guān)鍵海綿設(shè)施參數(shù)；監(jiān)測(cè)法和模型模擬法相互配合相互補(bǔ)充，進(jìn)而對(duì)評(píng)估流程進(jìn)行研究，并以天津健康產(chǎn)業(yè)園體育基地為例，開展該方法的應(yīng)用研究。

（1）監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)化構(gòu)建

分析監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)化構(gòu)建的思路與流程，研究在監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布置原則及方法，結(jié)合天津健康產(chǎn)業(yè)園體育基地內(nèi)徑流控制效果，評(píng)估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。

（2）關(guān)鍵參數(shù)的識(shí)別與優(yōu)化

在HYSWMM 模型中識(shí)別關(guān)鍵海綿設(shè)施參數(shù)，探究其研究取值方法；對(duì)綠色屋頂、生物滯留帶和透水鋪裝等海綿設(shè)施參數(shù)，優(yōu)化高靈敏度參數(shù)，結(jié)合實(shí)際降雨數(shù)據(jù)率定其取值方法。

（3）對(duì)徑流控制指標(biāo)評(píng)估的應(yīng)用研究

對(duì)監(jiān)測(cè)法與模型模擬法之間的配合方式、評(píng)估流程進(jìn)行研究，以天津健康產(chǎn)業(yè)園體育基地二期工程為例，對(duì)其徑流控制效果進(jìn)行評(píng)估，探究監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法及參數(shù)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(tǒng)模型模擬

選擇和組合雨水低影響開發(fā)利用技術(shù)，通過分散的、小規(guī)模的源頭控制機(jī)制和設(shè)計(jì)來達(dá)到暴雨所產(chǎn)生的徑流和污染的控制，指標(biāo)化定量落地布局分類雨水開發(fā)利用技術(shù)，因地制宜設(shè)置LID優(yōu)化模塊，將開發(fā)水文特征與開發(fā)前的目標(biāo)相接近，構(gòu)建城市雨水“海綿系統(tǒng)”。

（1）需滿足《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南-低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》規(guī)定的相關(guān)建設(shè)目標(biāo)考核要求，組合設(shè)置各類LID設(shè)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(fù)優(yōu)化LID設(shè)施布置，達(dá)到目標(biāo)要求。

（3）在新建區(qū)域和開發(fā)場(chǎng)地中，LID設(shè)施并非必須應(yīng)用于所有下墊面中；針對(duì)某一下墊面，建設(shè)一定比例的LID設(shè)施即可。

4、模型模擬的驗(yàn)證與評(píng)估

（1）監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建流程

1）收集區(qū)域現(xiàn)狀資料

針對(duì)天津健康產(chǎn)業(yè)園基地二期工程項(xiàng)目?jī)?nèi)區(qū)域進(jìn)行調(diào)研，掌握區(qū)域海綿城市建設(shè)的目標(biāo)和指標(biāo)，確定整體控制目標(biāo)。結(jié)合各排水分區(qū)、用地地塊的類型、面積等數(shù)據(jù)，分解徑流指標(biāo)至各排水分區(qū)和待建地塊。對(duì)場(chǎng)次徑流總量控制率、設(shè)計(jì)降雨量、場(chǎng)次徑流污染削減率等進(jìn)行徑流指標(biāo)的分解。

2）分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)需求

首先要掌握雨水管網(wǎng)的布設(shè)方式、管網(wǎng)走向及管網(wǎng)之間的銜接方式等信息，研究各地塊的用地類型、各海綿設(shè)施布設(shè)比例、位置及布設(shè)方式等數(shù)據(jù)，然后對(duì)徑流指標(biāo)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行布置，再各地塊坡度、面積、排水分區(qū)的分界線等進(jìn)行了解分析，對(duì)雨水管網(wǎng)、用地規(guī)劃、高程圖等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合、提取分析。

3）布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

根據(jù)現(xiàn)狀管網(wǎng)、用地規(guī)劃，掌握管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)與海綿設(shè)施、建設(shè)地塊、排水分區(qū)之間的關(guān)系，結(jié)合“源頭-過程-末端”三個(gè)層級(jí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布置原則和布置方法，從眾多管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)中篩選出有代表性的、可以系統(tǒng)化、全面評(píng)估海綿城市徑流控制效果的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，組成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

4）提取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

評(píng)估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括海綿設(shè)施、地塊或排水分區(qū)的面積、坡度、最大漫流長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)。

（2）模型模擬評(píng)估與監(jiān)測(cè)評(píng)估的考核結(jié)果分析

在不同重現(xiàn)期降雨條件下，分別對(duì)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(jìn)行評(píng)估，對(duì)各方案指標(biāo)達(dá)標(biāo)情況進(jìn)行評(píng)估。

1）管網(wǎng)排水能力

場(chǎng)地內(nèi)雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為3年重現(xiàn)期，通過前一階段的模型模擬分析，在3年一遇180min暴雨強(qiáng)度下，部分管道出現(xiàn)有壓流，地表無積水地塊，認(rèn)為排水管網(wǎng)滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。但是在更強(qiáng)降雨如5年及以上一遇180min降雨條件下，低勢(shì)地塊和道路出現(xiàn)局部積水，在低影響開發(fā)模式下，通過合理設(shè)置LID模塊，模擬結(jié)果顯示在10年一遇暴雨強(qiáng)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(wǎng)應(yīng)對(duì)較強(qiáng)降雨能力。

2）考核目標(biāo)評(píng)估

構(gòu)建模型后，分別對(duì)雨水外排徑流系數(shù)、年徑流總量控制率、內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)情況、雨水外排量進(jìn)行模擬分析。

A.年徑流總量控制模擬

根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南-低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》中相關(guān)規(guī)定，天津市75%年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量為25.0mm，可以選擇降雨量接近或等于25.0mm的實(shí)測(cè)降雨來進(jìn)行模擬。

按降雨量為25mm，降雨歷時(shí)為3小時(shí)模擬，結(jié)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(dá)標(biāo)。

湖體本身調(diào)蓄量加上下凹式綠地調(diào)蓄量，足夠消納湖體服務(wù)范圍內(nèi)的全部降雨。區(qū)域在設(shè)置LID措施后，能夠有效應(yīng)對(duì)小強(qiáng)度降雨，對(duì)區(qū)域達(dá)標(biāo)影響很大。

B.雨量徑流系數(shù)及外排流量

根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)顯示，實(shí)測(cè)期間，降雨量小于25mm，外排量為0m3，外排流量達(dá)標(biāo)，且與模型模擬結(jié)果一致。

2018年實(shí)測(cè)期間，湖體實(shí)際調(diào)蓄容積為2912m3，收水面積32公頃，雨量徑流系數(shù)為0.41。雨量徑流系數(shù)達(dá)標(biāo)。

C.內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)情況分析

分析區(qū)域淹沒模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在3-10年一遇180min降雨條件下，無積水，2018年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示研究范圍內(nèi)無積水。在50年一遇180min降雨條件下，部分地塊出現(xiàn)積水，積水地點(diǎn)主要集中在南側(cè)道路地帶，積水深度從0.05~0.15m不等。100年重現(xiàn)期條件下，區(qū)域內(nèi)主要出現(xiàn)2個(gè)積水點(diǎn)（超過15cm的），最大積水深度25mm。即在小強(qiáng)度降雨條件下，雨水能夠消納，無內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，在強(qiáng)降雨條件下，區(qū)域內(nèi)局部會(huì)出現(xiàn)積水點(diǎn)。通過海綿措施的布置，能顯著降低內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，保證水安全。

5、結(jié)束語

利用鴻業(yè)城市暴雨排水和低影響開發(fā)模擬系統(tǒng)（HYSWMM）對(duì)基于海綿城市建設(shè)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)的建設(shè)方案進(jìn)行模擬評(píng)估，對(duì)比海綿城市考核的相關(guān)目標(biāo)達(dá)標(biāo)情況，考慮到模型模擬的非現(xiàn)實(shí)性，為提高模擬研究的真實(shí)性、準(zhǔn)確性，使模型真正合理運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)踐，本次研究通過實(shí)況調(diào)研方式獲取的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為檢測(cè)模型的數(shù)據(jù)源，通過模擬與實(shí)際情況的對(duì)比，總結(jié)模型模擬的適用性和局限性，提高研究水平。