□楊雷

低影響開(kāi)發(fā)（LID）被認(rèn)為是通過(guò)將城市雨水徑流，轉(zhuǎn)化為適應(yīng)性資源，來(lái)增強(qiáng)基于排水的城市設(shè)計(jì)，源于20世紀(jì)90年代的美國(guó)馬里蘭州一門(mén)新型的雨水管理技術(shù)。LID作為一種城市排水設(shè)計(jì)工具，專注于控制城市雨水，目的是復(fù)制自然水文功能。LID旨在加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存、滲透和蒸發(fā)，從而延遲和減少聚集水體。LID被引入國(guó)內(nèi)，成為建設(shè)“海綿城市”的方案之一，海綿城市計(jì)劃將城市區(qū)域改造成一個(gè)靈活的系統(tǒng)，該系統(tǒng)在不透水表面附近儲(chǔ)存和滲透雨水徑流，在暴雨期間產(chǎn)生徑流。雨水管理模型（SWMM）是一種常用工具，用于模擬徑流、入滲、蒸發(fā)和流經(jīng)城市區(qū)域的非均質(zhì)子流域、封閉管道、明渠和各種不同覆蓋結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的水流路徑?，F(xiàn)利用SWMM證明兩種基于LID的城市設(shè)計(jì)對(duì)水平衡成分的影響，這些水平衡成分由使用現(xiàn)場(chǎng)降雨數(shù)據(jù)模擬，用于重現(xiàn)期為100年一遇的短期極端降水事件E1（4小時(shí)內(nèi)71mm），以及長(zhǎng)期降水事件E2(7個(gè)月降水量392mm)。根據(jù)各種水平衡成分（排放、泄洪、蒸發(fā)和滲透損失，以及儲(chǔ)存）的相對(duì)比重，研究?jī)煞N低影響開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)海綿城市理念的作用。

1.海綿城市概念

“海綿城市”理論是根據(jù)可持續(xù)發(fā)展雨水開(kāi)發(fā)模式和水敏性詳細(xì)規(guī)劃理論提出的；它的本質(zhì)是存儲(chǔ)城市發(fā)展坐標(biāo)和資源。通過(guò)控制徑流、自然蓄積和峰值調(diào)節(jié)，提出了緩慢的發(fā)展，發(fā)揮調(diào)節(jié)功能，促進(jìn)雨水的自然滲透，修復(fù)水循環(huán)系統(tǒng)，恢復(fù)水生態(tài)，凈化水質(zhì)，解決蓄水問(wèn)題。水生態(tài)問(wèn)題是一個(gè)突出的問(wèn)題，因此，主辦城市不應(yīng)只關(guān)注城市內(nèi)部的系統(tǒng)調(diào)節(jié)、雨水處理和現(xiàn)場(chǎng)措施，還應(yīng)關(guān)注流域和區(qū)域，并結(jié)合區(qū)域規(guī)劃和階段研究跨區(qū)域、規(guī)模規(guī)劃和基于水生態(tài)的建設(shè)。

建設(shè)的關(guān)鍵是研究區(qū)域水生態(tài)安全，通過(guò)分析水生態(tài)系統(tǒng)的重要位置和關(guān)系，建立水生態(tài)系統(tǒng)的安全模式，在區(qū)域和城市規(guī)劃中實(shí)施，并通過(guò)控制區(qū)域和城市建設(shè)的空間管理逐步實(shí)現(xiàn)水生態(tài)。該系統(tǒng)為城市的年運(yùn)行提供了控制目標(biāo)，給出影響較小的發(fā)展戰(zhàn)略和施工流程，并對(duì)城市項(xiàng)目規(guī)劃提出相關(guān)要求。

在中等水平上，海綿城市的主要代表是在區(qū)域水系統(tǒng)中有效使用施工密鑰的旅游區(qū)。城市總體規(guī)劃和規(guī)范性規(guī)劃與城市路面模式相結(jié)合，設(shè)置集水區(qū)，形成集點(diǎn)、線、面于一體的集水區(qū)城市體系，滿足區(qū)域雨水庫(kù)和法規(guī)的功能要求，凈化水質(zhì)，保護(hù)水生態(tài)濕地。在微觀層面上，海綿城市主要指城市大道、廣場(chǎng)、停車(chē)場(chǎng)和園地等部分水道單元的建設(shè)。通過(guò)詳細(xì)規(guī)劃設(shè)計(jì)的建設(shè)和現(xiàn)代技術(shù)的運(yùn)用，最大限度地發(fā)揮水生態(tài)系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)城市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)目標(biāo)。滲透性路面用于響應(yīng)城市的施工測(cè)量，應(yīng)將概念整合到整個(gè)城市規(guī)劃中，并貫穿整個(gè)施工過(guò)程。遵循“區(qū)域系統(tǒng)技術(shù)”的指導(dǎo)思想，將透水性路面設(shè)計(jì)與城市規(guī)劃工作步驟相結(jié)合，在中層，規(guī)劃控制與城市功能性規(guī)劃相結(jié)合，在透水路面的低層上，設(shè)計(jì)排水技術(shù)。

2.材料和方法

2.1 研究區(qū)域

研究以深圳市光明區(qū)某一集水區(qū)為例，這是一個(gè)工業(yè)區(qū)，有大量的空地、礫石和植被。這個(gè)地區(qū)下層土壤主要是黏土。將來(lái)，研究區(qū)將進(jìn)行開(kāi)發(fā)，旨在創(chuàng)造一個(gè)多功能景觀。大部分區(qū)域?qū)⑿陆?，中心有一個(gè)35m寬的公園，為雨水管理和其他城市功能（如娛樂(lè)和公共空間）創(chuàng)造一個(gè)充滿活力的區(qū)域。

2.2 城市設(shè)計(jì)

提出了兩個(gè)基于LID的城市設(shè)計(jì)，目的是補(bǔ)充傳統(tǒng)排水網(wǎng)絡(luò)，以減少洪水和流量，實(shí)現(xiàn)海綿城市設(shè)計(jì)。基于LID的城市設(shè)計(jì)情景A表示雨水管理和其他城市功能基于滲透和存儲(chǔ)的LID工具（15%）的組合。情景B基于LID的城市設(shè)計(jì)是滲透和基于存儲(chǔ)的LID（49%）組合，其中雨水調(diào)節(jié)優(yōu)先于其他城市功能，見(jiàn)表1。A和B的情景包括用于初期降雨的綠色屋頂、植被洼地和補(bǔ)充雨水輸送的渠道，以及用于存儲(chǔ)雨水并將其滲入下層土壤的生物滯留池和透水路面（圖1b和c）。

圖1 研究區(qū)域描述：a當(dāng)前，b情景A，c情景B

表1 當(dāng)前和城市設(shè)計(jì)情景下集水區(qū)的低影響開(kāi)發(fā)占比(%)

2.3 情景模擬

首先SWMM參數(shù)化，以描述14.5km2集水區(qū)在當(dāng)前未開(kāi)發(fā)狀態(tài)下的水文響應(yīng)見(jiàn)圖1a。該集水區(qū)被劃分為具有相同地表類型的均質(zhì)小集水區(qū)。然后，根據(jù)地形和雨水網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集以及文獻(xiàn)中的參考值確定子流域特征。根據(jù)2017年10月—2018年1月期間測(cè)量的3次降雨徑流事件，校準(zhǔn)了當(dāng)前狀態(tài)的SWMM模型。該模型在觀測(cè)徑流方面表現(xiàn)出一致且良好的性能。由于該模型無(wú)法觀測(cè)到的干旱期基流，因此僅對(duì)降雨量較大的事件進(jìn)行了校準(zhǔn)。然后，代表不同表面類型和文獻(xiàn)值的校準(zhǔn)參數(shù)值用于構(gòu)建上述基于LID的設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖1b和c。給定時(shí)間步長(zhǎng)（St）下的蓄水量通過(guò)使用公式1的模擬水平衡分量計(jì)算得出。

式中：

Rt—降雨；

Ft—排水網(wǎng)絡(luò)中損失的雨水，定義為洪水；

Dt—排水口的排放量；

It—滲入下層土壤的雨水；

Et—時(shí)間步長(zhǎng)t時(shí)作為蒸發(fā)蒸騰損失的雨水。

3.結(jié)果和討論

在短期極端降水事件E1中，見(jiàn)表2，具有最大海綿城市特性的情景B在緩解洪水和減少流量方面效果最好。洪水在水平衡中所占的比例從44%（當(dāng)前情景）減少到6%(情景A)和為0%（情景B），排放量從34%（當(dāng)前情景）變化到55%（情景A）和14%（情景B）。排放份額表明，情景B在緩解洪水和減少排放方面非常有效。雖然排放量很高，但仍表明，在極端降水期間，該情景將雨水從源頭輸送出去，以避免洪水。高流量水流主要是明渠中的暴雨水流見(jiàn)圖1b，其功能是一個(gè)緩慢的輸送系統(tǒng)。

表2 E1的水平衡組件份額

排水量的減少導(dǎo)致情景A和情景B的蓄水量增加。水平衡中的儲(chǔ)存比例從當(dāng)前情景的1%增加到了情景A的22%，再增加到了B的68%，這表明具有中等儲(chǔ)存能力的情景A可能有潛力成為中雨事件的海綿城市應(yīng)用場(chǎng)景之一。另一方面，情景B的高蓄水量表明，即使在像E1這樣的極端事件中，也可以作為海綿城市有效地應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)揮作用。

在當(dāng)前情況（21%）、情景A（17%）和情景B（17%）之間，僅觀察到滲透和蒸發(fā)的微小變化。在當(dāng)前情景，情景A和情景B的滲透和蒸發(fā)損失較小，這可歸因于具有基于存儲(chǔ)的LID系統(tǒng)的存儲(chǔ)優(yōu)于滲透。

從E2的長(zhǎng)期水平衡也可以看出，排放量的減少和儲(chǔ)存量的增加，見(jiàn)圖2。在這一長(zhǎng)期模擬中，情景A和情景B的洪水在當(dāng)前情景8mm都有所減少。此外，蓄流量從當(dāng)前情況下的150mm減少到情景A118mm，情景B減少到18mm。排水量的減少與蓄水量的增加相輔相成，蓄水量從0增加到15mm(情景A)和56mm(情景B)。與當(dāng)前情景相比，情景A和情景B的滲透和蒸發(fā)損失分別增加了10%和26%，這主要是由于LID系統(tǒng)中蓄水蒸發(fā)的變化。很明顯，由于儲(chǔ)水量、滲透和蒸發(fā)的增加，這兩種情況在減少洪水和排放方面都非常有效。

4.結(jié)論

這項(xiàng)研究證明了兩個(gè)基于LID的城市設(shè)計(jì)，在兩次降雨事件中實(shí)現(xiàn)海綿城市理念的有效性。通過(guò)評(píng)估各種水平衡成分的相對(duì)份額來(lái)量化其有效性。對(duì)于強(qiáng)烈的短期事件E1而言，通過(guò)有效地減少洪水和流量，并儲(chǔ)存大量雨水，情景A在減少洪水方面效果較差。然而，即使情景A不能作為E1等極端降水事件的應(yīng)用場(chǎng)景，它也顯示出長(zhǎng)期的低強(qiáng)度降水事件的可能性。這一點(diǎn)得到了長(zhǎng)期模擬E2結(jié)果的支持，在E2中，兩種方案都非常有效地減少了洪水和流量。