摘要：隨著城市化進(jìn)程加快、氣候多變，城市雨雪冰凍災(zāi)害日趨嚴(yán)重。針對(duì)冬季融雪帶來(lái)的地表積水問(wèn)題，利用Storm Water Management Model（SWMM）研究了機(jī)械、化學(xué)、人工3種清雪措施對(duì)冬季寒區(qū)城市融雪徑流規(guī)律和低影響開(kāi)發(fā)（LID）效果的影響機(jī)理。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3種清雪措施對(duì)于冬季寒區(qū)城市地表徑流調(diào)控起到了顯著作用，地表徑流控制率增幅為5.9%～21.8%。3種清雪措施與LID組合使用后，均可將地表徑流控制率提高至85%以上，相較于未清雪情景相比，地表徑流控制率提高了40.0%～44.2%；與單獨(dú)采取清雪措施相比，提高了22.4%～34.1%；與單獨(dú)采取LID措施相比，提高了1.5%～5.7%。因此，清雪措施與LID的結(jié)合使用可提高冬季城市地表徑流調(diào)控效果，不同清雪方式與LID的組合方式，對(duì)城市融雪徑流的調(diào)控效果差異顯著。

關(guān)鍵詞：寒區(qū)；城市徑流；融雪徑流；低影響開(kāi)發(fā)；清雪措施

中圖分類號(hào)：TV121文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-9235（2024）07-0028-10

馬振杰，馮右驂，田琳，等.不同清雪方式對(duì)城市融雪徑流調(diào)控效果研究［J］.人民珠江，2024，45（7）：28-37.

Effects of Different Snow Clearing Measures on Urban Snowmelt Runoff Management

MA Zhenjie1，F(xiàn)ENG Youcan2*，TIAN Lin1，GAO Jinhua1，XUE Lijun3

（1.College of Water Conservancy and Environmental Engineering，Changchun Institute of Technology，Changchun 130012，China;2.College of New Energy and Environment，Jilin University，Changchun 130023，China;3.Changchun Municipal EngineeringDesign and Research Institute，Changchun 130033，China）

Abstract：With the acceleration of urbanization and climate variability，urban disasters caused by rain，snow，and ice are becoming more consequential.In response to the issue of surface water accumulation due to snowmelt runoff in urban areas，the Storm Water Management Model（SWMM）is used to examine the influence of three kinds of snow clearing measures，i.e.，mechanical，chemical，and manual measures，on the patterns of snowmelt runoff as well as the winter performance of low-impact development（LID）in cold regions.The findings indicate that the three snow clearing measures play a significant role in the regulation of urban surface runoff in cold regions，leading to an increase in surface runoff control rates ranging from 5.9%to 21.8%.Three types of snow clearing measures，in combination with LID applications，could all level up the surface runoff control rate to above 85%.This represents a 40.0%～44.2%improvement compared to scenarios without snow removal，a 22.4%～34.1%improvement compared to scenarios with only snow clearing measured applied，and a 1.5%～5.7%improvement compared to scenarios when the LID is applied alone.Therefore，snow clearing measures combined with LID can significantly improve the urban regulation of snowmelt runoff，and the effects of the various combinations of different types of snow-clearing measures and LID could be remarkably different.

Keywords：cold regions;urban runoff;snowmelt runoff;low-impact development;snow clearing measures

洪澇災(zāi)害是既常見(jiàn)又具破壞性的災(zāi)害。在城市化進(jìn)程加快和全球氣候復(fù)雜變化的背景下，城市洪澇災(zāi)害頻發(fā)［1-3］。頻繁的積雪和凍融是寒區(qū)城市發(fā)生洪澇災(zāi)害的主要原因且冬季發(fā)生洪澇災(zāi)害較夏季更為常見(jiàn)，對(duì)社會(huì)、人口、基建影響嚴(yán)重［4-5］。隨著全球氣候的變化，寒區(qū)城市冬季溫度、降水均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，冬季雪面雨天氣發(fā)生的頻率、規(guī)模增加，同時(shí)來(lái)年春季融雪期時(shí)雪面雨事件和降雪天氣減少［6-8］。積雪融化和凍融循環(huán)導(dǎo)致城市地表積水迅速增加，影響人們?nèi)粘３鲂泻统鞘薪煌ㄟ\(yùn)行，造成了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失，未來(lái)隨著城市化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和極端天氣的頻繁發(fā)生，損失將會(huì)增加［9］。目前寒區(qū)城市地表積水給社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)不利影響的問(wèn)題是非常值得關(guān)注的［10］，強(qiáng)降雨普遍被認(rèn)為是城市地區(qū)主要的洪水發(fā)生事件，然而在加拿大、美國(guó)北部以及中國(guó)北方等寒區(qū)城市地區(qū)，受到頻繁的雨雪天氣和凍融影響，還會(huì)引發(fā)冬季洪澇災(zāi)害［11］。

基于暴雨洪水管理模型（SWMM），國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)冬季融雪徑流模擬進(jìn)行了相關(guān)研究。吳榮礎(chǔ)等［12］利用SWMM研究分析了降雪在不同環(huán)境下對(duì)低影響開(kāi)發(fā)（LID）設(shè)施的影響；Moghadas等［13］利用氣候數(shù)據(jù)對(duì)城市雨雪天氣徑流進(jìn)行了SWMM建模研究，揭示了雪中雨和夏季暴雨產(chǎn)流之間的差異；Javadinejad等［14］利用MODIS對(duì)積雪溫度和降水進(jìn)行監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)3種不同氣候情景下均會(huì)導(dǎo)致氣溫升高，降水、積雪面積減少且冬季產(chǎn)流最大。

寒區(qū)城市徑流管理與清雪過(guò)程息息相關(guān)，清雪是許多寒區(qū)城市冬季的重要手段，當(dāng)城市有大量積雪影響交通時(shí)，則要將道路上的積雪轉(zhuǎn)移走，解決道路積雪問(wèn)題［15-16］。目前傳統(tǒng)的清雪措施有機(jī)械、人工和化學(xué)清雪3種，而許多因素如地理位置、降水強(qiáng)度、費(fèi)用成本等會(huì)影響具體的清雪措施選擇［17］。對(duì)于3種清雪措施，其中，機(jī)械、人工清雪不能一次性將積雪清除，而化學(xué)清雪會(huì)腐蝕道路，污染土壤環(huán)境等［18］。目前，關(guān)于寒區(qū)城市傳統(tǒng)的清雪措施研究還很少，雖然可以查閱的文獻(xiàn)有很多，但真正運(yùn)用相關(guān)技術(shù)手段對(duì)城市積雪的清除研究還非常少，沒(méi)有單一的解決方案。

類似于解決夏季城市徑流，低影響開(kāi)發(fā)也可以被用于管理寒區(qū)冬季城市徑流，然而對(duì)于在寒冷氣候條件下LID應(yīng)用研究和實(shí)地調(diào)查是有限的。目前，埃德蒙頓市正朝著實(shí)施LID的方向前進(jìn)，此地區(qū)重點(diǎn)關(guān)注的是LID對(duì)于寒冷氣候的適應(yīng)性及有效性研究［19］；Matos等［20］在美國(guó)猶他大學(xué)分析了LID的水文效應(yīng)發(fā)現(xiàn)LID能夠減少總徑流量可達(dá)68%～95%；Xiao等［21］通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)冬季與夏季相比降低了LID的下滲性能和徑流管理能力，但加載LID與未加載相比表現(xiàn)出良好的調(diào)節(jié)冬季寒區(qū)城市徑流的潛力。通過(guò)以上學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)LID在冬季的水文性能仍需要繼續(xù)研究。

目前關(guān)于清雪措施及LID對(duì)冬季寒區(qū)城市地表徑流調(diào)控的水文規(guī)律研究還有待發(fā)現(xiàn)，本文目的是探尋清雪措施和LID設(shè)施以及二者組合方式后對(duì)冬季寒區(qū)城市徑流控制的水文規(guī)律，同時(shí)為寒區(qū)城市的地表徑流調(diào)控提供建議和可行性方案。

1方法

1.1研究區(qū)概況

本次模擬選取吉林省長(zhǎng)春市的某一區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，長(zhǎng)春市地勢(shì)相對(duì)平坦低緩，屬于溫帶季風(fēng)氣候，常年四季分明。根據(jù)中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)資料顯示，長(zhǎng)春市一年中有5個(gè)多月時(shí)間平均溫度低于0℃，其中1月為最冷月份，月平均氣溫為-15.1°C，最熱月份為7月，月平均氣溫為23.1°C，年均氣溫為4.6℃。長(zhǎng)春市年降水量為600～700 mm，冬季降雪頻繁，主要集中在11月至次年3月，占全年降水量的30%以上，積雪覆蓋面積較大，機(jī)械、人工、化學(xué)為3種普遍采用的清雪措施。年均風(fēng)速可達(dá)3.8 m/s，全年冰凍期持續(xù)大概5個(gè)多月的時(shí)間。劃分依據(jù)是根據(jù)區(qū)域內(nèi)的建筑分布、地形、道路以及檢查井和排水管道的位置（圖1），將研究區(qū)內(nèi)的典型集水區(qū)劃分為78個(gè)子集水區(qū)，其集水區(qū)面積為4.02 km2，采用SWMM模型來(lái)模擬產(chǎn)流過(guò)程。SWMM模型即為美國(guó)暴雨洪水管理模型，是一種基于水動(dòng)力學(xué)來(lái)模擬降雨、下滲、坡面匯流、蒸發(fā)、融雪以及管網(wǎng)排水系統(tǒng)等的動(dòng)態(tài)模擬模型，模型所需氣候數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象信息中心長(zhǎng)春站，管網(wǎng)數(shù)據(jù)來(lái)自CAD設(shè)計(jì)圖。其中水文、水力參數(shù)以及生物滯留系統(tǒng)相關(guān)模塊參數(shù)來(lái)自于前序研究（表1），對(duì)本地區(qū)具有代表性［21-22］。

1.2降雨徑流模擬

利用SWMM對(duì)匯水區(qū)進(jìn)行降雨徑流模擬時(shí)，遵循質(zhì)量守恒定律，見(jiàn)式（1）：

=i+VS-fp-E-q（1）

式中：d為徑流深度，mm；i為降雨速率，mm/h；VS為融雪速率，mm/h；fp為下滲速率，mm/h；E為蒸發(fā)速率，mm/h；q為徑流速率，mm/h。

本次模擬利用的下滲方法是Green-Ampt下滲理論，見(jiàn)式（2）：

fp=Ks（2）

式中；Ks為土壤飽和導(dǎo)水系數(shù)，mm/h；Ls為濕潤(rùn)鋒的深度，mm；ψs為濕潤(rùn)鋒處的吸力，mm。

1.3降雪徑流模擬

1.3.1積雪融雪的模擬

SWMM除了可模擬產(chǎn)匯流過(guò)程，還可以模擬積雪融雪過(guò)程，在積雪融雪模擬過(guò)程中，一是有降雨條件，采用能量平衡法進(jìn)行模擬計(jì)算，見(jiàn)式（3）：

VS=（0.001167+7.5γUA+0.007i）（Ta-32）+8.5UA（ea-0.18）（3）

式中：Ta為空氣溫度，℃;γ為濕度常數(shù)，Hg/℃;UA為風(fēng)速修正系數(shù)，mm/mm Hg-h；ea為空氣飽和水汽壓，Hg。

二是無(wú)降雨條件，采用度日法進(jìn)行模擬計(jì)算，見(jiàn)式（4）：

VS=D HM（Ta-Tbase）

（4）式中：Tbase為基礎(chǔ)融化溫度，℃;DHM為融化系數(shù)，mm/（℃·h）。

在模擬過(guò)程中，模型中的基礎(chǔ)溫度保持不變，但融化系數(shù)會(huì)隨季節(jié)的變化而變化，見(jiàn)式（5）：

式中：D MAX為最大融雪系數(shù)，mm/（℃·h）；DMIN為最小融雪系數(shù)，mm/（℃·h）；t為一年的日期數(shù)。

由于積雪是一種多孔介質(zhì)，任何時(shí)候都會(huì)有一定的“自由持水能力”，并不是所有融化的積雪都會(huì)產(chǎn)生徑流?！白杂沙炙芰Α痹赟WMM中被假定為可以變化雪深的一個(gè)常數(shù)分?jǐn)?shù)，融化積雪在產(chǎn)生徑流前，需滿足積雪的自由持水量，才會(huì)產(chǎn)生徑流，見(jiàn)式（6）：

FWC=Fr·Swe（6）

式中：FWC為自由持水量，mm；Fr為積雪深度的一個(gè)系數(shù)；Swe為雪深在任意時(shí)間段里水的當(dāng)量，mm。

1.3.2清雪措施的模擬

SWMM對(duì)匯水區(qū)除了可以產(chǎn)匯流模擬、積雪融雪模擬外，還可以進(jìn)行積雪清除模擬，清雪措施有機(jī)械、人工、化學(xué)清雪3種類型。利用SWMM對(duì)匯水區(qū)進(jìn)行清雪措施模擬，首先設(shè)置“可除雪不滲透面積分?jǐn)?shù)”參數(shù)，其次設(shè)置“除雪開(kāi)始時(shí)的深度”，為了模擬接近實(shí)際情況，除雪開(kāi)始時(shí)深度一般為0 mm，根據(jù)不同的清雪措施，選擇相應(yīng)的清雪參數(shù)，進(jìn)行清雪措施模擬。在SWMM中，“轉(zhuǎn)移到匯水區(qū)外的分?jǐn)?shù)”的參數(shù)對(duì)應(yīng)于模擬機(jī)械清雪，此參數(shù)是將匯水區(qū)的積雪清除到匯水區(qū)以外的地方去；“轉(zhuǎn)移到可滲透面積的分?jǐn)?shù)”的參數(shù)對(duì)應(yīng)于模擬人工清雪，此參數(shù)是將積雪清除到透水面中去，隨著來(lái)年融化期到來(lái)，積雪進(jìn)一步融化，轉(zhuǎn)化成積水，一部分下滲到地下，一部分轉(zhuǎn)化為徑流；“轉(zhuǎn)換為立即融化的分?jǐn)?shù)”的參數(shù)對(duì)應(yīng)于模擬化學(xué)清雪，此參數(shù)是將匯水區(qū)的積雪立即融化為積水存在于匯水區(qū)中，此過(guò)程中匯水區(qū)會(huì)增加徑流，隨著來(lái)年融化期的到來(lái)，徑流并不會(huì)消減很多。以化學(xué)清雪為例，見(jiàn)式（7）：

IMELT=Fm×

式中：ds為子集水區(qū)的積雪深度，mm；Fm為立即融化的當(dāng)前降雪分?jǐn)?shù)（0.7）；Δt為時(shí)間，h。

1.4 LID徑流模擬

SWMM對(duì)匯水區(qū)除了產(chǎn)匯流、積雪、清雪模擬外，還可以進(jìn)行LID模擬，模擬方法如下。

1.4.1透水鋪裝

表面層：=i+q0-e 1-f1-q 1

路面層：D4（1-F4）=f1-e4-f4

蓄水層：?3=f2-e3-f3-q3

1.4.2生物滯留池

表面層：?1=i+q0-e 1-f1-q 1

土壤層：D2=f1-e2-f2

蓄水層：?3=f2-e3-f3-q3

式中：?1為任何表面層的孔隙率；?3為蓄水層孔隙率；θ2為土壤層含濕量；θ4為路面層含濕量；f4為路面層排水速率，mm/h；d 1為地表蓄水深度，mm；d3為蓄水層水深，mm；q0為表面層進(jìn)流量，mm/h；q 1為溢流速率，mm/h；q3為蓄水層出流量，mm/h；e 1為表面蒸發(fā)速率，mm/h；e2為土壤層蒸發(fā)速率，mm/h；e3為蓄水層蒸發(fā)速率，mm/h；f1為土壤層下滲速率，mm/h；f2為穿透水速率，mm/h；f3為滲出水速率，mm/h；D2為土壤層厚度，mm。

1.5評(píng)價(jià)指標(biāo)

通過(guò)SWMM模擬得到的結(jié)果，需要對(duì)運(yùn)行完的結(jié)果進(jìn)行處理分析。評(píng)價(jià)指標(biāo)包括地表徑流控制率、水分收支情況、納什系數(shù)（ENS）等。其中地表徑流控制率見(jiàn)式（14）：

地表徑流控制率=100%-（總徑流量/總降雨量）×100%（14）

為了檢驗(yàn)SWMM模型在本研究區(qū)模擬結(jié)果的適用性，引入了納什效率系數(shù)（ENS）和相關(guān)系數(shù)（R2）來(lái)判斷其擬合程度和相關(guān)程度［22-24］：

式中：Q0為實(shí)測(cè)值；Qp為SWMM模擬值；Q avg為SWMM模擬值期望；Q avg1為實(shí)測(cè)值期望；n為實(shí)測(cè)值個(gè)數(shù)。

2結(jié)果與討論

2.1研究區(qū)SWMM模型的參數(shù)率定與驗(yàn)證

本文利用流量數(shù)據(jù)和水位數(shù)據(jù)進(jìn)行SWMM模型的參數(shù)率定與驗(yàn)證，其中，納什系數(shù)作為SWMM模型的率定標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)系數(shù)作為驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。其利用流量數(shù)據(jù)計(jì)算的納什系數(shù)和相關(guān)系數(shù)分別為0.48、0.72（圖2a）；利用水位數(shù)據(jù)計(jì)算的納什系數(shù)和相關(guān)系數(shù)分別為0.58、0.79（圖2b）。因本文主要對(duì)比不同清雪手段對(duì)于城市冬季產(chǎn)流的影響，因此模型率定精度可滿足研究需求。

2.2自然融雪徑流模擬

為研究冬季研究區(qū)自然融雪徑流過(guò)程的水分收支變化情況，選取2015年11月至2016年4月、2019年11月至2020年4月、2017年11月至2018年4月作為豐水、平水、枯水冬季，其降水量分別為101.9、83.7、52.8 mm，其中，所選取的豐水冬季（2015年11月至2016年4月）的4月份降水量較于平水、枯水冬季更大，出現(xiàn)異常值（圖3），利用SWMM對(duì)此3 a冬季時(shí)段研究區(qū)進(jìn)行模擬分析。

自然融雪徑流過(guò)程中研究區(qū)內(nèi)的地表徑流控制率隨著降水量的增加而逐漸減小，3 a冬季研究區(qū)的地表徑流控制率為45.9%～50.9%。3 a冬季由于降水量的不同，研究區(qū)內(nèi)的地表徑流控制率隨著冬季的干燥程度呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)，其變化與降水量有關(guān)（圖3），自然融雪徑流過(guò)程分為凍結(jié)期、融化期2個(gè)階段，其中凍結(jié)期溫度普遍低于0℃，研究區(qū)多以降雪天氣為主，徑流、下滲較少；融化期溫度普遍高于0℃，多以降雨天氣為主且隨著外界溫度的升高，凍結(jié)期內(nèi)的積雪融化成積水，一部分通過(guò)下滲方式進(jìn)入地下，一部分形成徑流存于地表，此階段研究區(qū)內(nèi)的下滲、徑流均達(dá)到最大。

接下來(lái)，本文以平水冬季為例，利用SWMM模型研究3種清雪措施、LID以及二者組合方式對(duì)研究區(qū)水分收支變化的影響。

2.3清雪措施對(duì)融雪徑流的影響

為研究冬季積雪融雪變化對(duì)寒區(qū)城市地表徑流的影響，利用SWMM進(jìn)行清雪措施的模擬。通過(guò)調(diào)節(jié)SWMM里的相關(guān)清雪參數(shù)，研究清雪措施對(duì)研究區(qū)水分收支變化的影響。

利用3種清雪措施后，研究區(qū)的地表徑流控制率均得到了不同程度的提高，幅度為5.9%～21.8%，體現(xiàn)了3種清雪措施對(duì)寒區(qū)城市地表徑流控制的顯著效果（表2）。3種清雪措施均對(duì)減緩寒區(qū)城市地表積水問(wèn)題有著重要幫助，但清雪機(jī)理各不相同，其中機(jī)械清雪是將積雪外遷，直接減少研究區(qū)內(nèi)的積雪和徑流總量；人工清雪是將研究區(qū)內(nèi)的積雪由不透水區(qū)域轉(zhuǎn)移到透水區(qū)域，隨著外界溫度的升高，積雪自然融化后下滲，從而減少地表融雪徑流；化學(xué)清雪是利用融雪劑降低研究區(qū)內(nèi)積雪和冰晶的熔點(diǎn)，使其在凍結(jié)期快速融化并形成地表徑流，但在整個(gè)凍融期內(nèi)徑流總量基本不變或略有損失。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，機(jī)械和人工清雪改變的是研究區(qū)內(nèi)積雪的位置，使其徑流減少，地表徑流控制率提高，而化學(xué)清雪快速提高積雪融化速率，在凍結(jié)期相對(duì)提高徑流量，但冬季整體徑流總量影響較小。

冬季凍結(jié)期內(nèi)研究區(qū)利用機(jī)械、人工清雪后各月徑流量較于未清雪時(shí)大幅度減少，利用化學(xué)清雪后研究區(qū)內(nèi)各月徑流量較于未清雪時(shí)大幅度增加，融化期時(shí)徑流量相對(duì)減少，各月下滲量在利用機(jī)械、化學(xué)清雪后并未發(fā)生明顯變化，而利用人工清雪后下滲量在凍結(jié)期內(nèi)變化不明顯，在融化期內(nèi)明顯增加（圖4）。需要注意的是，由于現(xiàn)有的SWMM中沒(méi)有提供重新分配積雪后的下滲功能，使得利用化學(xué)清雪措施后的下滲量并未發(fā)生明顯變化，但機(jī)械、人工清雪并未在凍結(jié)期產(chǎn)生大量融化，所以不受此缺陷的影響。

總之，雖然3種清雪措施的清雪機(jī)理不同，但均對(duì)冬季研究區(qū)內(nèi)的徑流調(diào)控起到了關(guān)鍵作用，為結(jié)合實(shí)際清雪情況，接下來(lái)需要對(duì)組合式清雪措施進(jìn)一步模擬分析。

2.4 LID對(duì)融雪徑流的影響

為進(jìn)一步調(diào)控冬季寒區(qū)城市的地表徑流，利用SWMM研究LID對(duì)城市水文過(guò)程的影響。通過(guò)調(diào)節(jié)SWMM的LID參數(shù)，研究加載LID后研究區(qū)的水分收支變化規(guī)律。

冬季研究區(qū)加載LID后下滲量較于未加載時(shí)顯著增加，徑流量相應(yīng)明顯減少，且下滲量、徑流量整體呈現(xiàn)冬季凍結(jié)期少，融化期多的變化趨勢(shì)，地表徑流控制率得到了大幅度提高，提高幅度為38.5%，體現(xiàn)了LID對(duì)于減緩寒區(qū)城市地表徑流的顯著作用（表3、圖5）。由于加載LID后研究區(qū)內(nèi)的硬化路面相應(yīng)的減少以及綠地覆蓋面積的增加，大部分雨水通過(guò)下滲的方式進(jìn)入地下，研究區(qū)內(nèi)的下滲量顯著增加，間接地使得研究區(qū)內(nèi)的地表徑流大幅度減少，地表徑流控制率得到了相應(yīng)的提高。

2.5清雪措施結(jié)合LID對(duì)融雪徑流的影響

為達(dá)到較高的地表徑流控制率，進(jìn)一步探討研究區(qū)內(nèi)利用清雪措施加載LID后的水分收支情況。利用SWMM對(duì)研究區(qū)進(jìn)行模擬，研究3種清雪措施加載LID后對(duì)研究區(qū)水分收支變化的影響規(guī)律。

冬季研究區(qū)利用3種清雪措施加載LID后的地表徑流控制率均達(dá)到了85%以上，地表徑流控制率為87.6%～91.8%（表4）。其中較于未清雪時(shí)地表徑流控制率提高了40.0%～44.2%，較于清雪措施提高了22.4%～34.1%，較于LID提高了1.5%～5.7%，體現(xiàn)了清雪措施加載LID的組合方式對(duì)寒區(qū)城市地表徑流消減控制的顯著效果和積極作用（表2—4）。

在清雪措施后加載LID過(guò)程中，研究區(qū)內(nèi)的積雪在冬季降雪積累期時(shí)先通過(guò)清雪措施得到簡(jiǎn)單的清除，使得研究區(qū)內(nèi)的積雪深度降低，徑流減少，隨著時(shí)間的推移，溫度升高，研究區(qū)內(nèi)的積雪融化成積水再經(jīng)過(guò)LID處理，使得研究區(qū)內(nèi)的徑流進(jìn)一步減少，地表徑流控制率得到顯著的提高，由于LID不能減少積雪，而清雪措施可以對(duì)寒區(qū)城市內(nèi)的積雪進(jìn)行處理，可作為L(zhǎng)ID對(duì)寒區(qū)城市徑流控制的重要補(bǔ)充手段。

冬季研究區(qū)在單獨(dú)加載LID與在化學(xué)清雪后加載LID得到的地表徑流控制率變化幅度不大，分別為86.1%、87.6%（表3、4）。由于利用化學(xué)清雪后研究區(qū)內(nèi)的徑流總量減少不明顯，地表徑流控制率較于未清雪相比提高幅度不大，所以此兩種情況下加載LID后得到的地表徑流控制率變化不明顯。由于使用氯化鈉（NaCl2）、氯化鈣（CaCl2）等化學(xué)融雪劑后會(huì)腐蝕冬季寒區(qū)城市道路，污染土壤環(huán)境，為了減少或降低利用化學(xué)清雪造成的寒區(qū)城市環(huán)境危害，在冬季降雪積累期內(nèi)，可以不利用化學(xué)清雪對(duì)寒區(qū)城市地表徑流進(jìn)行調(diào)控，隨著來(lái)年春融期的到來(lái)，積雪融化成積水，直接通過(guò)加載LID的方式來(lái)控制寒區(qū)城市的地表徑流。由于冬季降雪所帶來(lái)的融雪徑流不可忽視，為了緩解來(lái)年春季融化期時(shí)LID的承載能力，可以在冬季降雪積累期內(nèi)利用化學(xué)清雪方式對(duì)城市地表徑流先進(jìn)行調(diào)控，然后再利用LID進(jìn)一步地控制，以達(dá)到減緩冬季凍結(jié)期融雪徑流帶來(lái)的地表積水壓力。綜上討論，可以根據(jù)實(shí)際的具體情況，選擇相應(yīng)的徑流調(diào)控方式，以達(dá)到更好的徑流控制效果。

冬季研究區(qū)利用3種清雪措施后的積雪深度均發(fā)生了不同程度的變化，而加載LID后并未發(fā)生變化（圖6），所以LID難以單獨(dú)解決冬季積雪帶來(lái)的徑流問(wèn)題，需配合清雪措施使用。冬季研究區(qū)利用3種清雪措施加載LID后各月的下滲量整體較于未加載時(shí)發(fā)生了大幅度增加，徑流量相應(yīng)減少且下滲、徑流量整體呈現(xiàn)冬季凍結(jié)期少，融化期多的變化趨勢(shì)并在融化期時(shí)達(dá)到峰值（圖7）。當(dāng)處于降雪積累期時(shí)，溫度低于0℃，LID并不會(huì)發(fā)揮明顯作用，而利用清雪措施后研究區(qū)內(nèi)的徑流會(huì)減少，而處于降雪融化期時(shí)，溫度高于0℃，隨著溫度的升高，研究區(qū)內(nèi)的積雪漸漸融化，此時(shí)LID發(fā)揮作用，使其下滲明顯增加，相應(yīng)的徑流顯著減少。

對(duì)于在整個(gè)冬季凍融循環(huán)過(guò)程中，由于清雪措施所解決的是冬季固態(tài)積雪問(wèn)題，而LID所解決的是液態(tài)積水問(wèn)題，2種解決冬季徑流問(wèn)題的技術(shù)手段所發(fā)揮的時(shí)間段不同，其中清雪措施所發(fā)揮的時(shí)間段為降雪積累期，LID所發(fā)揮的時(shí)間段為降雪融化期，所以考慮清雪措施搭配LID后研究區(qū)內(nèi)的地表徑流控制率較于單一措施技術(shù)得到進(jìn)一步的提高。

雖然LID對(duì)于整個(gè)冬季寒區(qū)城市的地表徑流消減顯著，但對(duì)于在降雪積累期時(shí)，寒區(qū)城市地表積雪嚴(yán)重，LID并不能發(fā)揮其作用，為了避免城市道路的暢通，補(bǔ)充清雪措施顯得尤為重要，不僅能夠使城市交通順暢，還能使城市地表徑流減少，地表徑流控制率提高，有助于減少寒區(qū)城市地表積水嚴(yán)重等問(wèn)題。

3結(jié)論

針對(duì)長(zhǎng)春市某匯水區(qū)建立SWMM模型，研究3種清雪措施對(duì)于融雪徑流調(diào)控效果進(jìn)行模擬分析，得到如下關(guān)鍵結(jié)論。

冬季研究區(qū)利用3種清雪措施后的徑流調(diào)控效果明顯，地表徑流控制率均得到了不同程度的提高，其中利用機(jī)械、人工清雪后研究區(qū)內(nèi)的地表徑流控制率提高幅度均為21.8%，化學(xué)清雪提高幅度為5.9%。利用機(jī)械清雪后研究區(qū)內(nèi)的積雪清除量增加，利用化學(xué)清雪后研究區(qū)在凍結(jié)期內(nèi)的徑流量增加，而利用人工清雪后研究區(qū)在融化期內(nèi)的下滲量增加，體現(xiàn)了3種清雪措施對(duì)于冬季寒區(qū)城市地表徑流調(diào)控的不同作用，但3種清雪措施對(duì)冬季寒區(qū)城市地表徑流調(diào)控起到了積極作用，為減少寒區(qū)城市地表積水問(wèn)題提供方法。

冬季研究區(qū)單獨(dú)加載LID后下滲量顯著增加，徑流量明顯減少，其地表徑流控制率大幅度地提高且提高幅度為38.5%。利用3種清雪措施與LID組合措施，可將地表徑流控制率提升至85%以上，為87.6%～91.8%，其中較于未清雪地表徑流控制率提高了40.0%～44.2%，較于單獨(dú)使用3種清雪措施提高了22.4%～34.1%，較于單獨(dú)使用LID提高了1.5%～5.7%，體現(xiàn)了3種清雪措施搭配LID的組合方式對(duì)寒區(qū)城市地表徑流消減控制的進(jìn)一步提升效果。LID技術(shù)對(duì)于冬季寒區(qū)城市地表徑流管理發(fā)揮了顯著效果，為減緩寒區(qū)城市內(nèi)澇災(zāi)害的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)提供解決手段。

根據(jù)冬季寒區(qū)城市地表徑流的調(diào)控要求，可選擇不同清雪方式、LID以及二者組合方式進(jìn)行調(diào)控，其中機(jī)械、人工清雪所消減的地表徑流明顯，化學(xué)清雪其次，但地表徑流控制率均未達(dá)到85%以上，而單一LID以及搭配不同清雪方式后所提高的地表徑流控制率顯著，均達(dá)到了85%以上，所以為了要提高冬季寒區(qū)城市地表徑流的調(diào)控效果，可選擇LID搭配不同清雪方式進(jìn)行調(diào)控，但單一清雪方式和LID也均對(duì)冬季寒區(qū)城市地表徑流控制起到積極作用。對(duì)于未來(lái)氣候可能增加雪面雨的發(fā)生頻率，LID和3種清雪方式對(duì)冬季寒區(qū)城市地表徑流的調(diào)控效果有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

雖然LID對(duì)于整個(gè)冬季寒區(qū)城市的地表徑流消減顯著，但對(duì)于在降雪積累期時(shí)，寒區(qū)城市地表積雪嚴(yán)重，LID并不能發(fā)揮其作用，為了保證城市道路的暢通，補(bǔ)充清雪措施顯得尤為重要。城市化進(jìn)程加快和全球氣候多變給寒區(qū)城市內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，而清雪措施和LID技術(shù)可以幫助削減寒區(qū)城市的地表徑流，使其地表積水減少，有效緩解寒區(qū)城市春融期的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

［1］HAMOUZ V，MUTHANNA T M.Modelling of Green and GreyRoofs in Cold Climates Using EPA’s Storm Water Management Model［C］//New Trends in Urban Drainage Modelling：UDM 2018 11.Springer International Publishing，2019：385-391.

［2］付超.基于SWMM模型的邯鄲某區(qū)城市內(nèi)澇模擬研究［D］.邯鄲：河北工程大學(xué)，2020.

［3］LUO P P，LIU L M，WANG S T，et al.Influence assessment of new Inner Tube Porous Brick with absorbent concrete on urban floods control［J］.Case Studies in Construction Materials，2022，17.DOI：10.1016/j.cscm.2022.e01236.

［4］ZHOU Q Q，LENG G Y，HUANG M Y.Impacts of future climate change on urban flood volumes in Hohhot in northern China：benefits of climate change mitigation and adaptations［J］.Hydrology and Earth System Sciences，2018，22（1）：305-316.

［5］ANDRADóTTIR Hó，ARNARDóTTIR A R，ZAQOUT T.Rain on snow induced urban floods in cold maritime climate：Risk，indicators and trends［J］.Hydrological Processes，2021，35（9）.DOI：10.1002/hyp.14298.

［6］AYGüN O，KINNARD C，CAMPEAU S.Impacts of climate change on the hydrology of northern midlatitude cold regions［J］.Progress in Physical Geography：Earth and Environment，2020，44（3）：338-375.

［7］R?IS?NEN J，EKLUND J.21st Century changes in snow climate in Northern Europe：a high-resolution view from ENSEMBLES regional climate models［J］.Climate Dynamics，2012，38：2575-2591.

［8］DONG C Y，MENZEL L.Recent snow cover changes over central European low mountain ranges［J］.Hydrological Processes，2020，34（2）：321-338.

［9］BERNET D B，PRASUHN V，WEINGARTNER R.Surface water floods in Switzerland：what insurance claim records tell us about the damage in space and time［J］.Natural Hazards and Earth System Sciences，2017，17（9）：1659-1682.

［10］WILBY R L，KEENAN R.Adapting to flood risk under climate change［J］.Progress in Physical Geography，2012，36（3）：348-378.

［11］SEMADENI-DAVIES A，BENGTSSON L.Snowmelt sensitivity to radiation in the urban environment［J］.Hydrological Sciences Journal，1998，43（1）：67-89.

［12］吳榮礎(chǔ)，張震，李榮，等.降雪對(duì)烏魯木齊市海綿城市LID設(shè)施的影響［J］.水利水電技術(shù)，2019，50（6）：85-92.

［13］MOGHADAS S，LEONHARDT G，MARSALEK J，et al.Modeling urban runoff from rain-on-snow events with the US EPA SWMM model for current and future climate scenarios［J］.Journal of Cold Regions Engineering，2018，32（1）.DOI：10.1061/（ASCE）CR.1943-5495.0000147.

［14］JAVADINEJAD S，DARA R，JAFARY F.Climate change scenarios and effects on snow-melt runoff［J］.Civil Engineering Journal，2020，6（9）：1715-1725.

［15］SNAKAMAE S，OKAWADO T，HARA F，et al.Development of a Cost Management Method for Road Snow Removal in Cold，Snowy Regions［C］//Proceedings of the Eastern Asia Society for Transportation Studies，2009.

［16］J?RVI L，GRIMMOND C S B，TAKA M，et al.Development of the Surface Urban Energy and Water Balance Scheme（SUEWS）for cold climate cities［J］.Geoscientific Model Development，2014，7（4）：1691-1711.

［17］ZHANG J，DAS D K，PETERSON R.Selection of effective and efficient snow removal and ice control technologies for cold-region bridges［J］.Journal of Civil，Environmental，and Architectural Engineering，2009，3（1）：1-14.

［18］ZHAO W K，ZHANG Y N，LI L，et al.Snow melting on the road surface driven by a geothermal system in the severely cold region of China［J］.Sustainable Energy Technologies and Assessments，2020，40.DOI：10.1016/j.seta.2020.100781.

［19］LI X F，LIU Z K，WANG C J，et al.The study of bioretention applications for sustainable urban stormwater management in cold climates［C］//Annual General Conference，2012：535-542.

［20］MATOS C，SáA B，BENTES I，et al.An approach to the implementation of Low Impact Development measures towards an EcoCampus classification［J］.Journal of Environmental Management，2019，232：654-659.

［21］XIAO S L，F(xiàn)ENG Y C，XUE L J，et al.Hydrologic Performance of Low Impact Developments in a Cold Climate［J］.Water，2022，14（22）.DOI：10.3390/w14223610.

［22］HE L，LI S，CUI C H，et al.Runoff control simulation and comprehensive benefit evaluation of low-impact development strategies in a typical cold climate area［J］.Environmental Research，2022，206.DOI：10.1016/j.envres.2021.112630.

［23］HASHIMOTO H.A spatial Nash equilibrium model［C］//Spatial Price Equilibrium：Advances in Theory，Computation and Application：Papers Presented at the Thirty-First North American Regional Science Association Meeting Held at Denver，1985.

［24］PEARSON K X.On the criterion that a given system of deviations from the probable in the case of a correlated system of variables is such that it can be reasonably supposed to have arisen from random sampling［J］.The London，Edinburgh，and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science，1900，50（302）：157-175.

（責(zé)任編輯：高天揚(yáng)）