孫孝天，陳帥

基于SWMM與GIS的某高校低影響開發(fā)設(shè)施對內(nèi)澇模擬研究

孫孝天，陳帥

（安徽建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

海綿城市也稱低影響開發(fā)（LID），可以通過分散、小規(guī)模的源頭控制機(jī)制和設(shè)計(jì)技術(shù)[1]來有效控制暴雨所產(chǎn)生的內(nèi)澇和面源污染。模擬結(jié)果對LID設(shè)施有良好的徑流削減效果，且能減輕暴雨時(shí)校園雨水管網(wǎng)的工作壓力，緩解甚至防止校園內(nèi)澇的發(fā)生。

海綿城市；生態(tài)環(huán)境；不透水區(qū)域；綠地

據(jù)統(tǒng)計(jì)，合肥地區(qū)有各類高等院校60所，在校學(xué)生62.86萬人，形成了合肥大學(xué)城、磨店大學(xué)城兩個(gè)大學(xué)城。這些校區(qū)占地面積十分廣闊，所以對大學(xué)校園進(jìn)行海綿體改造是十分必要和可行的。將原有的校園排水管網(wǎng)則作為體系的支撐與補(bǔ)充和海綿體設(shè)施相互配合作用，使校園開發(fā)建設(shè)后的水文特征接近開發(fā)前[2]，有效緩解校園內(nèi)澇帶來的負(fù)面影響，減少人員出行不便的麻煩和生態(tài)環(huán)境的破壞。

1 研究區(qū)域概況

選取合肥某高校校區(qū)北部作為研究對象。研究對象總面積約為4.36 hm2，不透水區(qū)域主要由屋頂與路面組成，不透水區(qū)域由綠地組成。土地利用類型如圖1所示。

圖1 研究區(qū)域土地利用類型圖

2 子區(qū)域概化

從施工圖紙中將管網(wǎng)資料輸入到模型之中。使用泰森多邊形法劃分子匯水區(qū)域并使用GIS建立數(shù)字高程模型后，將地理高程信息導(dǎo)入到模型之中。

研究區(qū)域概化情況如圖2所示。

圖2 校園下墊層概化圖

3 LID措施

此次校園海綿城市改造主要選用綠色屋頂，透水鋪裝與生物滯留設(shè)施。LID設(shè)施設(shè)置參數(shù)參考了SWMM用戶手冊以及相關(guān)文獻(xiàn)[3-4]。LID設(shè)施情況如表1所示。

表1 LID設(shè)施一覽表

LID設(shè)施LID占地面積/m2LID面積所占研究地塊百分比/（%） 透水鋪裝6 57615 綠色屋頂4 3499 生物滯留設(shè)施4 72910 合計(jì)15 65434

4 降雨模擬

本次降雨模擬采用合肥市暴雨強(qiáng)度公式，降雨歷時(shí)2 h，取0.4。經(jīng)過專門的雨型合成軟件，合成計(jì)算出暴雨重現(xiàn)期1年、2年、5年與10年的降雨過程線，如圖3所示。

圖3 不同重現(xiàn)期2 h降雨過程線

5 模型運(yùn)行結(jié)果及分析

將不同重現(xiàn)期的降雨過程線數(shù)據(jù)整理成時(shí)間序列輸入到模型之中，分別計(jì)算模擬出現(xiàn)狀與經(jīng)過LID改造后匯水區(qū)的徑流流量及徑流峰值[5]。校園現(xiàn)狀與LID改造后徑流流量對比及削減率如表2所示。

表2 校園現(xiàn)狀與LID改造后徑流流量對比及削減率

方案重現(xiàn)期 1a2a5a10a 現(xiàn)狀/m31 3901 7902 3102 760 LID方案/m39301 1901 5701 870 削減率/（%）3333.532.632.2

可以看出，經(jīng)過LID改造后，徑流流量削減十分顯著。隨著重現(xiàn)期的增大，削減率略有下降但仍能保持在32%～33%之間。

校園現(xiàn)狀與LID改造后徑流峰值對比及削減率如表3所示。

表3 校園現(xiàn)狀與LID改造后徑流峰值對比及削減率

方案重現(xiàn)期 1a2a5a10a 現(xiàn)狀/m31.011.31.72.05 LID方案/m30.60.791.131.45 削減率/（%）40.639.233.529.2

流量峰值的削減率從40.6%下降到29.2%，說明隨著重現(xiàn)期增大，降雨強(qiáng)度隨之提高，徑流峰值削減效果會(huì)有所降低，但還能起到可觀的作用。

一年一遇2 h降雨排水口流量對比如圖4所示，兩年一遇2 h降雨排水口流量對比如圖5所示，五年一遇2 h降雨排水口流量對比如圖6所示，十年一遇2 h降雨排水口流量對比如圖7所示。

可以看出，經(jīng)過LID改造后從總排水口流出的流量有所減少，并且隨著重現(xiàn)期的增大，流量削減效果也越來越突出。

6 結(jié)論

本文基于現(xiàn)有校園的管網(wǎng)及地形地貌，結(jié)合芝加哥降雨線分別現(xiàn)狀及LID改造后校園徑流及排水口交流變化，從模擬結(jié)果上看，LID設(shè)計(jì)可有效減少徑流流量和流量峰值，可有效防止校園出現(xiàn)大面積積水的情況，而從總排口的流量變化可以看出，LID設(shè)計(jì)隨著重現(xiàn)期的增長在排水口流量的削減效果也越來越突出，這說明LID設(shè)施可有效降低暴雨期間校園原有雨水管網(wǎng)設(shè)施的壓力。

圖4 一年一遇2 h降雨排水口流量對比

圖5 兩年一遇2 h降雨排水口流量對比

圖6 五年一遇2 h降雨排水口流量對比

圖7 十年一遇2 h降雨排水口流量對比

［1］溫莉，彭灼，吳珮琪.低沖擊開發(fā)理念指導(dǎo)下的城市空間利用策略［C］//規(guī)劃創(chuàng)新：中國城市規(guī)劃年會(huì)論文集.重慶：中國城市規(guī)劃年會(huì)，2010：1602-1612.

［2］葉露瑩，吳東，薛秋華.基于海綿城市視角下的生態(tài)校園建設(shè)［J］.重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016（4）：46-50.

［3］張大偉，趙冬泉，陳吉寧，等.芝加哥降雨過程線模型在排水系統(tǒng)模擬中的應(yīng)用［J］.給水排水，2008，34（3）：355-357.

［4］胡愛兵，任心欣，丁年，等.基于SWMM的深圳市某區(qū)域LID設(shè)施布局與優(yōu)化［J］.中國給水排水，2015（21）：96-100.

［5］劉小壯.基于SWMM建筑小區(qū)LID方案比選及水量水質(zhì)的模擬評(píng)估［D］.長沙：湖南大學(xué)，2018.

TU986.5

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.027

2095－6835（2019）20－0068－02

〔編輯：張思楠〕