基于SWMM的年径流总量控制率计算探讨

年径流总量控制率是我国海绵城市建设的一个重要指标,采用模型软件计算该指标是行业发展的一个趋势。通过构造一个无下渗能力的极端特殊案例,证明年径流总量控制率和开发后雨量径流系数之和并不为1。基于该案例模型模拟结果和《浙江省海绵城市规划设计导则(试行)》定义,计算各LID设施或设施链的年径流总量控制率,并和《海绵城市建设技术指南》容积法计算结果相比。由于计算原理的不同,模型法计算得到的年径流总量控制率只能用于单个LID设施或设施链,未经LID设施处理的不透水子汇水区年径流总量控制率为0。     

深圳市罗湖区海绵城市建设规划研究

文章以深圳市罗湖区海绵城市建设规划与为案例,通过构建模型,对全区现状年径流总量控制率等指标进行了分析,摸清区域特点与海绵城市建设条件,明确高度城市化暴雨地区海绵城市建设的理念、规划等问题。通过数值模拟,分析规划用地条件下LID组合措施效果,发现针对高度城市化地区,开展海绵城市建设,需统筹水网、路网、土地更新,在不具备大规模建设蓄水设施的前提下,采用植草沟、下沉式绿地、透水铺装等措施效果较好。     

城市更新区海绵改造对降雨径流的控制研究

以深圳市西丽环保产业园为例,通过现场监测和雨洪管理模型(SWMM)模拟方法,分析海绵改造后产业园区的径流控制效果。结果表明,不同场次降雨中,雨水花园峰现时间延后12～40 min,且峰现时间延后作用为雨水花园透水铺装,随着降雨历时增加,LID(低影响开发)设施的径流控制效果降低。海绵改造后,研究区年径流总量控制率达到73.9%,比改造前增加43.4%。通过分析,组合LID措施可以更大程度地减少径流系数、延迟峰现时间,更好地发挥海绵效益。     

不同水文年型海绵城市径流总量控制率特征研究

国家海绵城市试点已进入验收阶段,径流总量控制率是建设效果评估的关键指标之一。海绵城市建设技术指南中给出了径流总量控制率的计算方法,但它是通过长序列(一般30年以上)降雨数据排序计算得到的,是反映了长期降雨规律的一个综合平均值。海绵城市考核的年份往往对应具体的水文年型,用统一的综合平均值去考核具体的水文年型,在丰水年标准偏严,在枯水年偏松,不能客观反映海绵城市的建设效果。本文定量分析了海绵城市径流总量控制率的年际变化特性和概率分布特征,基于海绵城市建设技术指南核算了特定年份径流总量控制率的客观指标,可为海绵城市建设效果的考核提供参考依据。     

基于SWMM的海绵校园径流控制效果评估——以萍乡市北星小学为例

为了研究海绵校园LID措施的径流控制效果,以萍乡市北星小学的改造项目为例,利用萍乡市暴雨强度公式计算各个重现期的设计降雨,借助雨洪管理模型(SWMM),构建LID改造前后的降雨-径流模型,模拟不同设计降雨条件下校园内分别采用组合LID及单独布设LID措施的径流控制效果,以及透水路面堵塞情形下的径流控制效果。结果表明:校园海绵化改造后,年径流总量控制率达到75%,污染物削减率在60%左右,排放口流量峰值时刻延后7～10 min;三种LID措施对校园径流量削减的贡献度排序为透水铺装下沉式树池下沉式绿地,对污染物削减的贡献度排序为下沉式绿地下沉式树池透水铺装;透水路面堵塞对径流控制效果的影响在降雨重现期30a时显著增大。通过对结果分析,设计方案下的海绵校园径流控制效果均达到预期目标,对一般的小范围海绵校园进行LID改造具有一定的参考价值。     

海绵城市规划中年径流总量控制目标分解方法研究

海绵城市建设的控制目标包括径流总量控制、径流峰值控制和径流污染控制。其中,年径流总量控制率是总量控制、峰值控制和污染控制的实施载体,是海绵城市建设目标的集中体现。在不同层次的海绵城市规划中,如何科学合理地落实年径流总量控制率目标,是近年来海绵城市规划编制的重要探索内容。采用多因子权重综合评分法,根据研究区域的不同特点和尺度,确定不同的评分指标及评分权重,综合评估不同区域海绵城市建设的适宜性,差别化落实年径流总量控制率目标。     

海绵城市雨水年径流总量控制率研究——以沈阳市中心城区为例

径流年总量控制率是海绵城市规划建设需要控制的核心指标,对于海绵城市的建设实施具有重要的指导作用。本文以沈阳市中心城区雨水年径流总量控制率为研究对象,从建设需求、建设要求、建设的可行性3个方面进行分析,比较现状沈阳市域及中心城区的水文特征,参考国家要求及其他城市年径流总量控制率的选取范围,并对沈阳市现状及规划用地情况进行系统研究,最终确定适用于沈阳市的雨水年径流总量控制率。     

基于LID模式的雨水管控能力模拟与综合效益评估

海绵城市的建设理念是在保证城市能够合理排水除涝的前提下,尽可能地实现雨水在城市区域的渗透、蓄存和净化,促进雨水资源的循环利用和生态环境的保护。以山东省临沂市兰山区东关片区B区某地块作为研究区域,运用SWMM模型模拟该区域处于低影响开发前和3种不同LID组合方案下对雨水水量和水质净化的管控能力;然后采用层次分析法评估体系对其综合径流系数、峰值削减率、峰现延迟时间、污染物负荷削减率和LID设施建设造价成本等多效益指标进行综合量化评价,最终得出组合方案1为该研究区域最优的设计方案,其综合效益最佳。研究结果可为临沂市在旧城改造建设过程中进行海绵城市LID设施方案的选择提供借鉴。     

基于“生动、生态、生机”理念的海绵城市规划实践——以上海张家浜楔形绿地规划设计为例

针对海绵城市建设面临的问题和挑战,以水循环为纽带、将城市暴雨-径流、水污染治理和城市生态绿地、湿地建设与市政建设规划管理联系为一体的概念与规划方法在国内外各地都有所应用。综合考虑区域防洪排涝、面源污染负荷削减与生态景观,编制了张家浜楔形绿地海绵城市专项规划,提出以生动社区、生态绿地、生机河流为海绵城市建设目标,因地制宜将多种LID措施进行组合,对单个地块都实现了指标的管理与控制,并用SWMM模型预估该地区海绵城市的建设效果,结果表明该规划预计可取得较好成效,年径流总量控制率由61.2%上升至80.4%,进入河道的洪水峰值削减量27.1%。     

基于数值模拟的新建片区海绵设计特点分析

以国内南方新建设片区为例,结合地块的海绵设计要求,构建由土壤渗透能力、地下水位、城市下垫面和地形因子4个指标的综合评价体系,从日降雨和多年降雨这两个尺度进行径流控制率评估,对海绵城市设计的特点进行了分析,针对不同土地利用类型、不同降雨边界,分析了LID设施对径流(径流量与径流污染)的影响。     

海绵城市建设中若干水文学问题的研讨

针对海绵城市建设面临的问题和挑战,提出了以水循环为纽带、将城市暴雨-径流、水污染治理和城市生态绿地、湿地建设与市政建设(排水、排污)规划管理联系为一体的"城市水系统"的概念与方法。基于水文学原理,分析了目前海绵城市建设中最为关键、也是质疑较多的年径流总量控制率概念,指出现行的年径流总量控制率的计算实质是年降水总量控制率。如果回归到水文学概念,年径流总量控制率就必须与水文系统响应的增益因子,即径流系数建立内在的联系;需要研究径流系数并非常数,而是与土壤湿度、降水强度和下垫面组合的时变非线性理论问题。此外,对比分析了现行海绵城市建设低影响开发措施和改进后的年径流总量控制率之间的关系,深入剖析了"城市看海"发生的条件与风险。最后就海绵城市建设与规划的水文学基础亟待改进的方面:径流系数非线性、区分自然条件和城市化后的蓄水量变化的差别、考虑河湖水系调蓄和陆地蒸散发、与流域大海绵调控结合、风险管理等,进行了研讨,并提出了未来我国海绵城市建设的若干建议。     

低影响开发模式下城市雨洪控制效果模拟研究

由于贵安新区作为国家第一批海绵城市试点,对我国西南地区的其他城市有非常好的借鉴作用。本文以贵安新区示范区为研究对象,构建暴雨洪水管理模型(SWMM),并根据贵安新区海绵城市建设相关规划,结合研究区下垫面特征,在不同重现期降水情景下设计7种LID措施组合情景并进行相应的模拟与分析,评估不同LID措施组合对雨洪控制的效果,寻求最优LID措施组合。结果表明:LID措施组合方案的雨洪控制效果均优于单一LID措施,其中下凹式绿地+透水铺装组合措施对高频暴雨和低频暴雨的洪峰流量削减率高达67.2%和44.5%,延缓洪水峰现时间,可以很好地发挥雨洪控制作用,增加雨洪资源的利用量。结合径流系数控制效果,下凹式绿地+透水铺装组合的造价可以降低60.3%,综合考虑水文效应与经济效应,得到贵安新区LID措施的最优配置为:下凹式绿地+透水铺装。以上结果可为贵安新区的城市雨洪管理及海绵城市建设提供相应的理论支撑。     

深圳民治河流域低影响开发措施水文效应评估

低影响开发措施为一类较为有效的城市雨洪管理方法,在海绵城市建设中应用较为广泛。为评估其水文效应,以深圳民治河流域为研究区域,构建SWMM城市雨洪模型,设计3种LID措施方案,分别计算不同重现期降雨情形下3种LID措施实施前后的径流过程。结果表明:透水铺装和下凹式绿地等LID措施均对峰现时间有一定的延迟作用,对洪峰流量和径流量均有不同程度的削减效果,且洪峰流量和径流量的削减率均随着降雨重现期增大而减少,透水铺装和下凹式绿地两者的组合实施可以更好地发挥控制径流作用。     

萍乡市西门片区海绵城市建设水文响应与成本效益分析

海绵城市是当前国家大力推行的城市水问题综合治理理念,目前已从三年试点期转入大规模建设阶段。针对当前海绵城市建设的效果评价问题,为了对海绵城市建设成效进行综合评估,以萍乡市西门片区为例开展了研究。基于SWMM构建了西门片区城市水文模型,将原始情景和海绵情景进行对比,分析海绵城市建设的水文响应和成本效益。结果表明:对于设计面积下的组合海绵措施情景,在2～100a一遇的设计暴雨情景下,西门片区径流峰值减控率为18.34%～14.93%,径流总量减控率为17.91%～14.90%,海绵措施的径流减控率随着设计暴雨重现期的增加而减小。不同海绵措施的"经济-有效性"均随着设计暴雨重现期的增加而减小,其中,下沉式绿地的成本效益值在各不同设计暴雨情景下均最高。研究成果对于丰水地区海绵城市绿色基础设施建设具有参考价值。     

丘陵区海绵城市建设模式研究——以凤凰县为例

针对丘陵区城市的地形地貌和降雨径流特点,从生态海绵流域的全局视角,以现代化湿地花园城市为目标,合理布设"渗、滞、蓄、净、用、排"等海绵建设设施,并在措施布设时考虑丘陵地区对水土流失防治、地质灾害防控、水系景观美化等特殊要求,提出丘陵区海绵城市建设方案。以丘陵区城市湖南省凤凰县为案例,具体分析了海绵城市建设的目标指标和适宜建设措施。研究结果表明:通过海绵城市建设,凤凰县新建区年径流总量控制率达到83%,总的年径流总量控制率为80%;丘陵区海绵城市建设不应局限于建成区内,应针对产汇流过程急速形成、易出现山洪和内涝灾害的"两碰头"等问题,通过低影响开发措施和建成区外海绵体措施,开展生态海绵流域建设;丘陵区海绵城市应区分建成区内和建成区外,设定相应的建设目标和控制指标,建成区外应对堤防达标、雨水排放、水源保护区、水土保持、地质灾害防治等开展系统性建设和整治,建成区内应对可渗透地面、下凹式绿地、污水集中收集处理、地表水体水质、非常规水源利用、城市管网等方面开展系统性建设和整治。研究成果对丘陵区探索海绵城市建设模式具有重要的参考意义和实用价值。     

基于全生命周期的海绵设施雨洪管理成本与效益模拟研究

针对当前海绵城市建设的成本与效益问题,以江苏省某市的新建医疗中心二期工程为例展开研究。基于场地现状确定不同类型的海绵设施组合,使用SWMM对场地在不同降雨条件与不同海绵设施组合下的雨洪管理效果进行模拟,最后基于全生命周期进行成本与效益评价。结果表明：海绵设施可有效加强城市雨洪管理,可使峰值径流量减小53.32%～70.14%,使出水口流量减小6.67%～53.33%;不同海绵设施的雨洪控制能力和成本效益值与暴雨强度呈反比,其中基于透水下垫面的海绵设施的单位面积径流控制量与成本效益值均高于基于不透水下垫面的海绵设施。研究成果对于场地尺度下的海绵城市规划设计具有参考价值。     

基于生态海绵流域视角的河湖联控方案研究——以湖南省凤凰县为例

海绵城市建设除了实施一系列低影响开发措施之外,还需通过河湖联控措施调丰济枯,实现保障径流总量控制率以及其他城市排水防涝安全、供水安全、生态安全等一系列涉水控制目标。基于生态海绵流域的视角,提出了海绵城市在建成区外和建成区内的建设思路以及相应的河湖联控策略:建成区外主要是做好城市防洪治涝的顶层设计,构建城市外围水安全保障体系,统筹考虑解决城市外围流域内的防洪安全、水资源、水环境、水生态等问题;建成区内以城市河湖为核心,科学安排、因地制宜进行城市海绵体建设,构建多尺度排水系统,弹性应对不同强度的降雨。以湖南省凤凰县为例进行了应用研究。结果表明,河湖联控方案实施后:(1)结合LID等其他海绵城市建设措施,凤凰县年径流总量控制率预期将达到82.9%,满足80%的目标要求;(2)凤凰县防洪排涝标准可以由目前的10年一遇提高到20年一遇的水平;(3)城乡供水保证率预期将达到98%,满足大于95%的目标要求;(4)雨水收集利用率预期将达到20%,满足大于10%的目标要求。可见,研究制定的凤凰县河湖联控方案在技术上是可行的,有效解决了凤凰县的防洪、水资源短缺和生态用水问题,为凤凰县的海绵城市建设提供了有力支撑和保障。     

基于HydroInfo的海绵城市建设效果分析——以天水市为例

合理设定海绵城市建设措施及规模是海绵城市科学规划设计的关键。径流总量控制作为海绵城市的刚性指标,是衡量海绵城市建设效果的关键标尺之一。以分析海绵城市建设预期效果为目标,以天水市为例,采用HydroInfo多维耦合降雨径流模型,将研究区剖分为10 902个三角形网格、5 748个计算节点,采用MUSCL途径提高离散精度,对海绵城市建设的径流总量控制进行定量计算和验证。结果表明:在设计降雨条件下,研究区域现状外排比例为81.2%,增设14%绿地和25%蓄水设施后,下渗、蓄水、外排比例分别为64.9%、20.1%、15%,可以实现渗蓄比例高于85%的径流总量控制目标;在20年一遇暴雨情景下,海绵城市建设后外排系数为43.9%,蓄存比例为12.8%,下渗比例可达30.5%,蓄滞水量由14.14万m~3增加到118.69万m~3;该海绵城市建设方案有效提升了研究区渗、滞、蓄水能力,降低了城市排水压力和内涝风险。研究成果为海绵城市规划和建设提供了实用方法。