南方地区海绵城市水文模型构建及应用发表时间：2019-01-02T11:05:56.190Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第27期作者：李简朝1 李凌1 林观祥1 卓镇伟2 唐雄飞3 [导读] 随着近些年来我国经济的迅猛发展，国内城市的建设形式越来越多样，海绵城市建设理念应运而生。

1 中铁房地产集团华南有限公司广东广州 510000 2广州市卓骏节能科技有限公司 3科进香港有限公司摘要：海绵城市，作为一种生态建设，是落实生态文明建设的重要举措，是改善城市水环境、提高城市水安全等多重目标的有效手段。

水文模型是进行海绵城市设计以及评估的重要手段。

为了对水文模型在南方地区海绵城市建设设计评估方法进行探讨，本文以南方地区某市一个学校的LID改造项目为例，分别从海绵城市水文模型构建过程中划分汇水分区、参数输入、制定指标体系、评估分析几个方面，阐述了海绵城市水文模型构建及应用的方法，望能为海绵城市的水文模型理论应用发展提供价值。

关键词：南方地区；海绵城市；水文模型；构建Construction and Application of Urban Hydrographic Model of Sponge in Southern Region Lijianzhao1 Li Ling1 Lin guanxiang1 Zhuo zhenwei2 Tang xiongfei3 （1 China Railway Real Estate Group South China Co.，Ltd..Guangdong Guangzhou 510，000）Abstract：sponge city，as an ecological construction，is an important measure to implement the construction of ecological civilization，and is an effective means to improve the urban water environment and improve the urban water security.Hydrographic model is an important technical guarantee for the construction of sponge city.In order to improve the pertinence of the construction of sponge city in different regions，this paper takes the LID renovation project of a school in a city in the South as an example，from the aspects of dividing catchment area，parameter input，establishing index system and evaluation and analysis，to expounds the construction and application of sponge city hydrological model，and provides help for the healthy development of the city. Key words：Southern region；Sponge City；Hydrographic models；build前言随着近些年来我国经济的迅猛发展，国内城市的建设形式越来越多样，海绵城市建设理念应运而生。

目前应用较广泛的雨洪模型可分为水文模型与水力模型两大类。

水文模型采用系统分析的方法，将汇水区域中复杂的水文变化概化为“黑箱”或者“灰箱”系统；水力模型以水力学为理论基础，通过联立连续性方程与动量方程模拟水体自身以及水体与河床、管道、污染物等其它介质之间的相互关系。

当前国外主流的模型城市雨洪模型的类别繁多，应用较广泛的雨洪模型可分为水文模型与水力模型两大类。

现行的雨洪模型多将水文模型与水力模型进行耦合，可用于城市排洪防涝规划，城市市政雨水管网设计以及非点源污染控制等。

国外对于相关理论的研究始于 20 世纪 30 年代。

进入 20 世纪 60 年代后，计算机技术的蓬勃发展为城市雨洪模型提供了良好的技术保障。

据统计，与城市雨洪模拟相关的有40 余种。

目前应用较广泛的模型包括 SWMM、HSPF、Inforworks CS、DHI-MIKE、MOUSE。

各模型之间各有优势与弊端，SWMM 模型凭借自身操作简单易掌握、运用范围广、包含 LID 模块、模拟误差相对较小、模型源代码均开源等优点在国内外得到广泛应用，国内利用SWMM 模型对雨水花园、过滤带等低影响开发设施的模拟，对学校、住宅小区的水质水量模拟，甚至运用到城市排水管网规划、城市的防洪计算中。

据统计，国内与 SWMM 相关的文献达千余篇，研究相对成熟，结合研究区域的实际特情况，因此本文选择 SWMM 作为LID模拟模型。

1建模过程以水文模型为工具对径流总量控制为目标的项目方案进行评估，其方法及原理主要为按照设计方案构建模型，选用合理的参数、降雨输入模型，进行模拟，统计分析降雨量和径流量，计算得出项目年径流总量控制率。

本研究以广西某市的一个学校的LID改造项目为例，进行SWMM模型的构建，具体建模过程如下：（1）划分研究区域的汇水分区、汇水通道、管网系统等；（2）确定LID设计控制目标（例如年降雨总量控制率70%）；（3）设定SWMM模型输入，包括地形、土壤、土地利用、不透水率、坡度等；（4）初步设定不同LID设施可能告知指标及组合并进行模拟，分析是否满足设计目标；（5）调整控制指标，直至满足设计目标，设定过程及末端控制的BMP措施，进行水文模拟；确定最优的LID+BMP组合措施，制定指标体系。

（6）评估LID设施在径流总量和污染物削减方面的功效；（7）评估LID设施在径流峰值方面的削峰作用。

2 设计暴雨在我国的市政雨水管渠设计中，通常利用暴雨公式选择降雨强度最大的雨作为设计标准。

这种降雨的特点是降雨强度大，降雨历时短，降雨面积小。

然而，该方法设计简单，但不能综合反映区域的典型降雨特征。

该项目组已收集广西某市1957年至2015年的逐日降雨量数据，共59年，先以年最大值法整理历年日降雨数据，再进行重现期暴雨分析。

各年最大逐日降雨量如下表1所示。

表1：广西某市各年最大单日降雨量列表3.SWMM模型构建3.1子汇水区划分按照业主提供的相关图纸，根据不同的下垫面类型将小区划分成若干个汇水区，总共197个子汇水区。

3.2 SWMM模型参数本研究采用的SWMM模型主要参数及获取方式如表2所示。

表2 低影响开发LID模型主要参数及获取方式根据广西相关研究，本研究中主要水文参数表取值如表3所示：表3：低影响开发LID模型水文参数取值3.3 LID模块设置SWMM模型中LID设施模块考虑模拟以上提到的5种不同LID设施，其中包括这些措施的径流量、流量变化过程和径流系数。

5种不同的LID设施分别是：植草沟：对于直接降雨以及从周围地区汇集的径流提供存储、渗透以及蒸发等功能。

下沉式绿地：利用开放空间承接和贮存雨水，达到减少径流外排的作用。

雨水花园：将雨水通过植物的截流与土壤的下渗作用过滤、净化雨水，以达到消减雨水径流量的作用。

透水铺装：雨水会通过路面进入下面砾石蓄水层，在那里以自然的渗透率进入原来的土层。

调蓄池：进入调蓄池进行调蓄，以减少进入下游水体的污染物。

LID设施计算模块用单位面积上各层特性的组合模拟LID性能，这样可以将计算区域分成不同子区，而这些子区域具有相同的特性，从而模拟LID设施的可行性。

3.4模型建立按照子汇水区特征、地表竖向、雨落接入形式确定径流进入管网节点，建立基础模型（传统管网模型，无LID），得出模型模拟结果数据。

NO-LID模型如图1所示。

图1 NO-LID模型示意图根据基础模型的模拟结果及海绵城市的基本原则确定LID初步方案，建立LID模型，分析LID模型水力负荷及效率。

3.5模型结果分析（1）年径流总量控制率目标年径流总量控制率70%对应的设计降雨量（22.6mm）是强制性控制标准，模拟结果如下图所示，添加低影响开发（LID）设施后的径流量满足70%年径流总量控制率的要求。

（2）LID措施前后径流峰值及径流总量对比根据模拟结果调整LID方案，重复分析模拟过程，直至达到设计目标。

LID措施前后径流峰值及径流总量对比如表4所示。

表10 12 LID措施前后径流峰值及径流总量对比采用3年一遇短历时降雨进行模拟，选取典型管段进行分析，添加LID之后管道充满度基本不满管，满足3年一遇排水要求。

另外由于示范区是雨污合流制，所以实施LID之后，将大大减少进入合流制管网的径流，减少溢流量，削减污染物总量。

对于5年一遇24小时的降雨，添加LID设施后，径流峰值削减了45.45%；对于10年一遇24小时的降雨，添加LID设施后，径流峰值削减了35.72%；对于20年一遇24小时的降雨，添加LID设施后，径流峰值削减了27.78%；对于30年一遇24小时的降雨，添加LID设施后，径流峰值削减了10.53%。

4结束语综上所述，海绵城市建设实施效果如何，其径流总量的控制率是关键指标，本文选择 SWMM 作为LID模拟模型，基于室外排水设计规范选取3年、5年、10年、20年及30年作为设计暴雨重现期。

结果表明，研究区域的海绵城市措施具有适用性和实用性，主要表现为径流消纳、洪峰的削减，且对中、小降雨事件相应的径流效应更为显著，随着降雨重现期的增加，调控效果呈现出逐渐减弱的趋势。

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