作者：李雨霏，吕永鹏，尹冠霖，莫祖澜

      摘要：针对海绵城市小区尺度采用水力模型模拟展开研究。为确定合适的子汇水分区划分精度，建立了三个精度的水力模型，即高精度水力模型、中精度水力模型、低精度水力模型，并与海绵城市建设实测数据进行了对比分析。研究结果表明，子汇水分区划分精度对模型模拟的水量结果在一定程度上无较大影响，模型对水量的模拟结果对实际情况有相对准确的参考价值。

      关键词：子汇水分区划分精度；水力模型；海绵城市

      由于近些年来城市极端天气频发，由暴雨所带来的城市内涝问题屡见不鲜。城市化的发展将绿地田园演变成钢筋水泥，导致城市综合径流系数攀升。传统依靠“快排”模式的雨水管网造价较高，无法迅速排出大量径流雨水，因此，源头净化—中途转输—末端调蓄协同控制的新型雨洪管理模式应运而生。海绵城市理念首次于2013年中央城镇化工作会议中被提出，并借鉴了不同国家的雨洪管理理念，通过在源头建设雨水花园、生态树池、植草沟、人工雨水湿地等低影响开发设施，分散调蓄径流雨水，同时削弱城市综合径流系数，涵养水源，使城市更加具有弹性。

      在海绵城市的建设过程中，水力模型如暴雨洪水管理模型（SWMM）、InfoWorksICM、MikeUrban等软件应用正慢慢普及，此类模型可用以模拟海绵城市建设中的径流、汇流、管道流等过程，判断是否出现积水点或内涝，具有一定的参考价值。但由于尚缺乏实测资料，模型运行的准确性缺少数据支持，模型率定存在难度。本文借助上海临港海绵城市建设试点平台的数据，对模型模拟结果进行分析比较，探索水力模型是否可在海绵城市建设中起到准确的模拟效果，不同精度水力模型的搭建对最终结果是否有较大的影响等问题。

      1临港海绵城市建设背景
      临港地区位于上海市东南角，是我国第二批海绵城市建设试点区，建设面积79km2。临港海绵城市建设项目按类型分为公园与绿地、建筑与小区、道路与广场、城市水体等，同时项目建设中，在具有代表性地区增设雨量计及流量监测仪，并将监测数据传输至临港海绵城市智慧管控平台，用以监测海绵城市建设效果。本文所利用的数据全部来源于临港海绵城市智慧管控平台，具有一定的准确性和代表性。

      2案例研究

      2.1 研究区域

      2.1.1 区域基本介绍
      本文以上海市临港某小区作为研究对象，此小区已完成海绵化改造，建设了雨水花园、透水铺装等低影响开发措施。重点研究地块内下垫面包括建筑屋面、绿地、停车位、道路及铺装等四类，根据测量统计，地块各下垫面组成如表1所示。

表 1  研究地块不同用地类型及其占比

      分析小区内高程点可知，小区整体较为平坦，高程在数值上无明显变化。因此在本模型中，高程值设定为4.2m。结合设计资料，小区内各下垫面组成，雨水花园，透水铺装的改造位置如图1所示，其中雨水花园合计738m2，透水铺装合计3525㎡。

图 1 研究地块不同用地类型及设施布置图

      2.1.2 雨水管网走向
      地块内雨水管网长度总计1844.7m，主要雨水管顺主路铺设，管径为DN300。小区为雨污分流制，地块内雨水通过主干管收集后统一从东侧排放口排出，末端雨水管管径为DN600。末端排口处设一流量监测仪，用于监测小区内雨水管网流量变化。地块内无客水进入。

      2.2 模型建立
      2.2.1 概化原则
      模型概化遵循如下3条原则。
     （1）基于汇水分区自身的排水特征，优先合并流向相同或具有相同排放节点的子汇水区。
     （2）为降低数据输入工作量，优先合并面积较小的子汇水区。
     （3）简化地块内雨水管网系统，利用地块内主要雨水管道信息建立排水系统，子汇水区径流雨水就近汇入附近管网节点[1]。

      2.2.2 概化结果
      通过分析研究地块的施工图，建立SWMM雨水管网模型，3个不同精度管网概化结果如下所示。
    （1）高精度雨水管网概化结果。研究地块内共概化雨水管渠158段，节点157个，管网末端设排放口1个，设置在研究区域东侧。
    （2）中精度雨水管网概化结果。研究地块内共概化雨水管渠59段，节点59个，管网末端设排放口1个，设置在研究区域东侧。
    （3）低精度雨水管网概化结果。研究地块内共概化雨水管渠46段，节点45个，管网末端设排放口1个，设置在研究区域东侧。

      研究地块SWMM建模图如图2所示。

(a)高精度建模图

(b)中精度建模图

(c)低精度建模图

      通过查询临港海绵城市建设平台数据，2018年8月16日0时至17日24时，总降雨量为212mm，具有典型暴雨特征。选取此典型48h暴雨实测时间序列的降雨输入文件中，用于研究在实测暴雨情况下，不同精度模型的结果差别。时间序列间如图3所示[5]。

图 3 典型 48 h 暴雨实测时间序列

      2.4 模型参数汇总

      2.4.1 产汇流模型参数汇总

      （1）水文参数。本模型中水文参数取值表分为子汇水区不渗透性参数取值表和其他水文参数取值表，其数值通过参考各文献及模型手册取适宜值，分别如表2、表3所示。
      表 2 子汇水区不渗透性参数

      表 3 其他水文参数取值范围

      （2）水力参数。在模型中，水力参数主要包括管道属性和相应节点及排放口属性。管道属性主要包括管长、管道坡度、管径、管道曼宁系数。

      2.3.2 低影响开发设施参数汇总
      在单位汇水分区中加入低影响开发（LID）设施过程中，需编辑设定每个LID设施相关图层的参数。在模型模拟过程中，LID设施包括表层、土壤层、蓄水层、储存层、地下排水管等元素。每个图层中的参数需单独定义，如厚度、LID设施体积、水力传导度等。在模型运行过程中，利用水量平衡方程跟踪每个图层实时出入流情况，其运行原理如图4所示[2][4]。

图 4 运行原理图

      在本文模拟过程中，各类设施在模型中的参数设置如表4至表6所示。
      表 4 渗透铺装系统模拟参考参数取值[7]

      表 5 雨水花园模拟参考参数取值

      2.3.3 模拟结果分析
      通过对模型进行模拟分析，在2018年8月16日至2018年8月17日内，3种精度模型模拟结果一致，且与实测流量数据结果如图5所示。

图 5 模型模拟结果与实际测量值分析图

      3 结语
    （1）SWMM模型对于海绵化小区改造的水量模拟具有相对准确的参考价值。
    （2）汇水分区的精度在一定程度上对于小区尺度的模拟结果影响不大，说明模型对于汇水分区精度等参数并不十分敏感。

      参考文献
      [1]莫祖澜.基于水体自净能力的河网闸泵调控优化模型研究[D].杭州:浙江大学,2014.
      [2]李雨霏.河网地区高密度建成区域截流调蓄系统优化方法研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2017.
      [3]韩松磊,李田,时珍宝.低影响开发设施提高上海建成区排水能力的模型研究[J].给水排水,2016(10):52-56.
      [4] 秦攀,雷坤,乔飞,等.子汇水区划分精度对SWMM模拟城市非点源的影响[J].环境科学与技术,2016(6):179-186.
      作者简介
      李雨霏，主要研究方向为海绵城市设计及水力模型模拟。现供职于上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司。