基于SUSTAIN模型的雨洪管理规划_林伟斌

基于 Ｓ Ｕ Ｓ ＴＡ Ｉ Ｎ 模型的雨洪管理规划
林伟斌 ， 郑郁善 ＊
（ ） 福建农林大学 园林学院 ， 福建 福州 ３ ５ ０ ０ ０ ２ 但缺乏科学合理的前期评估 摘 要： 在我国推行海绵城市的背景下 ， 各地区开始大 量 建 设 雨 洪 管 理 项 目 ， 方法 。 笔者采用 Ｅ 以福 建 农 林 大 学 下 安 校 区 作 为 研 究 基 地 ， 分析对比其 Ｐ Ａ 开发的 Ｓ Ｕ Ｓ ＴＡ Ｉ Ｎ 模型作为载体 ， 在开发前 、 现状场景 、 雨洪措施规划场景下年径流削减和污染物削减情况 ， 结果表明 ， 基于 Ｓ Ｕ Ｓ ＴＡ Ｉ Ｎ 的雨洪管 理措施能有效减少径流和污染物 。 关键词 ： 海绵城市 ； 校园绿地 ； 低影响开发 Ｓ Ｕ Ｓ ＴＡ Ｉ Ｎ 模型 ； （ ） 中图分类号 ： ９ ８ ６． ２ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： ２ ０ ９ ５ ８ ２ ４ ２ ０ １ ６ ０ ３ ０ ７ １ ４ ＴＵ ４ ０ ０ － － －
， 林伟斌 （ 男， 福建仙游人 ， 福建农林大学园林学院硕士研究生 。 １ ９ ８ ９－ ） 作者简介 ： ， 郑郁善 （ 男， 福建闽清人 ， 福建农林大学园林学院教授 ， 博士生导师 ， 本文通信作者 。 １ ９ ６ ０－ ）
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郑郁善 林伟斌 ，
影响正常的 教 学 、 科 研 活 动。 区 域 内 有 一 个 大 型 田径场 ， 保留有一个景观湿地 水池 ， 诚智楼群和实 验楼群之 间 有 大 量 的 分 散 绿 地 。 根 据 Ｌ Ｉ Ｄ 规划 要求 ， 可以实施分散式的雨洪 管理措 施 ， 从源头开 实验楼 始控制雨 水 径 流 。 学 校 操 场 全 貌 见 图 １， 楼间绿地见图 ２。
２ 模型建立
Ｕ Ｓ ＴＡ Ｉ Ｎ 模型准备阶段该需要大量的 基 在 Ｓ 础资料 ， 本研究以 ２ ０ １ ５ 年全年每天每 ３ 小时的降 雨数据作为研 究 基 础 数 据 ， 其他的气象资料包括 日平均气温 、 平 均 风 速、 最 高 气 温、 最低气温等材 料， 根据 Ｓ 将降雨 Ｕ Ｓ ＴＡ Ｉ Ｎ 模型的资料识别要求 ， 资料转化为 ｄ 将气象资料转化成 ａ ｔ格 式 的 材 料 ，
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郑郁善 林伟斌 ，
可见 ， 开发后下 垫 面 不 透 水 面 积 的 增 大 对 年 径 流 总量影响很大 ， 增幅北子集水区 、 西子集水区都在 １倍 以 上。 由 于 西 子 集 水 区 存 在 较 大 的 绿 地 缓 冲， 东子集水区有大片的水土 保持科 技 园 林地 ， 故 年总径流增长较小 。 北子集水区年径流总量削 加入 Ｌ Ｉ Ｄ 措施后 ，
图 ５ 集水区和雨水管网分布图
图 ６ Ｌ Ｉ Ｄ 措施规划布置图
３ 结果与讨论
开发后的场景北子集水区年 与开发前 相 比 ，
３ ， 涨幅１ 西子集水 径流量增加了３ ９ ６ ４ ９ｍ ５ ９． １％ ； ３ ， 涨幅１ 东子 区年径流量增加了８ ９ ７ ４ ６ｍ ０ ７． ７％ ； ３ ， 涨幅８ 集水区年径流量增加 了 ７ ５ ４ ０ ７ｍ ５． ８％ 。
［ ５］
１ 研究区域概况
） ， 坐落于福 简称“ 福建农大” 福建农林 大 学 （ 建省省会福州 市 ， 是全国建校最早的农林院校之 一， 是福建省 重 点 建 设 高 水 平 大 学 之 一 ， 是农业 部与福建省政 府 共 建 大 学 、 国家林业局与福建省 政府共建大学 ， 是全国首批硕士学位授予权单位 和全国第二批 博 士 学 位 授 予 权 单 位 ， 教育部本科 教学工作水平 评 估 优 秀 高 校 ， 国家首批卓越农林 人才教 育 培 养 计 划 改 革 试 点 高 校 。 学 校 东 临 闽 江， 西临乌龙江 ， 南倚妙峰山 ， 北靠淮安山 ， 校园三 面被繁茂的山 林 所 环 绕 ， 形成开口向西的马蹄形 丘陵谷地 ， 全年 气 候 冬 短 夏 长 ， 温 暖 湿 润， 有利于 各类生物的生长和繁殖 。 下安校区为 福 建 农 林 大 学 在 ２ ０ ０ ７年进行校 园扩建的校区 ， 有 诚 智 教 学 楼 群、 实 验 楼 群、 下安 桃山公寓楼 、 下安食堂 ， 作为容纳教学 、 科研 、 学生 住宿多功能 复 合 区 域 。 然 而 ， 区域内却没有进行 严重 科学的雨洪规划 ， 在雨季经常发生集水现象 ，
３ ， 削减了 ５ 西子集水区年径 减至 ３ ５ ８ ４ ５ ｍ ５． ５ ２％ ； ３ ， 削减了 ３ 流总量削减至 ５ 东子集 ７ ９ ３ ２ ｍ ３． ４ ８％ ；
］ 景园林场地设计中的应用 ［ 湖北工程学院学报， Ｊ ． （ ） ： ２ ０ １ ５， ３ ５ ６ ９－１ ０ ３． ９ ［ 张太平 ． 广州城市河岸带环境及最佳管理 ２］ 黄新雨 ， ］ ： 措施 ＢＭＰ 生 态 科 学， ｓ应用 初 探 ［ Ｊ ． ０ １ ４（ ５） ８ ５ ８ ２ －８ ６ ４． ［ ３］ 赵国翰 ．基 于 低 影 响 开 发 的 城 市 排 水 系 统 改 造 研 究［ 成都 ： 西南交通大学 ， Ｄ］ ． ２ ０ １ ５． ［ 戴 菲． 我国绿色基础设施研究进展综述 ４］ 贾 行 飞， （ ） ： ［ ］ 风景园林 ， ０ １ ５ ８ １ ８－１ ２ ４． １ Ｊ ． ２ ［ 姚 海 蓉， 唐 颖， 等． 城市降雨径流控制 Ｌ ５］ Ｉ Ｄ 贾海峰 ， ： ］ 水 科 学 进 展， ＢＭＰ ｓ规划方法及 案 例 ［ ０ １ ４（ ２） Ｊ ． ２ ２ ６ ０－２ ６ ７． ［ 王浩正 ， 赵 冬 泉， 等． 城市暴雨处理及分析集 ６］ 邢薇 ， ］ 成模型 系 统 （ 介绍［ 中 国 给 水 排 水， Ｓ Ｕ Ｓ ＴＡ Ｉ Ｎ） Ｊ ． （ ） ： ０ １ ２， ２ ８ ２ ９－３ ３． ２ ２
时间可以忽 略 。 根 据 现 场 校 园 排 水 管 网 的 特 征 ， 为提高模拟的效率 ， 同时在现状的基础上 ， 将雨水 井、 雨水管道 进 行 概 念 化 ， 在 主 要 的 高 程 变 化 点、 管网拐点等区域设置雨水收集井 。 根据现状排水 系统 ， 主要为内部渠道排水 ， 本研究划分了北部子 集水区 、 南部子集水区 、 东部子集水区三个主要集
图 ２ 实验楼楼间绿地
对于基地内的主要雨洪问题归纳如下 ： （ ） 缺乏基于雨洪管理的 校园雨 水 专 项规划 。 １ 福州地区大学 校 园 规 划 主 要 考 虑 通 过 沟 渠 、 管道 等传统的 雨 水 管 理 手 段 快 速 将 场 地 内 的 雨 水 外 排， 在雨水规 划 上 缺 乏 关 于 雨 洪 管 理 的 内 容 。 在 雨季 ， 部分下水管容易发生溢 流事件 ， 地面大量垃 圾物会堵塞雨水管道和雨水收集口 。 （ ） 校园用地不透水下垫面面积大 ， 雨季积水 ２ 严重 。 大 学 校 园 规 划 广 场 、 建 筑、 停 车 厂、 运动场 等不透水下垫 面 占 用 比 例 大 ， 在暴雨时产生较大 的地 表 径 流 ， 而校园场地设计的排水系统多为２ 不能应对极端气候背景 ～３ 年 一 遇 的 降 雨 标 准 ， 下短历时的强降雨 ， 极易造成部分交通干道 、 广场 用地积水 ， 严重影响校园中师 生出行 ， 甚至造成一 定的经济损失 。 — ７ ２ —
我国很多城市 随着城市 化 和 全 球 气 候 变 迁 ， 在雨季 都 会 发 生 严 重 的 内 涝 。 近 年 来 ， 北 京、 上 海、 广州 、 深圳等大中城市都发生过严重的城市内 涝， 造成严 重 的 财 产 损 失 和 人 员 伤 亡
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水质分析模型 ， 可以 对 ＢＭＰ 和 Ｌ Ｉ Ｄ 的 措 施 类 型、 安置地点 和 实 施 效 果 进 行 科 学 有 效 的 设 计 与 评 估， 对于我国开 展 暴 雨 管 理 措 施 的 模 型 分 析 与 设
６］ 城
市中大量绿地 的 高 程 普 遍 高 于 路 面 ， 道路容易被 淹没 ， 导致道 路 周 边 绿 地 形 成 绿 岛 。 国 外 城 市 发 展的过程中也 遇 到 过 类 似 的 问 题 ， 在应对这些问 （ Ｂ ｅ ｓ ｔ ， ） 、 （ 低影响开发 Ｍ ａ ｎ ａ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｅ ｓ ＢＭＰ ｓ ｏ ｗ Ｌ ｇ ［ ３］ 、 ， ） 绿 色 雨 水 基 础 设 Ｉ ｍ ａ ｃ ｔ Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｌ Ｉ Ｄ ｐ ｐ ４］ （ ，Ｇ ） 等 施［ Ｇ ｒ ｅ ｅ ｎ Ｓ ｔ ｏ ｒ ｍｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｓ Ｉ 有效利用城市绿地进行暴雨水管理的方法 。 根据 我国国情 ， 人们提出了海绵城 市的概 念 ， 各地根据 自身的气候 、 区位 、 经济发展情况制定了各种海绵 城市规范 ， 如南 宁 市 制 定 了 南 宁 市 海 绵 城 市 规 划 设计标准及南宁市海绵城市规划设计导则 。 美国 Ｅ Ｐ Ａ 开发了搭载在 Ａ ｒ ｃ Ｇ Ｉ Ｓ平台上的 模型自带 有 水 文 模 拟 软 件 ， 其主 Ｕ Ｓ ＴＡ Ｉ Ｎ 模型 ， Ｓ 要框架包 括 构 架 管 理 模 块 、 土 地 模 拟 模 块、 ＢＭＰ 模拟模块 、 传输模拟模块 、 优化模块和后处理模块 七类
图 ４ 绿屋顶适宜建设区域
建筑屋顶 ， 将建筑周边绿地改造为雨水花园 ， 以管 控来自建筑屋顶的雨水 。 西部集水区充分利用 实 验楼与教学楼 之 间 的 绿 地 设 置 雨 水 花 园 ， 并在教 学楼与实验楼屋顶设置绿屋顶 。 东部集水区因 为 坡度较陡 ， 可以设置雨水花园的面积有限 ， 因此结 合雨水罐来控制来之屋顶的径流 。Ｌ Ｉ Ｄ 雨洪管理 措施布置图如图 ６ 所示 。
图 １ 学校操场
ｗｍ 格式的材料 。 ｓ 本研究通过 Ｓ Ｕ Ｓ ＴＡ Ｉ Ｎ 模型中对雨洪管理 措 施物 理 限 制 条 件 的 设 定 ， 借助 Ａ ｒ ｃ Ｇ Ｉ Ｓ强大的图 形资料的读取 和 分 析 识 别 功 能 ， 读取研究区域的 数值地形图 、 地 下 水 位 特 征、 土 壤 类 型、 集水区坡 度、 研究区域的 道 路 信 息 等 资 料 进 行 各 雨 洪 管 理 措施的筛选 ， 经过初步的现场调研 ， 选取了雨水 花 园、 绿屋顶 、 生态草沟 、 雨水桶 、 透水铺装作为建 设 雨洪管理措施 的 区 域 ， 最终选取出雨水花园适宜 。 可 以 看 出， 建设区域 （ 见 图 ３） 雨水花园适宜建 设的区域主要位于楼间绿地 、 广场周边绿地 ， 东部 由于坡度较 陡 ， 适 宜 建 设 的 绿 地 较 少。 绿 屋 顶 的 适宜建设区域见图４。 从图４ 可以看出 ， 大部分屋 顶都适宜建设绿屋顶 ， 结合现场调研 ， 需要排除安 新苑的坡屋顶 建 筑 、 实验楼旁的实习基地的坡屋 顶建筑 。 根据现 状 排 水 管 网 的 布 局 和 现 状 ， 调研 研究区域的雨 水 收 集 井 、 雨 水， 本 研 究 区 域 较 小， 雨 水收集的时间均不超过一个 小 时 ， 管网的流动