管理视角下海绵城市年径流总量控制率

年径流总量控制率是海绵城市建设最重要的核心指标之一。我国各城市将年径流总量控制率逐级分解至城市管控分区层面,此做法缺乏管控分区层面目标可达性分析,且无法考证城市总体建设目标的可达性。研究基于InfoWorks ICM建立的排水管网水力模型、二维城市/流域洪涝淹没模型及可持续城市排水系统(SUDS)模型,从城市开发建设管控的基底——“地块”出发,在不同开发指标下研究其年径流总量控制率潜力,精准确定海绵城市管控分区层面目标可达性。以此为基础,将年径流总量控制率精准表达至地块并形成管控分区图,有效指导海绵城市建设与管理,保障城市、管控分区、地块三级指标稳定可达。

海绵城市年径流总量控制率指标分解探析

减少雨水径流外排,地块内雨水径流就地消纳利用是海绵城市建设的重要目标之一,雨水径流外排量由年径流总量控制率这一指标体现,如何科学合理地确定年径流总量控制目标,是近年来海绵城市建设过程中主要探索内容。以广州科教城片区为例,结合片区下垫面、排水管网等资料,利用容积法对年径流总量控制率进行指标分解,同时采用Infoworks ICM模型对各地块年径流总量控制率指标分解的合理性进行模拟验证,结果显示各地块在按照规划年径流总量控制率开发建设后,片区排水管网均满足10年一遇设计重现期,在100年一遇降雨条件下部分区域虽出现积水,但无内涝发生。研究表明,分解确定的各地块年径流总量控制率可用于指导片区开发建设,通过海绵城市建设可有效降低雨水外排,提升区域防灾减灾能力。

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。

中国日降雨空间变化对雨水径流源头总量控制的影响

为研究中国不同区域的降雨特征对径流总量控制效果的影响,利用186个气象站近30年的日降雨量资料,通过空间分析与统计计算,得到不同年径流总量控制率所对应的设计降雨量以及年均控制降雨量;结合年径流总量控制率与年均控制降雨量的关系将中国区域分为9种类型。结果表明:中国设计降雨量地域变化明显,广东、四川、广西、河北和河南等省的标准差为全国平均水平的1.5~3倍,且随年径流总量控制率的提升而增加,源头径流控制效果差异明显;南部地区径流控制效果多为"高量低率";"低量低率"区位于甘肃、宁夏等地,面积占比为9.44%,其降雨特征不适合发挥源头控制设施的效果;而最适宜发挥源头控制作用的"高量高率"区位于西南部分地区,面积占比为3.80%。

建筑与小区雨水调蓄设施的径流控制效果分析

近年来,内涝成为城市发展过程的一个突出问题,为减轻内涝灾害造成的损失,北京市颁发了《雨水控制与利用工程设计规范》（DB 11/685-2013）,提出建筑与小区开发过程中应保证雨水调蓄设施容积、下凹式绿地比例、透水铺装使用率等3项指标,通过建立模型分析这些措施的雨洪控制利用效果。在此基础上,以北京市2011~2013年的实际降雨为例,研究了蓄水池和生态调蓄措施（以雨水花园为代表）在雨水径流控制效果方面的差异。

辽宁省海绵城市建设中年径流总量控制率分区及其分布差异研究

利用1986—2015年辽宁省60个气象站逐日降雨量观测资料和1986—2015年美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)逐月全球的再分析资料,对辽宁省年径流总量控制率区域划分及其分区分布的差异进行分析。结果表明:辽宁省年径流总量控制率可以划分为Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区、Ⅴ区共4个区,比《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建》中辽宁省年径流总量控制率分区多1个Ⅴ区,且相同分区对应的空间分布差异明显;年平均降雨量对年径流总量控制率的分区趋势具有一定指示作用,总暴雨量占总降雨量的比例与年径流总量控制率的分区关系密切,辽宁省水汽输送的特征和地形地势是形成年径流总量控制率区域分布差异的内在成因。

辽宁省降雨变化对海绵城市低影响开发雨水系统建设的影响

利用辽宁省50个气象站1956—2016年逐日降雨量资料,分析了辽宁省海绵城市低影响开发雨水系统建设首要控制目标——年径流总量控制率的分区、分区与降雨的关系,同时分析了降雨的变化特征,并研究了降雨变化对年径流总量控制率分区稳定性的影响。结果表明:辽宁省在1956—2016年、1956—1985年、1987—2016年3个时段的年径流总量控制率的分区整体呈现辽宁西部、东北部为II区,辽宁省中部、东部和沿海地区为III区,东港周围地区为V区,其余地区为IV区。其差异主要集中在辽宁省中部和东北部地区;辽宁省年径流总量控制率分区的设计降雨量(分区等级)与暴雨比例、中雨比例和暴雨总量关系密切,相关系数大部分通过0.01显著性检验,占总站点的78%,但与大雨总量基本无关;年径流总量控制率的分区受降雨变化影响而存在不稳定区域,主要分布在辽宁的中部、西部、北部以及丹东的南部(丹东和东港),其中,分区变更次数达到5次以上(含5次)的地区,建议年径流总量控制率分区选择出现过的最高等级,其余分区变更次数的地区的分区等级可选取出现频率最高的等级;因辽宁省的降雨存在10 a左右的周期变化,建议在海绵城市低影响开发雨水系统建设中以年径流总量控制率及其对应的设计降雨量为参考的设计参数每10 a进行一次修订。

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。

镇江某小区海绵城市建设实施方案

以年径流总量控制率不低于75%;内涝防治设计重现期30年;削减面源污染60%为目标,合理布局LID设施,因地制宜,渗、滞、蓄、净、用、排相结合,实现雨水资源化,改善水环境和生态环境。

天津市洞庭路立交工程海绵改造设施的应用和设计

各类海绵设施的应用是城市海绵建设主题的核心单元。立交桥是现代化城市的重要基础设施之一。桥区往往存在雨水无序排放、积水风险高、径流污染严重等问题。以立交桥区作为单位对其桥区范围内的雨水排放进行海绵内容的设计,不仅对其自身的海绵改造效果较为明显,同时也对整个城市的海绵理念规划起到良好的连接和协调作用。洞庭路立交桥区不同类型海绵改造设施通过各类"渗、滞、蓄"的单独和综合作用,对桥区桥头、桥下及其周边绿地进行了有效的海绵理念的延伸和扩展。这种应用和设计思路的表达,为城市立交桥区雨水排放和调蓄提供了诸多建设性的意见,也为未来海绵城市的建设开拓了更广阔的思考空间。

海绵城市年径流总量控制指标分解方法优化研究

年径流总量控制指标分解是落实海绵城市低影响开发建设的关键环节,分解指标的合理性和可操作性是海绵城市规划设计中的重点和难点。结合当下普遍采用的2种分解方法“容积法”和“模型计算法”,提出“双导向法”。通过优化影响因子指标调整体系,开展指标分解的应用研究,以加强规划实践中分解指标值的指导性和可行性;结合系统的平衡调整方式,对影响因子指标进行调整,能兼顾控制指标的可操作性及经济性。此方法已应用于青海省西宁市海绵城市建设规划实践中,分解结果对区域层面水问题系统解决以及项目落地可实施性均具有良好效果。

极值降水对雄安新区年径流总量控制率的影响研究

径流总量控制是低影响开发雨水系统构建的重要控制目标之一。为研究极值降水对年径流总量控制率的影响,首先对雄安新区雄县、容城、安新三个站点年径流总量控制率对应的设计降雨量进行推求,分析设计降雨量与控制率的关系并对雄安新区雨水径流源头控制效果分区进行验证,再利用广义帕累托分布和轮廓似然法估计3个站点不同重现期的降水值以分析极值降水与年径流总量控制率的关系。结果表明:设计降雨量随着控制率增大而增大且设计降雨量增大速度高于控制率的速度,雄安新区雨水径流源头控制效果处于中量低率区;一年里超过设计降雨量的日数在0~10d范围内且2d概率最大;对应一定设计降雨量值每年的控制率会随降水丰枯、极值降水的日数量级的变化而变化;极值降水发生极有可能造成年控制率低于设计值,控制率还受超设计降雨量降水的日数、年降水总量的影响;极值降水虽然发生的日数少但是对排放量的贡献率大,并且随着极值降水重现期增加对控制效果的削弱影响增大;极值降水的日内降水分布不均匀,有可能造成低影响开发(LID)措施达不到设计目标。

低影响开发模式下住宅小区年径流总量控制率

选取北京市海淀区某雨水利用小区为研究对象,构建SWMM模型。对透水铺装和蓄水池2种低影响开发措施运行模式下的水量控制进行评价。首先,通过研究区实测降雨产流数据进行模型的率定和验证,得到可用的SWMM模型;分别对1年一遇、3年一遇、5年一遇、10年一遇和20年一遇24 h降雨雨型进行模拟,计算研究区实际年径流总量控制率;并计算研究区开发前的控制率。通过改变研究区现状硬化路面透水铺装率和调蓄容积计算年径流总量控制率,对研究区两项措施规模的配比进行分析计算。结果表明,以透水铺装和蓄水池两种组合方式改造的居住小区年径流总量控制率大大提高,小区改造后比改造前年径流总量控制率提高了42%;对不同规模硬化路面透水铺装和蓄水池进行计算可知,透水铺装和蓄水容积对控制率均有影响。当硬化路面透水铺装率达到70%,蓄水池容积改变率达到30%时,研究区年径流总量控制率达到85%的要求。研究成果能够应用于缺少实测数据的城市集雨区域,可对不同LID组合方式的径流减控效果研究提供参考。

基于深圳典型片区海绵城市监测评估的思考

为研究不同本底特征与城市建设特性下海绵城市建设特点,选择中国深圳市4个典型海绵城市监测评估区:光明区国家海绵城市建设试点区域5#排水分区(旧工业区城市更新型)、15#排水分区(老旧小区与旧工业区综合整治型)、坪山区新和水流域(内陆型)以及盐田区大梅沙片区(临海型),以年径流总量控制率为评价指标,对4个监测评估区的建设的阶段性成果进行总结与对比.分析发现,4个监测评估区的年径流总量控制率均达到上位规划对监测评估区的目标要求,但是,监测评估区不同的城市建设特性、水系调蓄性能等因素与海绵城市建设成效密切相关.提出现阶段海绵城市建设工作严抓项目合规性建设的同时,进一步强化在规划框架下以片区效应平衡统筹为策略.针对片区所面临的城市雨水问题,深度识别片区所拥有的本底资源与高效能海绵承载空间,注重综合统筹,强调系统内部共同分担、资源整合解决实际问题;突出海绵城市系统化、成片化推动,促进整体达标效能,提高海绵城市连片效应和显示度;引导海绵城市建设站在片区层面,从系统达标出发,实现连片效应的初步设想和建议.

海绵城市设计方案中的雨水调蓄容积计算

通过分析《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)》中年径流总量控制率的说明方法,为了合理确定雨水调蓄容积,在指南规定的"容积法"基础上,提出可以采用"试算法"进行计算,从而可以节省工程投资和造价,具有一定的经济意义。

基于模型的海绵型道路年径流总量控制率影响因素研究

采用SWMM模型模拟研究了道路长度、道路红线宽度、人行道及非机动车道宽度、人行道及非机动车道中透水铺装比例、绿化带中生物滞留设施比例、生物滞留设施下沉深度、绿化带宽度、车行道宽度等因素对海绵型道路年径流总量控制率的影响,以期为道路年径流总量控制率目标的合理确定提供依据。结果表明,道路红线宽度、人行道及非机动车道宽度、人行道及非机动车道透水铺装比例、绿化带中生物滞留设施比例、生物滞留设施下沉深度、绿化带宽度、车行道宽度会影响海绵型道路的年径流总量控制率。在海绵设施设计参数和设置比例一定的情况下,影响道路年径流总量控制率的主要因素是道路红线宽度、绿化带宽度和车行道宽度。制定道路年径流总量控制率目标时,应根据道路红线宽度、绿化带面积与车行道面积的比值合理确定。

湿陷性黄土地区海绵城市建设湿陷性风险模拟评估研究

在湿陷性黄土地区开展雨水集中下渗的海绵城市建设面临着湿陷变形的风险,以黄土湿陷性较为严重的西咸新区空港新城临空产业区为例,采用数值模拟的方法模拟了研究区湿陷性黄土在不同设计降雨情况下的雨水集中入渗后的湿陷情况。应用GAST模型计算雨洪过程,并将降雨量下渗过程作为边界条件输入Midas GTS/NX软件来模拟黄土基础变形情况。通过分析5个典型黄土区因降雨下渗导致的湿陷量,发现其等级为Ⅱ级及以上,其中最严重情况下的雨水下渗深度为5.02~6.51 m,总湿陷量和自重湿陷量分别为468.18~1015.56 mm和88.99~239.03 mm,湿陷等级为Ⅲ级。可见局部集中下渗会导致较高的湿陷风险,故建议在湿陷性黄土地区海绵城市建设中应进行量化评估并合理规避湿陷风险。

考虑场次降雨年际变化特征的年径流总量控制率准确核算

降雨资料的合理选取是进行年径流总量控制率统计分析的重要基础,直接影响到年径流总量控制率-设计降雨量对应关系的准确性。本文以北京市海绵城市试点区1951-2016年长序列场次降雨数据为例,定量分析了场次降雨划分方法和场次降雨序列年际变化对年径流总量控制率的影响。结果表明,较人为划分的日降雨数据而言,场次降雨数据能够更加真实地反映场次降雨特征。日降雨数据计算得到的设计降雨量整体偏低约14%,对于85%的年径流总量控制率条件,设计降雨量偏低5.9 mm。通过对6个场次降雨特征值进行M-K突变和趋势检验,将北京市海绵城市试点区的场次降雨序列划分为3个阶段,针对各阶段分别核算年径流总量控制率-设计降雨量关系,进而得到较为全面和客观的年径流总量控制率变化区间。因此,在数据资料允许的条件下,年径流总量控制率的核算应基于场次降雨数据进行,并在识别场次降雨序列年际变化特征的基础上,确定合理的年径流总量控制率变化区间,提高年径流总量控制率-设计降雨量对应关系计算结果的科学性,确保最优的海绵城市建设效果与合理的工程建设投入。

武汉市海绵城市规划设计导则编制技术难点探讨

探讨了武汉市海绵城市规划设计导则编制中重点关注和解决的问题,提出了"内涝防治与面源污染削减为主、雨水资源化利用为辅"的海绵城市建设目的和"平均分配+微调整"的年径流总量控制目标分解方法,并将方法在实际中运用,指导海绵城市建设。

灰绿措施组合对城市溢流污染的削减效果研究

针对城市流域溢流污染问题,采用SWMM建立了雨污水管网模型,模拟分析了不同径流总量控制率对溢流污染的削减效果,通过对溢流量、污染负荷、溢流次数、成本效益的分析,确定了合理的径流总量控制水平和灰绿措施规模。结果表明:灰绿措施组合有利于削减溢流量及污染负荷,对污染负荷的削减效果更好,年径流总量控制率为70%时,溢流量比例不足30%,污染负荷比例已基本在10%以下;源头绿色措施处理流域水量的比例为50%~55%,处理污染负荷的比例在35%以下,年径流总量控制率在70%以上时效果基本不变;合理的年径流总量控制率为83%,可控制日降雨量32mm,需建设源头绿色措施150hm2,末端调蓄设施12.2万m3,单位面积投资为5000万元/km2。