海绵城市模型模拟的评估与验证方法探究--中国期刊网

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海绵城市模型模拟的评估与验证方法探究

发表时间：2020/12/18 来源：《基层建设》2020年第24期作者：张蕊

[导读] 摘要：本文以天津健康产业园体育基地二期工程为例，将监测评估与模拟评估相结合，结合前期研究成果，总结模型应用，从而作出更加科学的评价结果，为LID技术的应用和优化改造提供指导。

        中铁第五勘察设计院集团有限公司北京 102600
        摘要：本文以天津健康产业园体育基地二期工程为例，将监测评估与模拟评估相结合，结合前期研究成果，总结模型应用，从而作出更加科学的评价结果，为LID技术的应用和优化改造提供指导。对区域内海绵城市建设项目进行评价引导，以保证海绵城市指标达到实际应用的最终结果。
        关键词：海绵城市；模型模拟；评估
        1 研究背景
        近年来，随着国家出台了一系列政策推进海绵城市建设，低影响开发设计理念被越来越多的人所认可接受。国家第一批海绵试点城市已完成验收，经过3年的努力，16个试点城市均已建成了大批的示范工程，积累了宝贵的经验；国家第二批海绵试点城市已开展了海绵城市建设试评估工作。
        海绵城市建设的目的是恢复水生态系统，改善水环境，控制水安全。通过海绵城市建设，最大限度的减少城市开发建设对生态环境的影响，将70%的降雨就地消纳和利用。《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》提出了海绵城市建设的工作目标：到2020年，城市建成区20%以上的面积达到目标要求；到2030年，城市建成区80%以上的面积达到目标要求。
        2 模型模拟
        我国现阶段对于低影响开发的研究大多集中在基于低影响开发（LID）的规划理念及模型模拟方面，对已建成的LID示范区中LID设施的水量和水质控制效果的模拟研究较少。目前，通过实测数据对软件模拟辅助设计进行评估检测的案例也较为少见，模拟结果很少通过设计案例的实际数据得到验证。
        以天津健康产业园体育基地为研究对象，该区域占地约60公顷，设计阶段利用HYSWMM模拟了区域降雨汇集、径流、排放等过程，得到了模拟地块在不同降雨强度不同降雨历时条件下区域的产、汇流、管道过载及地表淹没情况。为了能实现海绵城市的建设目标，对其建设效果进行评估，并验证设计阶段模型模拟结果的准确的及可靠性，同时修正软件模型辅助设计过程中可能出现的各种错误，用以指导、提高设计阶段的模拟结果。
        3 效果评估
        海绵城市建设成效的评估方法采取实地考察、查阅资料及监测数据分析相结合的方式。以实测资料为研究基础，利用实际监测到的流量和水质对模型模拟结果进行验证，将区域外排流量、湖泊等水体水位的变化以及水面外扩情况等实测数据与软件模型模拟的结果对比，对模拟结果进行评估，分析软件模型的科学合理性，研究模型模拟结果出现偏差的原因。
        （1）模型模拟评估：
        SWMM模型可对海绵设施参数进行系统分析和识别，本工程项目区模型模拟采用的LID设施为：生态树池、下凹式绿地、透水铺装、雨水花园等常见海绵设施中影响径流总量和径流污染物 SS 的高灵敏度参数；生物滞留带和透水铺装等典型海绵设施对径流总量和径流污染物SS灵敏度最大的参数集中在土壤层，以土壤层孔隙率和厚度为主。评估模型建立过程中要重点考虑土壤层参数的取值。
        （2）监测评估：
        监测的意义在于可以科学评估区域径流量状况的动态过程，同时也可用于测评场地内的雨水调蓄设施的实际效能，实现城市雨水径流水量管理，为区域地表径流减控与面源污染削减提供降雨分析、下垫面识别和径流与污染减控的基础技术。
        海绵城市径流控制效果评估目标是建立监测数据全过程记录的监测网络、对评估结果实现问题评估对象追溯的要求。根据构建的系统化监测网络系统建立的“源头-过程-末端”三个层级监测网络，对监测区域的径流控制效果进行评估。
        1）源头监测主要针对试点区域的各种海绵设施，包括海绵设施的进出水口监测，为海绵设施建设效果评估提供依据。
        2）过程监测主要针对试点区域内典型地块排口、关键管网节点达标情况进行整体评估，典型地块排口的径流流量等监测可为海绵设施的组合应用效果评估提供过程数据。
        3）末端监测主要针对试点区域的排水分区或区域整体，排水分区排口可为不同用地类型的地块组合对径流指标的控制提供过程数据，区域总排口评估整个海绵城市试点区域内径流指标满足效果。
        为了满足海绵城市建设和研究工作对径流控制指标基础数据的要求，在本工程项目场地内选择设置监测点，实时监测区域排水量状况。监测网络按照“源头-过程-末端”进行系统化布点。监测点位如下图所示。
        工程北侧的拼搏湖和东南侧的添金湖2个景观湖体作为雨水调蓄与收集回用措施。北侧拼搏湖最低水位2.1米，常水位2.7米，最高水位（溢流水位）3.1米，总面积约5000平方米，最大有效蓄水约2000立方。东南侧添金湖最低水位1.9米，常水位2.7米，最高水位3.2米，总面积约15000平方，最大有效蓄水7500立方。区域建有雨水回用系统，景观湖体收蓄的雨水能够在旱季用来浇洒绿地、冲洗道路等，做到雨水资源的有效利用。选取区内三段下凹式绿地溢流管作为源头监测点。水体水位的监测属于过程监测，监测点设置在添金湖，监测结果显示，汛期湖水常水位约为2.0-2.4米，高水位为3.0-3.1米，能够显著调蓄区域内雨水量。终端超标雨水的监测属于末端监测，监测点设置在景观湖d600mm溢流管道，监测的全年雨水外排水量为907m3。

        雨水量监测点位布置图
        监测结果与模型模拟结果相比较，存在一定差异。添金湖收水范围32ha，设计阶段的径流总量控制率可达到75%，允许最大外排水量约为1067m3/a。监测后，年径流总量控制率约为83%，结合源头监测与过程监测结果分析，较为接近年径流总量控制率的降雨条件为低重现期、短历时，雨量径流系数与降雨频率、降雨量、降雨历时均有关系，降雨的不确定性易造成径流量的偏差。模型建立过程中土壤层参数的取值，影响对下垫面和用地类型的处理，进而影响到模型中参数块和汇水分区划分的准确性。
        模型中降雨数据可以是实际降雨数据，也可以是设计雨型。在有足够经验和条件的地区，应尽量应用实际降雨数据作为模型建立依据，结合自身水文条件，通过水文模拟，将开发前的下垫面等现状条件纳入模型，输入典型降雨进行模拟，并对模型进行初步校正。
        雨量径流系数与降雨频率、降雨量、降雨历时均有关系，在确定雨量径流系数目标时，需明确降雨条件，否则易造成概念混淆，无法评估。
        4 结语
        本次研究内容建立监测与模拟联合的海绵城市径流指标评估方法，评估工程区域的径流控制效果，验证监测网络构建方法及参数本地化取值方法的可行性。
        （1）调研实况，提高研究水平
        考虑到模型模拟的非现实性，为提高模拟研究的真实性、准确性，使模型真正合理运用于生产实践，通过实况调研方式获取的实际监测数据为检测模型的数据源，通过模拟与实际情况的对比，总结模型模拟的适用性和局限性，提高研究水平。
        （2）以前期设计成果为基础，提高研究的连续性
        根据项目设计阶段软件模拟设计结果，检测前期设计成果为主要内容，以修正模型为主要途径，总结模拟方法，提高模型准确性。评估模型建立过程中要重点考虑土壤层参数的取值，进而影响对下垫面和用地类型的处理，对其进行本地化参数率定，增强模型中参数块和汇水分区划分的准确性，可以提高模型模拟结果的准确度。
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