高腾
天津市城市规划设计研究总院有限公司 天津市 300113
摘要：在新时期环境下，为了促进城市发展的现代化，智慧城市的理念不断融入到各领域的建设之中，海绵城市的建设和发展也不例外。海绵城市的理念逐渐在城市建设中得到了运用，但仍处在探索和实践阶段，达到的减灾效应也难以直观量化。文章通过对流域视角下的智慧型海绵城市规划的方法进行探讨，并以某流域片区为例，对海绵城市规划减灾效应评估方法进行研究，对相关工作的开展提供思路和参考。
关键词：智慧城市；海绵城市；减灾效应；评估方法
前言：当前城市发展中，内涝灾害的发生十分频繁，特别在雨季或者暴雨时期，由于城市防洪排涝水平的不足，或存在个别薄弱环节，极易导致出现洪涝的现象。面对这种情况，智慧型海绵城市成为现代化城市规划和建设的主要方向，为了充分实现城市内涝问题的解决，就要结合城市现阶段实际的内涝情况构建分析模型，对减灾效应实施评估，从而对智慧型海绵城市的规划进行指导，实现海绵城市更好发展。
1.流域视角下的智慧型海绵城市规划的方法探讨
流域水文过程模拟分析，是海绵城市规划理论和方法的基础前提。现阶段水动力的模拟融合采用的空间信息技术，其核心是RS和GIS，此技术已在城市总体规划、城市控制性规划以及防洪排涝规划等一些和空间联系紧密的生态安全专项规划中全面运用。
1.1基于流域-城市雨洪模拟的海绵城市规划水文过程方法
针对流域水文开展的模拟计算，目前以SCS模型的使用最为广泛。此模型主要包含两大模块，产流和汇流，呈现出结构简单和率定较为容易的特点。在相关团队研究中，按照城市保护规划、总体规划、县域防洪排涝规划等需求，对SCS模型进行相应调整，实现对城市下垫面分类型的改造后消洪效应的多情景化模拟结果。在已知的暴雨情景中洪水事件对水文参数率定的情况下，对改造情景中的模拟进行校准和验证，有效确定了流域洪水的过程降雨和径流关系显著的变化特征关系，对借助相关区域实现海绵体的改造且对城市内洪涝灾害的威胁降低实现了科学依据的提供[1]。
在海绵城市的规划建设中，城市的雨洪模拟为关键性技术。相关人员以HIMS模型为基础，通过产流计算结合多年所研究的降水与入渗关系的公式，实现自主性知识产权城市雨洪模型的构建，且将首批海绵城市当作试点进行了研究应用。还有一些团队研发出一种计算简便、以元胞自动机为基础的内涝模型，简称为CA模型，在对城市低影响的开发情景实施设定后，对借助透水性铺装、雨水桶和下凹式的绿地等措施方案达到城市内涝削减的变化实现模拟，为城市的海绵规划实现提供科学依据。
1.2基于卫星遥感-洪涝模拟的海绵城市规划应用
当前技术不断发展，互联网对卫星遥感以及DTM的数据获取愈发便捷，以RS和GIS为基础的分布式水文模型是未来水文模型的重要发展方向。在现阶段城市规划和类似防洪排涝的专项规划中，都得到了一定程度的应用。
相关研究中得知，通过简化型水文模型的使用，以GIS的空间分析相关工具来对洪涝的状态实施分布式的模拟，借助结果能够对灾害的风险实施评估，对风险等级的区域进行划分，在城市总体规划中对城市发展的方向、基础设施的安排和功能布局等确定中提供依据[2]。
在某些城市规划中，对排涝、水系、土地的平整、绿地与道路等专项内容的规划，将直接影响城市的安全。相关人员针对山区的小流域通过近似于稳定流的水文模型构建来对径流过程实现模拟，主要是对复杂水文的过程简化处理，但对关键环节保留，进而对关键的断面流量和流速等相关参数实施计算，基于GIS与RS的支持下对规划区内洪灾淹没的风险图计算和编制。
2.流域视角下的智慧型海绵城市规划减灾效应评估方法研究
2.1海绵城市防洪排涝效应评价模型建立
本次通过XPSWMM软件来对城市的内涝实施模拟呈现，此软件适用于对整个水文循环过程进行模拟，还能够对开放或者封闭的管道系统在任何边界的条件下的水动力模拟，对雨水模拟能够实现和二维的有效耦合，该软件可以充分的实现对城市内涝的模拟。
要对城市内涝的风险实施评估，需要构建出一维化排水管网模型以及与二维化模型进行耦合，对其内涝淹没的区域、深度和时间实现模拟。在模型中，需要有雨水管、排水管网、雨水泵站、行泄河道、河道泵站、下垫面以及高程等相关数据，使用ArcGIS来对上述CAD的数据实施处理，把其加工成具备属性的一些矢量数据类型，后导入到XPSWMM内分别进行一维与二维模型的建立[3]。
2.2海绵城市防洪减涝效应评价模型的应用实践
在本次案例中，区域内包括若干独立和完整的排水分区。将分区内的排水管网、节点以及末端泵站的CAD及其他信息资料导入ArcGIS中进行概化。对于雨水节点，需要赋予每个节点坐标、管底标高和管顶标高的属性，对于雨水管，需要赋予每个管道上游节点、下游节点、管道形状、直径、上游管底标高、下游管底标高、管长、管道坡度以及管道曼宁系数等属性。
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降雨产流和汇流起点是子汇水区，对子汇水区划分的方法包括泰森的多边形法、人工手动的划分法。通过对子汇水区的合理划分，可使雨水径流的路线和实际更加贴合，且模拟的结果也更加合理。在以人工手动对子汇水区划分时，要和雨水井的位置、地势的坡度、管网的流向、建筑街道的布局和排水分区的区界等因素结合，要对所有子汇水区进行面积、特征的宽度、不透水的比例、坡度、降雨的参考、入渗的参照、路由的方法等属性赋予。
基于以上设置实现一维模型建立，于模型内进行2D的活跃区域绘制，对一维管网的溢水后能够活动区域明确，让全部雨水节点和2D网格进行连接，且在2D内设置不同的下垫面，把建筑、绿地、硬地等shp的文件向2D下垫面内土地利用的类型中分别导入，对每种类型下垫面曼宁系数设置，实现在地面的漫流时雨水不同的流速。使用以上设置对模型二维的设置完成，并实现一维管网、二维模型耦合的完成。
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在50年一遇24h降雨工况下，模拟研究范围内现状内涝情况，如图所示。通过对雨水管道、雨水泵站、河道堤顶、河道断面、河道泵站的标准提升与改造，同时因地制宜增设地块内低影响开发措施，市政道路低洼地区增设超标雨水行泄通道，该汇水分区中高内涝风险区已全面消除。
总结
综上所述，为了更好实现智慧型海绵城市的规划和建设，文章依靠建立模型实现对流域视角下的智慧型海绵城市规划减灾效应的评估，并通过案例实践总结了具体步骤和方法，望对后续智慧型海绵城市的建设具有帮助。
参考文献：
[1]雷兆辉. 关于海绵城市规划设计理念及方法研究[J]. 建筑工程技术与设计, 2016, 000(010):29-29.
[2]朱钊. 海绵城市规划空间尺度研究:流域水文尺度的视角[J]. 北京规划建设, 2018, No.181(04):51-54.
[3]郭靖, 申胜男, 王学之,等. 数字化视角下的环境治理——以智慧型海绵城市建设为例[J]. 祖国, 2019, No.284(24):62-63+78.