陳 垚，何智偉，張 琦，段玲紅，秦 宇，熊 毅

(1.重慶交通大學(xué)環(huán)境水利工程重慶市工程實(shí)驗(yàn)室，重慶 400074；2.重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶 400074； 3.重慶西恒工程咨詢有限公司，重慶 401120)

近年來(lái)，傳統(tǒng)城市開(kāi)發(fā)模式顯著改變了局部地區(qū)的自然水文循環(huán)過(guò)程，導(dǎo)致地面徑流量增加，峰值提前，河流地貌及其水文情勢(shì)改變，并最終造成水生棲息地退化、水體水質(zhì)惡化和生物多樣性喪失等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[1-3]。為提高城市可持續(xù)性和宜居性，改善雨水排放系統(tǒng)的生態(tài)完整性，我國(guó)提出了海綿城市這一新型城市雨洪管理理念，其核心途徑為低影響開(kāi)發(fā)(LID)[4-5]，旨在從源頭上通過(guò)雨水滯留、滲透、蒸發(fā)和回用等循環(huán)過(guò)程模擬自然水文功能，實(shí)現(xiàn)控制地表徑流和削減峰值流量、延緩產(chǎn)流時(shí)間、改善下滲特性、增加生態(tài)基流和凈化污染物的目的[1,3-4,6-7]，以期恢復(fù)城市水文過(guò)程和河流徑流情勢(shì)至近自然狀態(tài)[3,8]。LID措施包括透水路面、雨水花園、植草溝、綠色屋頂、雨水塘等分散式雨水控制措施。LID措施作為徑流控制措施，從源頭上削減雨水徑流，是一種適用于城市區(qū)域的小規(guī)模、分散式的雨水管理措施。作為目前城市雨洪管理的技術(shù)措施，LID能否真正實(shí)現(xiàn)我國(guó)海綿城市建設(shè)目標(biāo)，是目前最為關(guān)心的問(wèn)題，而解決這一問(wèn)題的途徑在于構(gòu)建一種用于評(píng)價(jià)中小尺度海綿城市改造方案中LID措施效益和性能的方法[9]。國(guó)外學(xué)者對(duì)LID措施的評(píng)價(jià)方法主要基于水文模型方法，并以此開(kāi)發(fā)了SUSTAIN、BMPDSS等評(píng)價(jià)模型[10-11]。這些模型雖可用于不同尺度下LID措施的評(píng)價(jià)分析，提出單位徑流控制成本最低的LID布設(shè)方案，但僅考慮建設(shè)成本，并未考慮雨水資源利用價(jià)值、景觀價(jià)值和生態(tài)功能價(jià)值等社會(huì)效益，以及LID措施的綜合水文性能[12]。國(guó)內(nèi)鮮見(jiàn)LID技術(shù)措施的性能評(píng)價(jià)方法研究，且主要集中在利用SUSTAIN、BMPDSS等模型在國(guó)內(nèi)案例中的應(yīng)用評(píng)價(jià)[9,11]。

雖然眾多學(xué)者針對(duì)LID措施性能方案評(píng)價(jià)提出了一套相應(yīng)的指標(biāo)體系，但大多集中在LID措施的成本效益評(píng)價(jià)研究上，缺少針對(duì)中小尺度下LID布設(shè)方案與經(jīng)濟(jì)成本、水文控制性能、社會(huì)效益等目標(biāo)的耦合評(píng)價(jià)研究，鮮有研究直接以LID設(shè)施水文調(diào)控性能為目標(biāo)，通過(guò)構(gòu)建LID布設(shè)方案的評(píng)價(jià)體系提出LID措施優(yōu)化組合方案。我國(guó)海綿城市建設(shè)剛起步，缺乏對(duì)LID 設(shè)施水文控制效果監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)研究，同時(shí)，受氣候特征和地域條件等基本國(guó)情的影響，難以直接照搬相關(guān)研究結(jié)論和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。海綿城市建設(shè)時(shí)間緊且考核任務(wù)重，往往要求實(shí)施LID措施后便能滿足相應(yīng)的考核目標(biāo)，因此，亟須建立一套適合于中小尺度LID改造方案的綜合性能評(píng)價(jià)體系。為確保海綿城市建設(shè)實(shí)施措施的有效性，并及時(shí)調(diào)整實(shí)施方案，本文通過(guò)布點(diǎn)實(shí)測(cè)和利用SWMM模型分析秀山縣海綿城市改造區(qū)域的實(shí)施效果，構(gòu)建基于水文調(diào)控目標(biāo)的LID措施綜合性能評(píng)價(jià)體系，并對(duì)LID 設(shè)施的實(shí)施方案進(jìn)行擴(kuò)容與組合優(yōu)化評(píng)價(jià)，以期為我國(guó)海綿城市建設(shè)提供參考。

1 研究區(qū)域概況

秀山縣為重慶市3個(gè)市級(jí)試點(diǎn)海綿城市之一，實(shí)施的試點(diǎn)區(qū)域位于秀山城區(qū)南部新城，由16個(gè)相對(duì)獨(dú)立的排水片區(qū)組成，分3期建設(shè)，總面積為8.08 km2。秀山地處武陵山區(qū)腹地，為典型的亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，降雨充沛集中，伏旱明顯。根據(jù)秀山氣象站55年(1960—2014年)的逐月降水量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，城區(qū)多年平均降水量約1 350 mm，降雨主要集中在6—9月，降水量占全年的55%，且夏季降雨多以暴雨形式出現(xiàn)，發(fā)生暴雨的主雨峰靠前，降雨歷時(shí)短，易發(fā)生內(nèi)澇災(zāi)害。本文研究區(qū)域?yàn)閭鹘y(tǒng)開(kāi)發(fā)模式的建成區(qū)，位于梅江河以西，建有渝秀大道(東西)和學(xué)府大道(南北)兩條交通主干道，以及政府大樓、中學(xué)、體育公園和居住小區(qū)，占地61 hm2。建成區(qū)內(nèi)建有完善的雨污分流排水設(shè)施，雨水管管徑為1 000～2 000 mm，管道總長(zhǎng)約4.5 km。為獲得SWMM模型所需的水文氣象數(shù)據(jù)，在城建大樓樓頂和渝秀大道2處雨水排口位置分別安裝有1處雨量站和2套流量監(jiān)測(cè)儀器，自2016年12月1日起開(kāi)始為期1年的降水量與徑流量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。研究區(qū)域位置見(jiàn)圖1。

圖1 研究區(qū)域位置

2 模型構(gòu)建

根據(jù)管網(wǎng)數(shù)據(jù)資料和水文氣象數(shù)據(jù)(降雨和徑流量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù))，結(jié)合研究區(qū)域地形和土地利用類(lèi)型圖，構(gòu)建SWMM模型，將研究區(qū)域概化為27個(gè)子匯水區(qū)、36個(gè)節(jié)點(diǎn)、33個(gè)管段和2個(gè)總排水口(圖2)。模型構(gòu)建時(shí)，LID設(shè)施的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要根據(jù)模型手冊(cè)典型值[13]和實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定(表1)，而模型的水文參數(shù)則根據(jù)實(shí)際資料、模型手冊(cè)典型值范圍[13]和相關(guān)文獻(xiàn)設(shè)定[14-15]。首先利用摩爾斯分類(lèi)篩選法[16]對(duì)模型的不確定參數(shù)進(jìn)行局部靈敏性分析。在確定敏感水文參數(shù)后，采用人工試錯(cuò)法對(duì)敏感參數(shù)值進(jìn)行調(diào)整，并利用2017年7月8日實(shí)測(cè)降雨徑流數(shù)據(jù)(中雨)率定模型參數(shù)，經(jīng)過(guò)6次參數(shù)調(diào)整后，模型的Nash-Sutcliffe 效率系數(shù)(NS值)為0.772，表明模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值相吻合(圖3)。為進(jìn)一步提高模型應(yīng)用的準(zhǔn)確性和可信性，采用2017年6月5日、6月22日和9月27日3場(chǎng)實(shí)測(cè)降雨徑流數(shù)據(jù)(大雨和暴雨)進(jìn)行模型驗(yàn)證，模型的NS值均大于0.75，模型預(yù)測(cè)的降雨徑流過(guò)程曲線基本與實(shí)測(cè)值相重合(圖3)，滿足模型應(yīng)用的精度要求。最終得到適用于研究區(qū)域的各參數(shù)值(表2)。

圖2 模型概化

LID措施過(guò)程層參數(shù)參數(shù)值雨水花園表 層蓄水深度400mm植被覆蓋0.8表面粗糙系數(shù)0.28表面坡度0土壤層厚 度600mm孔隙率0.6產(chǎn)水能力0.2導(dǎo)水率180mm/h蓄水層厚 度300mm孔隙率0.55導(dǎo)水率18mm/h暗 渠排水系數(shù)3.5排水指數(shù)10偏移高度2mm植草溝表 層蓄水深度200mm植被覆蓋0.75表面粗糙系數(shù)0.25表面坡度1.0%透水鋪裝表 層蓄水深度15mm表面粗糙系數(shù)0.22表面坡度2%路面層厚 度100mm孔隙率0.25滲透性30mm/h找平層厚 度30mm孔隙率0.5導(dǎo)水率20mm/h吸水頭3.5蓄水層厚 度430mm孔隙率0.35導(dǎo)水率15mm/h暗 渠排水系數(shù)3.3排水指數(shù)0.6偏移高度2mm

(a)2017年7月8日(中雨，NS6值為0.772)

(b)2017年6月5日(大雨，NS值為0.891)

(c)2017年6月22日(暴雨，NS值為0.881)

(d)2017年9月27日(暴雨，NS值為0.760)

表2 模型水文參數(shù)靈敏性與率定結(jié)果

注：“#”表示水文參數(shù)對(duì)峰值流量具有靈敏性；“&”表示水文參數(shù)對(duì)徑流總量具有靈敏性。

相關(guān)研究指出，降雨場(chǎng)次控制率較年徑流總量控制率更有實(shí)用意義，一般而言90%～95%降雨場(chǎng)次控制率大致對(duì)應(yīng)80%～85%年徑流總量控制率[17-20]。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笳?962—2017年日降雨數(shù)據(jù)，扣除降水量小于2 mm的日降雨事件后[19]，共計(jì)5 630場(chǎng)次降雨事件，統(tǒng)計(jì)分析后可得設(shè)計(jì)降水量與場(chǎng)次控制率的對(duì)應(yīng)曲線如圖4所示。

圖4 降雨場(chǎng)次控制率-設(shè)計(jì)降水量曲線

秀山海綿城市建設(shè)徑流總量控制目標(biāo)為75%，其所對(duì)應(yīng)降雨場(chǎng)次控制率約為85%，即有效控制降水量不超過(guò)25 mm的場(chǎng)次降雨，使中、小雨等級(jí)的降雨不產(chǎn)生積水內(nèi)澇。由于在利用IBM SPSS Statistics軟件的多元線性逐步回歸法分析不同降雨事件中降水量、降雨峰值、平均降雨峰值和降雨歷時(shí)等因素對(duì)徑流的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)降水量、降雨峰值和降雨歷時(shí)3個(gè)參數(shù)對(duì)降雨徑流影響顯著，因此，在控制降水量不超過(guò)25 mm的中、小雨時(shí)，應(yīng)根據(jù)降雨歷時(shí)和降雨峰值分析不同降雨強(qiáng)度的場(chǎng)次降雨事件。

3 現(xiàn)有LID措施布局方案及水文調(diào)控效果

3.1 現(xiàn)有LID措施布局方案

研究區(qū)域現(xiàn)存LID設(shè)施雨水花園、植草溝和透水鋪裝3種，具體空間布局見(jiàn)表3。研究區(qū)域經(jīng)LID改造后，將下墊面劃分為綠地、雨水花園、植草溝、透水鋪裝、硬地路面和房屋建筑等6種土地利用類(lèi)型。其中，透水鋪裝面積79 770 m2，占13.1%；雨水花園4 742 m2，占0.8%；植草溝3 036 m2，占0.5%；綠地191 549 m2，占31.4%；硬地路面206 901 m2，占33.9%；房屋建筑124 002 m2，占20.3%。

3.2 現(xiàn)有LID措施對(duì)降雨徑流的水文調(diào)控效果

通過(guò)對(duì)2016年12月至2017年12月為期1年的徑流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)域進(jìn)行LID措施改造后，徑流總量控制率和峰值流量削減率分別為67.4%和59.7%，并未達(dá)到75%年徑流總量控制率目標(biāo)。為驗(yàn)證這一結(jié)論，將25 mm設(shè)計(jì)降水量(對(duì)應(yīng)85%降雨場(chǎng)次控制率和75%年徑流總量控制率目標(biāo))按24 h、6 h和2 h 3種降雨歷時(shí)進(jìn)行降雨過(guò)程設(shè)計(jì)，并運(yùn)用SWMM模型分析現(xiàn)有LID設(shè)施改造后對(duì)降雨徑流的水文調(diào)控效果，結(jié)果見(jiàn)圖5。

研究結(jié)果表明，現(xiàn)有LID措施改造后研究區(qū)域在不同降雨情形下均無(wú)法滿足降雨場(chǎng)次控制率要求，即無(wú)法達(dá)到75%的年徑流總量控制目標(biāo)。通過(guò)對(duì)各子匯水區(qū)域降水量、下滲量、徑流量與峰值流量等雨洪參數(shù)的分析，認(rèn)為現(xiàn)有LID設(shè)施布局方案存在如下不足：①LID設(shè)施占比規(guī)模過(guò)小，僅為14.4%，特別是有些不透水率較大的區(qū)域尚未進(jìn)行LID改造；②LID設(shè)施組合不合理，雨水花園和植草溝等生物滯留設(shè)施占比僅為1.3%，僅為透水鋪裝設(shè)施占比的10%，而單項(xiàng)LID措施的實(shí)測(cè)與模擬數(shù)據(jù)均表明透水鋪裝僅對(duì)峰值流量起削減作用，而生物滯留設(shè)施對(duì)徑流總量的削減效果更佳。因此，需對(duì)現(xiàn)有LID措施進(jìn)行擴(kuò)容與組合優(yōu)化，同時(shí)2 h歷時(shí)的降雨徑流模擬更能反映當(dāng)?shù)囟虤v時(shí)雨型的降雨特征，根據(jù)該降雨條件下各子匯水區(qū)域產(chǎn)流情況，需重點(diǎn)對(duì)S1、S2、S3、S8、S9、S11、S13和S21等子匯水區(qū)域進(jìn)行LID措施的擴(kuò)容與重新組合。

表3 現(xiàn)有LID措施布局

(a)24 h

(b)6 h

(c)2 h

4 LID措施改造方案

城市化后地表產(chǎn)流能力顯著增強(qiáng)，產(chǎn)流過(guò)程顯著加快，容易產(chǎn)生內(nèi)澇等問(wèn)題，因此需要對(duì)其進(jìn)行LID改造。為滿足研究區(qū)域LID改造后區(qū)域年徑流控制率不低于75%的要求，應(yīng)盡可能對(duì)傳統(tǒng)硬地路面和綠地在滿足其功能用途的條件下增加LID改造比例，主要通過(guò)控制雨水花園比例、植草溝比例、透水鋪裝比例及其組合方式得出各類(lèi)設(shè)施的控制指標(biāo)值，并根據(jù)實(shí)際方案布置各類(lèi)設(shè)施的控制比例。LID措施的擴(kuò)容布設(shè)方案見(jiàn)圖6。①方案1：人行道和市政廣場(chǎng)全部改造為透水鋪裝；將雨水花園(2%)+植草溝(3%)組合形式布設(shè)于低洼、徑流終端、建筑物附近等區(qū)域的傳統(tǒng)綠地上。②方案2：人行道以透水鋪裝(96%)+植草溝(4%)組合形式進(jìn)行改造；市政廣場(chǎng)以透水鋪裝(97%)+植草溝(3%)組合形式進(jìn)行改造，植草溝布設(shè)于道路兩側(cè)或建筑物附近；傳統(tǒng)綠地以雨水花園(3%)+植草溝(2%)組合形式改造。③方案3：人行道以透水鋪裝(94%)+植草溝(6%)組合形式改造；市政廣場(chǎng)以雨水花園(2%)+植草溝(1%)+透水鋪裝(97%)組合形式改造，雨水花園主要布設(shè)于建筑物四周；傳統(tǒng)綠地以雨水花園(4%)+植草溝(1%)組合形式改造。④方案4：人行道以透水鋪裝(92%)+植草溝(8%)組合形式改造；市政廣場(chǎng)以雨水花園(3%)+透水鋪裝(97%)組合形式改造；傳統(tǒng)綠地僅采用雨水花園改造。

(a)方案1

(b)方案2

(c)方案3

(d)方案4

圖6 LID措施擴(kuò)容改造布局方案

5 LID措施改造方案評(píng)價(jià)方法

5.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

海綿城市中LID措施是一項(xiàng)涵蓋水文、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的雨洪管理技術(shù)，可將LID措施綜合性能具體量化為徑流控制(A1)、徑流污染削減(A2)、建設(shè)成本(A3)、維護(hù)管理成本(A4)和利用效益(A5)等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中，生態(tài)效益主要體現(xiàn)在LID措施對(duì)徑流污染量的削減，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水系生態(tài)功能的保護(hù)與修復(fù)，故采用A2指標(biāo)對(duì)其生態(tài)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)；經(jīng)濟(jì)效益采用A3和A4兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)合LID措施的結(jié)構(gòu)特性和功能特點(diǎn)，對(duì)5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析、賦值與評(píng)價(jià)，構(gòu)建LID措施性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

a. 徑流控制(A1)。LID措施的徑流控制性能又可采用徑流量控制(A11)、峰值流量削減(A12)和洪峰延遲(A13)等3個(gè)二級(jí)指標(biāo)體系進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。由于LID措施對(duì)徑流的控制可通過(guò)滯留(a1)、吸附(a2)、入滲(a3)、過(guò)濾(a4)、蒸發(fā)蒸騰(a5)和植物吸收(a6)等6個(gè)水文途徑實(shí)現(xiàn)，因此，在評(píng)價(jià)LID措施徑流控制性能時(shí)，首先結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)LID措施技術(shù)特點(diǎn)的理論研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)LID措施各水文途徑在徑流控制中所起的作用效果進(jìn)行量化分析，然后再根據(jù)水文途徑在A11、A12和A13指標(biāo)上的控制能力予以賦值。在賦值時(shí)，將水文途徑作用效果及其對(duì)徑流的控制能力劃分為很好、好、較好、一般、差等5個(gè)等級(jí)，分別賦值2.5、2.0、1.5、1.0和0.5，若無(wú)效果則賦值為0，賦值結(jié)果如表4所示。單位面積LID措施在徑流控制性能上的評(píng)價(jià)得分則根據(jù)式(1)計(jì)算得到，結(jié)果如表5所示。

Rik=∑xijyjk

(1)

式中：Rik為第i種LID措施在第k項(xiàng)二級(jí)徑流控制指標(biāo)上的得分值；xij為第i種LID措施在第j項(xiàng)水文途徑上的原始得分；yjk為第j項(xiàng)水文途徑在第k項(xiàng)二級(jí)徑流控制指標(biāo)上的原始得分。

表4 徑流控制指標(biāo)量化

表5 單位面積LID措施徑流控制性能評(píng)價(jià)

b. 徑流污染削減(A2)。雖然LID措施可去除徑流中的SS、COD、TN、TP等多種污染物，但我國(guó)海綿城市建設(shè)一般以SS削減率作為徑流污染削減的考核指標(biāo)。因此，根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)對(duì)已建成LID措施凈化效能的研究結(jié)果，將SS去除率中位數(shù)作為單位面積LID措施在徑流污染削減指標(biāo)上的賦值依據(jù)，并對(duì)單位面積LID措施在徑流污染削減性能進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 單位面積LID措施徑流污染削減性能評(píng)價(jià)

c. 建設(shè)成本(A3)與維護(hù)管理成本(A4)。經(jīng)濟(jì)效益是選擇LID措施時(shí)需要考慮的一項(xiàng)重要因素，包括建設(shè)成本(A3)和管理維護(hù)成本(A4)兩項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際項(xiàng)目資料調(diào)研，并參考國(guó)外資料[21]，對(duì)LID措施單位建設(shè)成本和維護(hù)管理成本進(jìn)行了總結(jié)。為使A3和A4在單位上保持一致性，需對(duì)其無(wú)量綱化處理，并以5、4、3、2、1進(jìn)行賦值，分值越低，則費(fèi)用越高。單位面積LID措施經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 單位面積LID措施經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)

d. 利用效益(A5)。LID措施的社會(huì)效益以利用效益(A5)進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要包括雨水資源利用價(jià)值(A51)、景觀價(jià)值(A52)和生態(tài)功能價(jià)值(A53)3個(gè)二級(jí)指標(biāo)體系。根據(jù)LID措施的功能特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外應(yīng)用實(shí)踐效果，將利用效益劃分為無(wú)效益、低效益、較低效益、中效益、較高效益、高效益等6個(gè)等級(jí)，并分別以0、1、2、3、4、5進(jìn)行賦值，可得到單位面積LID措施利用效益評(píng)價(jià)結(jié)果如表8所示。

表8 單位面積LID措施利用效益評(píng)價(jià)

為在同一尺度下對(duì)不同LID措施進(jìn)行綜合性能的量化評(píng)價(jià)，需對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合得分按式(2)進(jìn)行線性歸一化處理，結(jié)果見(jiàn)表9。

(2)

式中：rij為第i種LID措施在第j個(gè)指標(biāo)的歸一化值；xij為第i種LID措施在第j個(gè)指標(biāo)上的原始得分；xij,max為L(zhǎng)ID措施在第j個(gè)指標(biāo)上的得分最大值。

表9 單位面積LID措施性能評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化值

5.2 LID 措施綜合性能評(píng)價(jià)方法

利用層次分析法對(duì)雨水花園、植草溝和透水鋪裝3種LID措施的綜合性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)層次分析結(jié)構(gòu)模型，采用標(biāo)度法對(duì)同層指標(biāo)的重要程度進(jìn)行賦值，構(gòu)建判斷矩陣并采用求和法計(jì)算得到權(quán)向量矩陣W和B(一致性比率均小于0.1)

W=(0.50,0.29,0.05,0.07,0.09)

其中，權(quán)重矩陣W中的數(shù)值即為各性能評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Wj，而兩矩陣相乘便可求得雨水花園、植草溝和透水鋪裝等LID措施的權(quán)重Wi，分別為0.441、0.288和0.257。

5.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)各方案中LID措施面積、性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及其求得的Wi、Wj，按式(3)求得方案1、2、3、4的綜合得分分別為37 606.79、37 760.71、37 897.79和38 009.02。

Z=∑(AjrijWiWj)

(3)

式中：Z為總得分；Aj為各LID設(shè)施的占地面積；rij為各性能評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化值。

綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，方案4為L(zhǎng)ID措施擴(kuò)容改造的最優(yōu)方案。研究區(qū)域經(jīng)LID措施擴(kuò)容改造后，LID措施面積占比從14.4%增至25.6%，不透水性降至43.5%。其中，透水鋪裝、雨水花園和植草溝面積3種措施的面積占比分別為22.8%、1.9%和0.9%。

6 SWMM模擬驗(yàn)證

6.1 不同方案的水文調(diào)控效果

為進(jìn)一步驗(yàn)證評(píng)價(jià)結(jié)果的正確性，對(duì)4種擴(kuò)容改造方案和原LID措施布設(shè)方案在不同設(shè)計(jì)重現(xiàn)期(2 a、10 a和50 a)下的水文調(diào)控效果進(jìn)行模擬，結(jié)果見(jiàn)表10。從水文調(diào)控效果來(lái)看，方案4在徑流總量控制率、峰值流量削減率和峰值流量延遲時(shí)間等水文調(diào)控特性上均達(dá)到最佳，且各擴(kuò)容改造方案的調(diào)控效果與評(píng)價(jià)結(jié)果顯著正相關(guān)。以重現(xiàn)期2 a為例，LID措施綜合性能評(píng)價(jià)體系評(píng)分越高，水文調(diào)控效果越好，徑流總量控制率和峰值流量削減率與評(píng)分值相關(guān)性最為顯著，R2均接近于1。研究結(jié)果表明，構(gòu)建的LID措施綜合性能評(píng)價(jià)體系可用于區(qū)域、街區(qū)等中小尺度下海綿城市改造方案的優(yōu)選評(píng)價(jià)。

6.2 LID措施擴(kuò)容改造后的徑流水文調(diào)控特性

由表10可知，LID措施擴(kuò)容改造后對(duì)雨洪控制的效果顯著提升，特別是最優(yōu)方案4對(duì)2年一遇小重現(xiàn)期暴雨的水文調(diào)控更有效，徑流總量控制率和峰值流量削減率較現(xiàn)有LID措施布局分別提高了34.4%和42.6%，并顯著延緩了峰值出現(xiàn)時(shí)間。利用SWMM模型對(duì)LID措施擴(kuò)容改造后在3種降雨過(guò)程(25 mm場(chǎng)次降水量)下的地表產(chǎn)流過(guò)程進(jìn)行模擬分析，以驗(yàn)證該方案滿足75%年徑流總量控制率的要求，結(jié)果見(jiàn)圖7。

研究區(qū)域經(jīng)LID措施擴(kuò)容優(yōu)化后，在降雨歷時(shí)分別為24 h和6 h條件下(對(duì)應(yīng)降雨峰值5.1 mm/h和24.2 mm/h)并未產(chǎn)生地表徑流，可就地消納85%年平均場(chǎng)次降雨。而當(dāng)降雨歷時(shí)為2 h時(shí)，降雨峰值增至76.9 mm/h，研究區(qū)域有少量地表徑流出現(xiàn)，透水鋪裝暗渠開(kāi)始外排雨水。研究結(jié)果表明，擴(kuò)容改造方案在短歷時(shí)強(qiáng)降雨條件下，主要起水文調(diào)控作用，并不能完全控制徑流不外排。由于當(dāng)?shù)亟涤攴逯翟?0 mm/h及以下的年平均降雨場(chǎng)次達(dá)86.9%，即可認(rèn)為該方案能滿足85%年降雨場(chǎng)次控制率要求，可實(shí)現(xiàn)75%年徑流總量控制率目標(biāo)。

(a)24 h

(b)6 h

(c)2 h

6.3 管網(wǎng)承載能力改善情況

研究區(qū)域排水設(shè)施經(jīng)LID設(shè)施擴(kuò)容改造后的管網(wǎng)承承載能力得到顯著改善，當(dāng)暴雨設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為2 a和10 a時(shí)，排水管網(wǎng)無(wú)管段超載與節(jié)點(diǎn)溢流，且地表徑流能得到有效控制。隨著重現(xiàn)期增為50 a時(shí)，雖然地表徑流控制效果有所減弱，排水管網(wǎng)也將出現(xiàn)少量管段超載(超載率為3.03%)和節(jié)點(diǎn)溢流現(xiàn)象(節(jié)點(diǎn)溢流率5.56%，最大溢流時(shí)間3.2 min)，但研究區(qū)域的總體內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)較低。

表10 不同LID設(shè)施布局的水文調(diào)控特性

7 結(jié) 論

a. 現(xiàn)有LID措施改造后，研究區(qū)域的年徑流控制率低于75%，且在設(shè)計(jì)降水量25 mm(對(duì)應(yīng)降雨場(chǎng)次控制率為85%)的不同降雨條件下均無(wú)法滿足降雨場(chǎng)次控制率要求。現(xiàn)有LID措施改造方案主要存在LID設(shè)施面積占比過(guò)小和組合方式不合理等問(wèn)題。

b. 將LID措施的水文、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益具體量化為徑流控制、徑流污染削減、建設(shè)成本、維護(hù)管理成本和利用效益5個(gè)指標(biāo)，其權(quán)重分別為0.50、0.29、0.05、0.07和0.09，結(jié)合單項(xiàng)LID措施性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與權(quán)重，構(gòu)建了LID措施改造方案綜合評(píng)價(jià)體系。

c. 不同LID措施改造方案的綜合評(píng)分與徑流總量控制率、峰值流量削減率等水文控制指標(biāo)顯著正相關(guān)，確定LID擴(kuò)容改造最優(yōu)方案為：人行道以透水鋪裝(92%)+植草溝(8%)組合形式改造，市政廣場(chǎng)以透水鋪裝(97%)+雨水花園(3%)組合形式改造，傳統(tǒng)綠地以雨水花園改造。水文模擬分析表明，LID措施擴(kuò)容改造后對(duì)雨洪控制的效果顯著提升，研究區(qū)域排水管網(wǎng)的承載能力顯著得到改善。研究結(jié)果證實(shí)構(gòu)建的LID措施綜合性能評(píng)價(jià)體系可用于中小尺度下海綿城市改造方案的優(yōu)選評(píng)價(jià)。