海绵城市设计中透水路面的模拟研究

陈顺良

摘 要：本文采用暴雨洪水管理模型对海绵城市设计中透水路面的作用进行了模拟研究，结果表明，采用透水路面可以减小路面降水的径流数据，径流量的减小率与降水频率成正比，增大透水改造路面的面积占比可以使径流量减小率得到提高，综合考虑工程成本，最佳面积占比为20%。

关键词：暴雨洪水管理模型；透水路面；城市设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.071

1 引言

随着城市的发展，诸多不透水区域面积增加，影响了城市受到洪涝灾害的风险[1]。海绵城市设计是一种新型的城市设计思路，旨在使城市可以更好的应对环境变化和暴雨等自然灾害。本文采用数学模型对海绵城市设计中透水路面的应用进行了模拟，并对结果进行了分析。

2 暴雨洪水管理模型的建立

本文采用的研究模型為暴雨洪水管理模型（SWMM），用以对选定小区在特定降雨条件下降雨和径流过程进行模拟。在模型中的子流域按照透水性划分为透水区和不透水区，不透水区按照是否蓄水分为蓄水洼地和非蓄水洼地，整个子流域的出流量是将上述三者出流量进行加和[2]。透水区域、蓄水性不透水区域和非蓄水不透水区域的出流量R1、R2和R3的计算公式如式1所示：

（1）

式1中降雨量用P表示，蒸发量用E表示，蓄水量用D表示，降雨强度用I表示，渗水强度用f表示，时间间隔用Δt表示，其中P、E和D的单位为mm，I和f的单位为mm/h，Δt的单位为h。

在城市设计中采用透水路面是通过增加路面对于水的透过率，从而使路面的径流数据减小的措施[3]。通过增加透水路面，可以使城市路面的使用性得到提高。对水分透过的形式是划分透水路面的依据，因此透水路面有两种，分别是缝隙型和自透水型。前者是人为在不透水的路面砖下设置空隙，并填充沙土或植被；后者则是采用具有透水性的材料铺路，路面雨水可以通过这些材料逐步向路面以下的土壤中渗透。

3 暴雨洪水管理模型的实际应用

根据不同的降水频率，对不同研究区域采用SWMM模型进行模拟，将区域中原有的不透水区域（面积为3.3hm2，其中人行道等路面占1.0hm2）改造为透水路面，不同降水频率下路面改造前后径流数据如表1所示：

从表1所示的结果可以看出，将路面进行透水改造后，各项径流数据都在一定程度上减小，对于降水频率为70%的区域，径流量的减小率为17.25%，径流系数的减小率为26.15%，峰值流量减小率为24.12%。图1为不同降水频率的各个研究区域路面径流量减小率，从图中可以看出，将路面进行透水改造后，径流量的减小率与区域的降水频率成正比，降水频率越高的区域，透水改造后径流量减小率越大。

路面进行透水改造后的面积占研究区域总面积的比例大小对径流量减小率也存在显著的影响。对于降水频率为70%的区域，将不同占比输入SWMM模型，可以得到不同透水改造区域面积占比条件下径流量，如表2所示，从表2中可以看出，随着透水改造区域面积占比的提高，径流量逐渐减小。

图2所示为不同透水改造区域占比下径流量的减小率，从图中可以看出随着透水区域占比的提高，径流量的减小率逐渐增大，当透水区域面积占比达到20%时，减小率趋于平稳，如果继续增大占比，径流量减小率提升效果不明显，同时还会造成浪费。

4 结论

综上所述，采用SWMM模型对海绵城市设计中的透水路面进行了模拟，结果表明采用透水路面改造可以使路面的径流数据减小，同时研究区域的降水频率与径流量减小率成正比；透水改造区域的面积占比越大，径流量的减小率越高，在占比达到20%时，减小率的提升趋于平缓。

参考文献：

[1]王萍，郑悦华.城市化进程对中国大城市降雨特征影响研究[J]. 中国人口资源与环境，2002（10）：36-38.

[2]董欣，陈吉宁，赵东泉.SWMM模型在城市排水系统规划中的应用[J].中国人口资源与环境，2002（10）：36-38.

[3]许道坤，吕伟娅.低冲击开发模式应用—透水路面发展综述[J]. 新型建筑材料，2012，39（03）：31-34.