低影响开发措施的内涝削减效果研究——以济南市海绵试点区为例

李 娜，孟雨婷 ，王 静 ，俞 茜，张念强

（1.中国水利水电科学研究院 防洪抗旱减灾研究所，北京 100038；2.水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心，北京 100038）

1 研究背景

在过去的几十年内，我国城镇化建设急速发展，截至2017年底，我国的城镇化率已经由改革开放初期1978年的17.9%提高到了58.52%[1]。传统的城市化发展会显著增加地表不透水率[2]，不仅增加城市地表径流，减少地表下渗率[3]，同时会威胁城市水资源和水质安全[4]。由于城市防洪排涝设施的建设远远落后于城镇化进程[5]，因此，随着城镇化进程的推进，我国城市内涝问题日益突出。2013年，国务院提出开展“自然积存、自然渗透、自然净化”的海绵城市建设（Sponge City Construction，SCC）。海绵城市建设是基于与自然和谐共处和低影响开发（Low Impact Development，LID）理念，通过综合采用“渗、滞、蓄、净、用、排”等方式达到减少径流量并减少雨水污染负荷的目的，使开发后城市的水文功能尽可能接近开发之前的状况。

为了研究不同LID措施及其组合措施的内涝削减效果，国内外学者采用不同的数学模型针对LID措施及其组合对于径流总量、洪峰流量和峰现时间等水文特征的影响进行了数值模拟[6-8]，常用的模拟软件包括SWMM、Inforworks ICM以及MIKE系列软件等。程涛等[8]采用Infoworks ICM中的排水模型构建了济南市市区某一23.83 km2海绵城市建设试点区的排水管网模型，模拟了不同降雨情境下最大溢流量的情况，评估了研究区域排水管网的排水能力。Guan等[9]采用SWMM构建了雨洪模型，模拟发现雨水罐、透水路面和贮存单元等不同LID措施组合对于径流总量的削减率比单个LID措施的削减率更加显著。Lee等[10]采用SWMM5模型模拟了LID措施对于径流总量和径流峰值的削减效果。但是，可以发现，这些模型重点模拟了LID措施对于径流总量和洪峰流量等的影响，较少关注LID措施对暴雨内涝的影响。

本文采用中国水利水电科学研究院自主开发的洪涝仿真模型[11-14]和洪水风险分析软件FRAS（李娜等，2016，登记号：2016SRBJ0650），以济南市大明湖海绵城市试点区为研究对象，依据《山东省济南市海绵城市建设试点工作实施计划（2015—2017）》（以下简称《实施方案》），在试点区内布设了相应的LID措施组合，分析在不同降雨重现期下LID措施组合的内涝削减效果，从试点区、子流域和街区3个尺度分别分析LID措施对内涝面积的影响，并在流域尺度上分析LID措施对径流总量和洪峰流量的影响。此外，本文还在试点区内的广场西沟流域布置不同规模的单项LID措施，对比分析10年一遇24 h设计暴雨条件下不同比例单项LID措施的内涝削减效果。通过对模拟结果的分析与讨论，提出相关的建议，以期为济南市海绵城市建设以及城市防洪排涝提供技术支撑。

2 城市洪涝模型的构建

2.1 模型原理本文采用的洪水风险分析软件集河道一维、城市二维的水动力学模型[11-14]、地下排水计算模型、降雨产流水文模型等于一体，并通过基于GIS的分析界面实现城市洪涝模拟计算。一维模型通过计算洪水沿通道方向，以及与通道两侧网格的水流交换实现与二维模型的耦合。降雨产流和地下排水模型在特殊通道和网格上分别与一、二维水力学模型耦合，体现了一体化建模的紧密连接和实时同步模拟。其中，一维模型主要用于模拟城市内宽度较小的河道洪水和城市道路行洪现象，二维模型用于模拟洪水在地面和宽度较大的河道中的演进，降雨产流水文模型用于模拟降雨形成净雨的过程，地下排水计算模型用于模拟城市排水管网、泵站等排水设施的作用，包括地下水库模型、等效管网模型和精细管网模型，本文针对的试点区管网资料较为完善，研究区域面积较大（39 km2），包含4个小流域，综合考虑以上两个因素，采用“等效管网”模型[12，15]对试点区地下排水情况进行模拟，该模型与二维水力学模型的耦合包括空间和时间尺度两方面：（1）在空间尺度上，两个模型均以每个网格、特殊通道或节点作为计算单元，当二维水力学模型完成地面的基本方程组求解后，通过在含雨篦子（或雨水口）的网格计算能排入地下管网的水量、在含出水口的网格计算能排入一维或二维河道的水量实现二者的空间耦合；（2）在时间尺度上，二者采用相同的计算步长，每个步长内均进行一次水流交换计算。本文针对降雨产流水文模型，在原有径流系数法的基础上增加了SCS法，与地面二维水力学模型进行实时耦合，并对LID措施所在的道路或网格进行特殊计算或参数的特殊处理，使模型能更精细地反映海绵城市措施对区域产汇流过程的影响和效果。

2.2 降雨产流水文模型的改进本文在降雨产流水文计算时采用SCS方法，该方法是原美国农业部水土保持局（USDA-SCS）对来自美国不同地区的小流域降雨-径流资料经过多年分析研究得出的经验模型[16]。其关系表达如下式所示：

式中：F为产生地表径流后的后损，即下渗量（mm）；S为土壤潜在最大蓄滞量（mm）；P为降雨量（mm）；Ia为产生地表径流之前的初损（mm），包括截留、填洼和表层蓄水等的降雨损失；Q为地表径流量（mm）。

本文针对城市洪涝仿真模型的改进，主要是将SCS方法应用于每个计算步长内的降雨产流计算。考虑到式（1）中降雨量P和下渗量F为场次累积值，而土壤潜在最大蓄滞量S会随时间变化，所以在每一时间步长内根据式（1）可求得各计算单元的潜在累积下渗量。由于城市产生径流的水文过程中降雨初损主要体现在洼地蓄水[18]，而洼地蓄水的影响在二维水力学汇流模型中可通过网格化的地形体现，因此在降雨产流水文模型中可忽略降雨初损，将下渗量作为主要的降雨损失，则式（1）可转换为式（2）。通过比较潜在下渗量与实际累积下渗量求得当前时刻潜在下渗率，实际下渗率取该值与当前时刻可下渗量和时间步长比值中的较小值。每个时间步长内的下渗率计算见下式：

式中：fT为下渗率（mm/s）；F潜,T为至T时刻的潜在下渗量（mm）；∑F实际，T-DT为至T-DT时刻的实际累积下渗量（mm），使用模型计算出的下渗量累积求得；∑PT为至T时刻的累积降雨量（mm）；DT为时间步长（s）；ST为T时刻的土壤潜在最大蓄滞量（mm）；PT为当前计算步长内的降雨量（mm）；HT-DT为上一时刻积水量（mm）。

模型中将当前计算步长内的净雨量作为源汇项输入水力学模型计算汇流过程，耦合过程如图1所示。根据实际下渗情况，在面向每一个计算单元应用SCS经验公式时，对参数调整如下：

图1 SCS模型与水力学模型耦合原理

（1）由于初始土壤潜在最大蓄滞量S0变化范围很大，实际应用中将S0以描述不同土壤-植被组合的径流曲线数CN表示，S0与CN值的关系表达为：

式中：CN值是反映地表产流能力的综合参数，现实条件下CN取值通常在30～98之间。

（2）一般来说，随着降雨过程的推进，土壤含水量逐渐增加、下渗率逐步减小。在降雨过程结束时土壤含水量已有明显增加，下渗率虽仍有变化但变化幅度较小，为简化计算，参考SWMM中针对降雨结束后下渗的简化处理方式[18]，模型中设定此种情况下的潜在下渗率fT与上一时刻的下渗率fT-DT相同。

（3）降雨过程中影响下渗的水量除实际降雨量外，还应包括上一时刻积水量，因此公式中可下渗的水量应为当前计算步长内的实际降雨量与上一时刻积水量之和。

（4）在实际下渗中，土壤潜在最大蓄滞量ST和实际累积下渗量∑F实际，T会随着时间而变化，因此模型中在每一次水文计算后，都要更新参数值作为下一时间步长的输入值。

2.3 LID措施模拟本文研究涉及到的LID措施有绿色屋顶、下沉绿地、滞水减排绿地、增渗绿地和透水路面，针对不同措施的功能效果，将每种措施作为新的土地利用类型单元，在模型中对所在网格或道路的参数和计算方法相应做出了调整。

2.3.1 参数的调整 考虑到研究所涉及LID措施的主要作用在于增渗和滞洪，因而在模型中相应调整的参数为网格和道路的高程、糙率和CN值，通过调整网格和道路通道内LID措施布设区域的参数值进而影响计算单元参数的加权平均值。

（1）CN值主要影响降雨产流过程，体现LID措施布设后的增渗效果，具体参数值根据底层土壤类型、土地利用类型和前期湿润情况，通过查美国《国家工程手册》中给出的CN值检索表[17]获得。本文中的绿色屋顶以基质层，透水路面以透水基层，下沉绿地、滞水减排绿地及增渗绿地以原土确定各自底层土壤类型。

网格或道路的加权平均CN值计算如下式所示：

式中：CNi为计算单元中各土地利用类型对应的CN值；Ai为计算单元中各土地利用类型的面积。

（2）高程的调整主要针对下沉绿地和滞水减排绿地，通过削减措施布设区域高程来反映其滞洪和调控积水的功能，削减值与其蓄水层深度一致，有下沉绿地部分的计算单元，高程ZB计算按下式所示：

式中：ZB原始为计算单元的原始高程值（m）；A总为计算单元总面积（m2）；H下沉为下沉绿地的蓄水深度（m）；A下沉为下沉绿地面积（m2）。

（3）糙率主要影响水力学计算中洪水的汇流过程，受表层土地利用类型影响，可通过增加糙率来反映措施滞洪的效果，网格或道路平均糙率值的计算方法可参照CN值的计算。

（4）考虑到绿色屋顶相对于其他措施土壤层较薄，下渗量有限，因而在原网格参数的基础上增加了最大蓄水量这一参数，在产流计算中绿色屋顶区域累积下渗量超过此蓄水量时不再下渗。

2.3.2 绿色屋顶产流计算方法改进 含绿色屋顶的网格包括三种区域，即绿色屋顶区、非绿色屋顶房屋区和非房屋区。原水文-水力学耦合模型中网格内房屋区域作为不透水面（无下渗）和非淹没区域处理，参与模型中产汇流的计算，采用面积修正率（即屋面面积占网格面积的比值）参数反映屋面区域的大小，网格内的积水集中分布于非房屋区域[11-14]。布设绿色屋顶后，其增渗和蓄滞效果对网格的产流有影响。对此，在模型中将网格的绿色屋顶区域和非房屋区域分别按图1进行下渗计算，非房屋区域PT为降雨量与网格积水量之和，绿色屋顶区域计算时PT仅为降雨量，绿色屋顶区域在累积下渗量达到设定的最大值后不再下渗。非绿色屋顶房屋区无下渗，净雨量与降雨量相等。计算出三个区域的净雨量后，使用面积加权法将净雨量重新集中分布于非房屋区域，并将计算出的网格净雨量P净，网格作为源汇项与水力学模型耦合。P净，网格的计算公式为：

式中：A非房屋为非房屋区域的面积（m2）；P净,非房屋为非房屋区域的净雨量（mm）；A绿屋为绿色屋顶的面积（m2）；P净,绿屋为绿色屋顶的净雨量（mm）；A非绿房屋区为非绿色屋顶房屋区域的面积（m2）；P降为降雨量。

3 海绵试点区及建模介绍

3.1 试点区概况济南市海绵城市试点区为大明湖兴隆区域，即经十路以南、英雄山路以东、千佛山东路以西范围，试点区域面积为39 km2，其中山区面积为16.7 km2，开发建设区域面积为22.2 km2，现状人口约为32万人。整个试点区均位于济南规划主城区内，地势南高北低、东高西低，东、南部为山体丘陵，中部为山前坡地，试点区内有广场西沟、广场东沟、兴济河和十六里河4个小流域，流域面积分别为5.66、7.72、13.73和3.01 km2。区域内现状建设较完善，地块之间结合紧密，具备连片示范效应。由于《实施方案》中并未详细描述每类措施的规模和设置位置，模拟中仅在试点区内设置了其中较为典型且有具体信息的5类LID措施：绿色屋顶、下沉绿地、滞水减排绿地、增渗绿地和透水路面，措施面积分别为0.26、0.31、1.32、0.46和0.18 km2，其分布如图2所示。

3.2试点区模型建立研究区域共划分为26659个不规则网格，网格平均面积约为1500 m2（38 m×38 m），由于河道宽度均未达到网格平均尺寸，因此按特殊河道通道处理，共727条。道路设置为特殊道路通道，共1489条，如图3所示。

3.2.1 参数赋值 模型中网格高程由DEM数据直接提取，网格糙率根据土地利用数据计算落在每个网格内的不同土地利用类型面积加权后的平均糙率，网格面积修正率按各网格内房屋面积与网格面积之比计算，网格下的排水管网相关参数根据实际管道的属性提取了管道总长、总体积、平均底坡和平均底高等；特殊河道断面参数由实测断面数据计算获得，特殊道路通道的路面高程以道路高程散点数据沿道路中心线线性插值计算，宽度按道路面图层量取获得。另外，与海绵措施有关的参数主要为网格和道路的高程、糙率和CN值，取值结果见表1。其中：

图2 试点区流域及LID措施分布

图3 模型通道及边界分布

（1）CN值是根据国际土壤质地三角形的分类方法和试点区1∶1000000的土壤数据确定土壤类型后，利用试点区1∶2000的居民地和植被数据对土地利用类型进行分类，再结合前期湿润情况，查询美国土壤保持局提供的CN表获得。

（2）针对绿色屋顶措施，结合试点区年径流总量控制率不低于75%、对应设计降雨量不小于27.7 mm的建设目标，设置其最大蓄水量为27.7 mm，在产流计算中累积下渗量超过此蓄水量时，绿色屋顶区域不再下渗。

表1 试点区LID措施的相关模型参数取值方法

3.2.2 模型边界 考虑到试点区南高北低、东高西低的地形，本文研究共设置了2个上边界入流（扳倒井河和兴济河），及包括河道、道路和普通网格在内共86个下边界出流，同时将兴隆水库设为内边界，边界位置见图3。其中：（1）上边界使用瞬时单位线法计算的流量过程作为该处的入流数据输入模型，相关参数从《山东省水文图集》中查得；（2）下边界出流口按曼宁公式计算出流过程；（3）内边界兴隆水库的作用主要体现在调控来自上游的流量，即以不同暴雨设计频率下的最大下泄量为控制，在该设计频率暴雨下上游河道流量小于该值时敞泄，大于该值时按最大下泄量下泄。该水库设计防洪标准为10年一遇，10年及20年一遇设计暴雨下的最大下泄量分别为36和47 m3/s，5年一遇设计暴雨、模型率定和验证时的最大下泄量按设计防洪标准下的下泄流量即36 m3/s计算。

3.2.3 初始条件 模型计算中的初始条件包括湖泊及河道初始水深，设置初始条件时参照济南当地湖泊及各河流多年平均水深资料。

4 模型的率定验证

为检验模型参数的合理性，分别选取2012年7月8日和2015年8月3日两场近年来试点区降雨量较大的典型暴雨过程进行模型的率定和验证。

4.1 模型率定2012年7月8日降雨期间，试点区内雨量站的累积降雨量介于28.2～93.7 mm之间，降雨集中于7月8日0—10时（图4（a）），模型模拟总时长设定为15 h，计算步长为3 s，上边界入流过程如图4所示，兴隆水库最大下泄量设置为36 m3/s，边界出口按曼宁公式计算。根据《济南城市水文年鉴2012》，试点区内部共有省委二宿舍和山东大厦2个道路水文站（图3）的实测数据，将模型计算的最大水深与实测值进行对比，结果见表2，可以看出误差未超过10 cm，总体精度较好。

4.2 模型验证2015年8月3日降雨期间，试点区内雨量站的累积降雨量介于44.1～71.5 mm之间，降雨主要集中于8月3日17—23时（图4（b）），模型模拟总时长设定为11 h，计算步长为3 s，上边界入流过程如图4（b）所示，兴隆水库最大下泄量设置为36 m3/s，边界出口按曼宁公式计算。根据《济南城市水文年鉴2015》，省委二宿舍和山东大厦道路水文站的实测数据与模型计算的最大水深对比结果见表3，可以看出两个站点的水深误差亦均未超过10 cm。另外，模型模拟的区域水深分布与地形分布特征是相吻合的，如图5所示，淹没较深的区域基本为地形上相对低洼的位置。

表2 2012年7月8日降雨过程道路最大水深的模拟结果

图4 典型雨量站降雨过程及边界入流过程

表3 2015年8月3日降雨过程道路最大水深的模拟结果

通过对模型的率定与验证结果可以看出，本文针对试点区构建的模型，参数设置较为合理，道路测站处计算值与实测值误差较小，模型能较为准确地模拟不同降雨情况下区域内的内涝情况，率定和验证后的模型可以用于其他方案的计算。

5 方案计算与结果分析

利用验证后的模型计算了5、10和20年一遇24 h设计暴雨条件下（降雨过程见图6）低影响开发措施设置前后共18个方案，包括不同重现期降雨条件下，设置LID措施前后各3个方案和12个在广场西沟设置不同比例LID措施的方案（10年一遇降雨重现期条件下）。研究分试点区、流域、街区3个空间尺度，分析了低影响开发措施的内涝削减效果，并在流域尺度上对比分析了不同比例单项LID措施的内涝削减效果。

图5 模型模拟的2015年8月3日暴雨网格水深分布与区域高程分布对比

图6 各重现期设计降雨过程

图7 5年一遇降雨试点区内涝分布

图8 10年一遇降雨试点区内涝分布

图9 20年一遇降雨试点区内涝分布

5.1 LID措施的内涝削减效果

5.1.1 试点区内涝削减效果分析 本文绘制了不同降雨重现期下《实施方案》中LID开发措施实施前后试点区的内涝分布图，图7—图9为各降雨重现期下试点区的内涝分布图。受淹面积的变化情况如表4所示。从不同降雨重现期下的内涝分布图可以看出，LID开发措施的实施，对措施建设地和附近的内涝均有明显的消减效果，包括内涝范围的减少和水深的降低。

从表4可以看出：（1）措施实施前后内涝面积都随着降雨量级的增大而增大，措施后任一降雨重现期下试点区内的内涝面积相比现状均有减小；（2）内涝面积削减比例在5年一遇降雨下最大，20年一遇时最小。随着降雨量级的增加，内涝面积削减比例逐步减少，说明随着降雨量级的增大，低影响开发措施的效果逐步减弱。

表4 试点区低影响开发措施内涝削减效果分析统计

5.1.2 流域内涝削减效果分析 本文研究范围内有广场东沟、广场西沟、兴济河和十六里河4个小流域，每个流域中的低影响开发措施面积、类型都有所差异，具体措施类型及面积见表5。为了对比LID措施在不同小流域的效果，本文分别统计了每个流域的内涝情况。与统计试点区整体内涝情况类似，对比流域内涝情况时也以内涝面积为统计指标，根据各流域不同降雨重现期下的数据绘制了各流域内涝削减面积比例变化图，见图10。

图10 各流域内涝削减比例变化对比

通过对比可以得出：（1）措施实施后4个流域的内涝面积均有减小，削减比例均大于4.5%，内涝削减效果随着降雨量级增大而减小，与5.1.1节中试点区的内涝削减面积变化规律相同；（2）广场西沟、广场东沟和兴济河流域内LID措施所占流域面积的比例分别为11.11%，5.2%和4.45%，从图9中可以看出子流域措施效果排序为广场西沟＞广场东沟＞兴济河，与措施面积比例顺序一致，说明LID措施效果与措施所占区域面积比例呈正相关关系；（3）十六里河流域内的LID措施以增渗绿地为主，从图10中可以看出，十六里河流域在5年一遇暴雨下内涝面积削减比例最大，并且随着降雨量级增大，内涝面积削减比例明显减弱，这表明增渗绿地的内涝削减效果在小重现期下较为明显；（4）广场东沟流域与兴济河流域的LID措施比例相近，且流域内的主要措施都是道路滞水减排绿地，但广场东沟的内涝面积削减比例明显大于兴济河，分析发现兴济河流域位于试点区南部，地势高、山地多、坡度大；而广场东沟地形较为平坦，这表明滞水减排绿地在坡度较大的地形下内涝削减效果不明显。

表5 各小流域海绵城市措施规模

5.1.3 街区内涝削减效果分析 本文对比了广场西沟上游积水较多且LID措施设置较集中的街区（图11）在措施实施前后不同降雨重现期下的内涝情况。该街区以道路及流域边界为界，街区内包括阳光舜城十区、十二区、济南舜文中学等建筑，街区总面积0.28 km2。

（1）街区内涝削减效果分析。对比街区内涝情况时同样以内涝面积为统计变量，整理了如表6所示的不同降雨重现期下LID措施实施前后内涝面积的变化情况。

从表6可以发现：①措施实施前后内涝面积都随着降雨量级的增大而增大，措施后任一降雨重现期下街区内的内涝面积相比现状都有减小；②内涝面积削减比例在5年一遇时最大，20年一遇时最小，随着降雨量级的增加，内涝面积削减比例逐步减少，这表明随着降雨量级的增大，低影响开发措施在街区的内涝削减效果逐步减弱。

图11 街区和典型网格的位置及区域内LID措施分布

表6 街区内内涝分析统计

（2）关注点内涝削减效果分析。为了进一步对比LID措施的效果，本文研究还选择了不同位置的网格（见图12），对比其在措施实施前后淹没特征的变化，同时还对比了13200号网格有措施和无措施下的淹没特征，具体参数及对比结果见表7。

表7 措施实施前后典型网格淹没变化对比

通过对比得出：①措施后网格淹没历时都有明显缩短，最大水深出现时刻都有所滞后，且重现期较小时效果较好；②位于下游区域的12293号网格上并无LID措施而其上游区域内布设有LID措施，但措施实施后，该网格的最大水深和淹没历时也大大减小，说明LID措施能显著减轻下游一定范围内的内涝；③13200号网格上游区域内布设有LID措施，通过对比该网格上有、无设置LID措施时淹没特征的变化可以发现，在内涝严重区域或其上游区域设置LID措施均能缓解该区域的内涝情况。

5.1.4 地表径流变化分析 本文选取LID措施较多的广场西沟流域开展措施前后流域地表径流过程的对比，流域地表径流过程线及径流总量、洪峰流量和峰现时刻的变化分别见图12和表8。

通过对比得出：（1）措施后不同重现期下径流总量都有所减小，5、10、20年一遇降雨条件下，径流总量削减率分别为6.5%，4.4%，3.7%，LID措施对径流总量的削减效果随降雨量级的增大而减小；（2）洪峰流量在不同重现期下也有不同程度的削减，5、10、20年一遇降雨条件下洪峰流量的削减率分别为9.7%、8.1%和7.7%，LID措施对5年一遇降雨洪峰流量的削减效果最为明显，之后随降雨量级的增大而逐渐减小；（3）各个方案径流过程中地表径流峰现时间在LID措施实施前后无太大变化，初步分析与流域内LID措施蓄水能力较小有关。

表8 措施实施前后广场西沟流域径流参数统计

5.2 不同规模单项措施的内涝削减效果为了进一步比较不同规模下单项措施的内涝削减效果，本文选取了广场西沟流域进行方案模拟。该流域面积5.66 km2，地势平坦，位于城市化程度较高的中心城区，居民地面积比例为16%。研究分绿色屋顶、透水路面和下沉绿地3类单一LID措施分别设置，其布设规则为在措施可设置的区域内按从上游至下游的顺序，选择30%、50%、70%和100%的面积依次增加规模，对该12个方案分别进行模拟计算。其中绿色屋顶、透水路面和下沉绿地的可设置面积分别为0.958、1.988和0.821 km2。本文从内涝面积、流域积水量及流域出口流量3个方面分析10年一遇重现期下不同LID措施的内涝削减效果。

5.2.1 内涝面积变化 各方案内涝面积削减比例对比图如图13所示，同时在图中标注了各方案措施面积占流域面积的比例。从图中可以发现：（1）10年一遇降雨重现期下，单项措施都能有效减少内涝面积，削减效果随措施面积增加而增强；（2）对比不同措施相近流域面积比例下，即图中100%绿色屋顶、100%下沉绿地和50%透水路面（均近似15%流域面积）方案下的内涝削减比例得出，三种措施对内涝面积的削减效果排序为：下沉绿地＞透水路面＞绿色屋顶。

图12 广场西沟地表径流过程线

图13 不同措施内涝削减面积比例变化

5.2.2 积水量变化 本文统计了不同方案下流域积水量随时间变化的过程，过程线如图14所示。由图可知：（1）各措施均能明显削减流域积水量，削减量在整个降雨过程中呈先增大后减小的趋势；（2）图14（d）中，相似面积比例下不同单项LID措施对流域径流的削减效果及作用时段有所不同，降雨前期，绿色屋顶对积水量的削减效果最好；降雨峰值及后期，下沉绿地和透水路面的积水量削减效果明显增强，后期下沉绿地的积水量削减效果明显优于其他两种措施。

图14 各方案积水量变化过程线

图15 各方案流域地表径流过程

5.2.3 地表径流变化 本文统计了各方案下流域地表径流过程，过程线如图15所示。由图可知：（1）各项措施对地表径流总量均有削减，随着规模的增大，措施对地表径流总量的削减量逐步增加；（2）图15（b）中，不同比例下沉绿地对地表径流总量的削减量均较小，削减量虽然随措施规模增大但增量较小；（3）图15（d）中，相似面积比例下不同单项LID措施对地表径流的削减效果有所不同，绿色屋顶和透水路面对地表径流总量的削减量较大，下沉绿地对地表径流总量削减较小，这表明下沉绿地由于本身蓄滞量较小，其主要功能在于调控积水分布。

6 结论

本文采用水文-水动力学耦合模型，针对不同量级降雨，开展了LID措施在济南大明湖试点区、小流域和街区3个不同尺度上的内涝削减效果研究。通过本文研究可以得到以下几点结论：（1）在3个不同尺度布置LID措施后，5、10、20年一遇降雨下的内涝面积、洪峰流量和径流总量均有所降低，随着降雨量级增大，内涝的削减效果减弱，5年一遇内涝削减效果最为显著。（2）单一LID措施的内涝削减面积比例、积水量削减比例和地表径流总量削减比例，都与措施的规模呈正相关，规模越大，削减量越大。（3）3种LID措施对积水量的削减效果在整个降雨过程中均呈先增大后减小的趋势，这是由于措施增渗量和蓄滞量有限，随着降雨累积量的增大，后期能发挥的内涝削减效果也随之减弱。（4）不同类型LID措施的内涝削减效果有所不同。10年一遇降雨条件下，济南海绵城市试点区中的广场西沟流域内，措施对内涝面积的削减效果排序为下沉绿地＞透水路面＞绿色屋顶。

本文设置的3种LID措施的内涝削减效果是基于本文研究区域的特殊地形和土地利用状况得出的，对类似区域具有一定的参考价值，但仍具有一定的局限性。针对不同地形、土地利用和降雨雨型等条件，单独LID措施及不同LID措施组合的内涝削减效果还有待进一步研究。