基于SWMM的高校校园海绵化改造方案探索

区雪连 赵蓉 李德宏 张舸 赖嘉颖 刘柏霖 许镔诺 刘锦彤 戴周杰

摘 要：本项目以广东省佛山市南海区广东环境保护工程职业学院的海绵化改造为例，选取人行道透水铺装、车行道透水沥青、透水生态停车坪、透水球场地面、渗沟、植草沟、雨水花园、绿色屋顶等LID改造技术，并通过沉砂池、雨水调蓄池实现部分雨水的回用。通过SWMM模型软件进行模拟运算，经验证确认，改造后能够满足本学院海绵化改造的设计目标。本项目能为国内高校校园乃至城市居住小区、城市公园等的海绵化改造提供借鉴和参考经验。

关键词：海绵城市;LID技术;净化回用;SWMM模型

目前，城市下垫面硬化辅装率提高及未及时的扩建相应的排水管网系统，导致暴雨来临时频发“城市内涝”。雨水具有污染程度低、硬底小、处理净化易等特点[1]，雨水的收集回用，可降低污水处理量，还可提供较为清洁的水资源[2]。近年来，海绵城市建设的推广，在有效减缓城市“水浸街”的同时，助力雨水的回收利用。

因此，本文以广东环境保护工程职业学院为例，提出校区海绵城市规划与改造的方案，项目的实践不仅能够有效控制开发建设对城市降雨径流的负面影响;且能成为学院自身一项宝贵的教学资源，辅助于学院案例教学及学生项目实训环节;同时，成为校园的一部分，潜移默化地影响学生的日常学习与生活，对营造学院独特的环保节能校园文化有一定的推进作用。更甚地，本文分析与探索高校校园规划海绵化设计的有效途径与思路，为国内高校校园乃至城市居住小区、城市公园等的海绵化改造提供借鉴和参考经验。

一、学院现状分析

校园场地汇流坡度基本在4%以内，中部小山丘处坡度较大，可达15%左右;汇水区域总面积约30公顷，其中不透水面积约占59.02%;校区容积率65%，建筑密度17.7%，总建筑面积8.7万平方米，绿化总面积11628平方米，绿地率36.6%，其中，湖总面积约1600平方米。目前学院为雨污分流制排水系统，雨水经管道收集排入周边道路下的市政雨水管网。

二、海绵化改造方案

（一）海绵化目标

根据《佛山市海绵城市建设总体规划》要求，海绵化改造应将70%以上的降雨就地消纳和利用。建设项目的系统防洪、排水防澇规划的目标指标为：本学院属于佛山市的一般地段，排水管道设计重现期为3-5年，排涝标准为20年一遇，24小时设计暴雨1天排完。

（二）改造思路

本项目的改造思路如下图。

（三）工程量统计

参考《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》参数指标，结合本学院下垫面及现有排水的实际情况;选取了人行道透水铺装、车行道透水沥青、透水生态停车坪、渗沟、植草沟、雨水花园、绿色屋顶等LID技术进行学院的海绵化改造探索。改造项目设施工程量表见下表1。

三、海绵化改造成果验证

（一）SWMM模型

1.SWMM模型

为验证本项目海绵化改造目标的可达性，采用SWMM雨水管理模型模拟计算、验证及预评估改造实施效果。

2.模型校验及参数选取

（1）降雨数据。降雨数据采用广东省1970-2009年的降雨量，作为SWMM模型的降雨输入条件，见下图2。

（2）降雨雨型分布。本改造项目采用芝加哥雨型生成器，结合广东省佛山市暴雨强度公式，对学院排水标准按3年一遇、5年一遇120min进行模拟。对学院防洪标准按20年一遇、50年一遇1440min进行模拟。

3.模拟参数设置

本改造项目的SWMM模型参数设置见下表2，改造项目的汇水分区概化模型参数设置及特征参数值见图3。

（二）验证结果

1.年径流总量控制率评估。模拟计算改造后学院下垫面的年均径流系数约为0.26，计算本项目改造后的下垫面年径流总量控制率约为74.3%。

2.排水标准评估。SWMM模型评估3年一遇及5年一遇的120min降雨时，学院管网系统均未出现溢流、满管流情况，表明雨水管网能很好地消纳该强度的降雨。下图4为模拟5年一遇降雨，改造前、改造后的水剖面线分析结果，模拟结果表明，改造前在雨型高峰的时间段，管段出现满流、溢流现象;表明雨水管道排水能力不足，容易发生内涝问题。经本项目改造后，管段均为非满流，经本项目改造后，学院的排水能力大大提高，消除了溢流以及可能产生的积水问题，在一定程度缓解了内涝问题。

3.防洪能力评估。模拟50年一遇降雨1440min结果：大部分管道满流、检查井溢流、道路积水严重;因此，改造项目未能满足50年一遇的排水防涝需求。模拟20年一遇降雨1440min结果：关键管段呈满流，检查井未溢流，路面未产生积水;因此，确认改造项目满足20年一遇的排水防涝需求。

四、结论

第一，本项目结合学院下垫面及现有排水的实际情况，选取了人行道透水铺装、车行道透水沥青、透水生态停车坪、透水球场地面、渗沟、植草沟、雨水花园、绿色屋顶等LID改造技术，并通过沉砂池初步净化、雨水调蓄池的回收，实现部分雨水的回收利用于学院市政设施用水。

第二，通过SWMM模型模拟计算校核，改造后对年径流总量控制率为74.3%，排水标准满足5年一遇，防涝能力满足20年一遇，达到学院海绵化改造的设计目标。

参考文献

[1] 王璐.推动西安市雨水利用的分析和建议[J].城市建设理论研究（电子版），2014（16）：1480-1481.

[2] 弓亚栋.建设海绵城市的研究与实践探索[D].长安大学，2015.

[3] 崔广柏，张其成，湛忠宇，等.海绵城市建设研究进展与若干问题探讨[J].水资源保护，2016（2）：1-4.