低影响开发组合措施%28LIDs%29-调蓄泵站联合削减城市径流效果——以河北省某县主城区为例.pdf

第45卷第4期2023年7 月李花月，张翔，徐欢，等.低影响开发组合措施（LIDs）-调蓄泵站联合削减城市径流效果一一以河北省某县主城区为例J.地球科学与环境学报，2 0 2 3，45（4）：9 7 8-9 9 0.LI Hua-yue,ZHANG Xiang,XU Huan,et al.Effect of LIDs-storage Pumping Station on Urban Runoff Reduction-A Case Study ofOne County in Hebei Province,ChinaJ.Journal of Earth Sciences and Environment,2023,45(4):978-990.D0I:10.19814/j.jese.2022.10014欢”，崔朝阳1，栾清华4.5*（1.河海大学水文与水资源学院，江苏南京2 10 0 9 8；2 北方工程设计研究院有限公司环境工程设计研究院，河北石家庄0 50 0 11；3.河北工程大学河北省智慧水利重点实验室，河北邯郸4.河海大学农业科学与工程学院，江苏南京2 1110 0；5.河海大学洪涝灾害风险预警与防控应急管理部重点实验室，江苏南京2 10 0 2 4)摘要：采用低影响开发（LID)和泵站等措施有效控制雨洪是治理城市内涝的重要手段。为探究低影响开发和泵站联合削减山丘城区的暴雨径流洪峰效果，构建了河北省某县主城区的SWMM模型。选用渗透铺装-下凹式绿地-雨水桶的低影响开发组合措施（LIDs），并考虑区域上、下游关系联用调蓄泵站布局设计了6 种不同的布设方案，并就径流系数及其削减率、出口断面径流峰值及其削减率、峰现时间开展了研究。结果表明：在区域上游、下游及全域布设LIDs方案，虽然能有效控制径流系数和出口断面径流峰值，但是其峰现时间滞后效果并不显著，下游管网排水能力不足的问题也没有完全解决；联合布设LIDs及调蓄泵站后，上游、下游及全域布设方案下的出口断面径流峰值均得到显著削减，最大削减率分别为2 3.2 2%、42.8 8%和44.0 7%，同时峰现时间可滞后2 9 187min。通过对比分析各方案的出口断面径流峰值削减率和峰现时间，最终优选得出下游布设LIDs和调蓄泵站联用方案综合效益最佳。关键词：海绵城市；城市内涝；低影响开发；SWMM模型；径流控制；上、下游关系；空间布局；方案优选中图分类号：TU992Effect of LIDs-storage Pumping Station on Urban Runoff ReductionLI Hua-yue,ZHANG Xiang”,XU Huan,CUI Zhao-yang,LUAN Qing-hua.5*(1.College of Hydrology and Water Resources,Hohai University,Nanjing 210098,Jiangsu,China;2.Institute of Environmental Engineering Design,NORENDAR International Ltd.,Shijiazhuang 05001l,Hebei,China;3.Hebei Key Laboratory of Intelligent Water Conservancy,Hebei University of Engineering,Handan 056038,Hebei,China;4.College of Agricultural Science and Engineering,Hohai University,收稿日期：2 0 2 2-10-10；修回日期：2 0 2 3-0 5-11基金项目：江苏省研究生科研与实践创新计划项目（SJCX22_0182）；河北省重点研发计划项目（2 0 3 7 540 1D)；国家自然科学基金项目（518 0 9 0 7 8）作者简介：李花月（19 9 8-），女，河北平山人，工学硕士研究生，E-mail:。*通讯作者：栾清华（19 7 8-），女，河北井人，教授，博士研究生导师，工学博士，E-mail：159 3 2 7 57 10 9 16 3.c o m。地球科学与环境学报Journal of Earth Sciences and Environment低影响开发组合措施(LIDs)-调蓄泵站联合削减城市径流效果以河北省某县主城区为例李花月1，张翔，徐双文献标志码：A文章编号：16 7 2-6 56 1（2 0 2 3)0 4-0 9 7 8-13A Case Study of One County in Hebei Province,China投稿网址：http：/je s e.c h d.e d u.c n/Vol.45No.4July2023环境与可持续发展专刊邮0 56 0 3 8；第4期Abstract:Effective retention and interception of storm through Low Impact Development(LID)and pumping station are critical for urban waterlogging reduction.Six schemes were designedbased on the spatial layout of relationships between upstream and downstream through permeablepavement,sunken greenbelt and rain barrel,and the couplings of LIDs and storage pumpingstation to assess the effect of runoff control of couplings of LIDs and storage pumping station inone country,Hebei province;the runoff coefficient,outflow peak and peak time in differentscenarios were simulated through SWMM;the corresponding reduction rates or delayed peak timewere compared in different schemes.The results show that it is effective on runoff coefficient andtotal outflow peak through LIDs deployed in upstream,downstream and whole area.However,implementing LIDs merely is limited in delaying the peak time and drainage of runoff indownstream pipe network;the schemes of the coupling of LIDs and storage pumping station areremarkable in reducing peak outflow whose maximum reduction rates are 23.22%,42.88%,44.07%,and delaying its current time 29-187 min.By comparing and analyzing thecorresponding reduction rate and peak time of each scheme,it is finally concluded that thecombined scheme of laying LIDs and regulating storage pumping station in the downstream havethe best comprehensive benefit.Key words:sponge city;urban waterlogging;LID;SWMM;runoff control;relationship betweenupstream and downstream;spatial layout;scheme optimization0引 言近年来，我国极端气候频发导致暴雨事件增多，加之城市化高速发展使下垫面的不透水面积增大，改变了城市产汇流特性，导致城市排涝措施不健全，雨水很难及时排出，城市内涝问题日益严峻，已成为影响我国城市发展的突出问题之一1-3 。2 0 2 1年，河南省郑州市发生了“7 20特大暴雨，造成直接经济损失40 9 亿元，死亡失踪3 8 0 人。针对城市内涝问题，我国提出了“源头减排、过程控制、系统治理”的思路，大力开展海绵城市建设4，强调从源头治理的低影响开发(Low Impact Development,LID)理念，并不断完善排水管网设施，健全灰绿设施改造，致力于加快韧性城市建设。LID是雨洪源头治理常用的手段，且类型众多，其效果也有所不同。针对不同LID的雨洪削减效果评价，国内外许多学者已开展了大量研究5-10 。例如，赵沛等通过SWMM模型对比研究区有无渗透铺装措施的径流削减效果，结果表明渗透铺装措施能够削减径流总量的2 3%51%5；Kwak等为定量对比分析低影响开发组合措施（LIDs）与单个LID对径流量的削减效果，以韩国某市为研究对象建立SWMM模型模拟不同情景下径流总量、径流李花月，等：低影响开发组合措施（LIDs)-调蓄泵站联合削减城市径流效果Nanjing 2111o0,Jiangsu,China;5.Key Laboratory of Flood Disaster Prevention and Control ofMinistry of Emergency Management,Hohai University,Nanjing 210024,Jiangsu,China)979峰值的变化，发现LIDs效果更显著，而且选择截留-渗透性能的 LIDs效果最好8 。此外，一些学者还从LID布局面积占比的角度开展布局优化1-151。例如,Gao等以西安市西咸新区某区域为研究对象，利用SWMM模型模拟降雨重现期为十年一遇时不同LIDs方案对径流量的控制效果，发现当雨水花园、绿色屋顶、渗透铺装的布设面积比例分别为3.75%、3.7 5%和7.50%时效果最好13 。以上研究多考虑LID属性、功能的不同来对其面积占比的效果开展评估并进行优选。为了考虑经济、环境等综合效益，国内外许多学者会利用层次分析法、NS-GA-II等各种数学算法16-2 2 来优化。近年来，国内学者则进一步从LID空间位置的布局角度来开展效果对比及优化2 3-2 6 。尽管LID仅对中小降雨条件下的径流削减有一定效果，但降雨强度较大时仍需结合排水管网共同控制径流。考虑到老旧小区排水系统设计标准普遍偏低，管网改造修建难度大且建设成本高2 7-2 8 ，因此，选用修建施工方便且成本较低的调蓄设施（如泵站、调蓄池)来加大排水能力成为必选项。许多学者针对雨水泵站、调蓄池等排水设施对径流总量、峰值的控制效果进行了一系列的评估2 9-3 2 1，从泵站运行过程的角度开展研究。例如，冯建刚等对某底部涵980管进水形式的城市输水泵站进行了泵站前池流态数值模拟，发现采用八字形导流墩和底坎的组合式整流措施能使泵进水状况变好，提高泵站运行的可靠性3 3 ；徐辉等采用物理模型试验法对上海市某雨水泵站侧向出水箱涵的水力流态特性进行分析，提出了在出水箱涵内加设由导流短墩、底坎、组合梁构成的组合式整流措施，能够有效提高出水箱涵的出流均匀度3 4；夏金金根据海南省海口市主城区内涝现状设计了下游调蓄池与泵站联用的改造方案，选取多类型组合措施对上、下游区域进行单独治理，并提出上游区域泵站最佳启闭时段计算方法3 5目前，国内外学者虽然从LID布设比例优选、空间布局优化、雨水泵站应用等角度进行分析，但是鲜有从LID与调蓄泵站联用并基于区域上、下游关系的空间布局角度进行优化的研究。基于此，本文选取河北省某县主城区为研究对象，基于SWMM模型对LIDs-调蓄泵站联用空间优化布局效果进行分析与评估，尝试通过LIDs与调蓄泵站联用空间布局以降低城市内涝灾害风险，为山丘城区的内涝治理提供科学的管理建议。1研究区概况本文研究的城市位于太行山北端东麓，隶属于河北省保定市，7 0%为山地，坡度变化大；研究区属于温带季风气候区，春季和秋季干旱多风，夏季炎热多雨，冬季严寒少雪，四季分明。区域内多年平均降雨量为56 0 mm，降雨时空分布不均，多集中于6 月至9 月，暴雨主要在7 月下旬到8 月上旬。本文以该城市的主城区为研究对象，区域由北易水河与南水北调干渠包围（图1），纬度范围为3 9 19 N3 9 21N，经度范围为1152 8 E1153 2 E，面积为1200.01ha。其中，住宅用地约占3 3%，公共服务与商业用地约占2 6%，交通道路用地约占18%，绿化用地约占14%，工矿用地约占10%（图1）。研究区整体地势西高东低、北高南低，最大坡度达12.8，平均坡度为2.8 7（图2)。2SSWMM模型构建2.1模型概化本次模型概化资料来源于负责研究区排水专项工程改造规划设计的北方工程设计研究院有限公司。目前，研究区排水专项工程已完成改造，改造后实现了雨污分流，雨水主要依靠管道排出。在选取雨洪模型时，考虑到SWMM模型是一款开源免费地球科学与环境学报南水北调干渠N朝阳路一朝阳路4调蓄泵站2公共服务与商业用地交通道路用地住宅用地绿化用地工矿用地河流水系Fig.1Land Use Types of Study Area01440mFig.2 Topography Map of Study Area的动态降雨-径流模型，功能模块完整，具有LID操作模块及泵站模拟模块，界面操作简便，故本次研究选取SWMM模型。SWMM模型中的下渗过程采用Horton模型，地表汇流过程采用非线性水库模型，管道汇流过程则采用圣维南方程组求解3 6 。模型均采用现状年的数据进行概化，主要包括子汇水区划分及管网概化。子汇水区划分时将研究区土地利用类型现状图导入SWMM模型中，并结合3 0 m分辨率下垫面高程数据进行初步概化，再根据街道、雨水井分布情况进行细化；管网概化采用结合雨水排水管网现状图、施工图、实地踏勘等多种途径获得的数据设置管网位置、管径、进出水点等相关参数。再根据区域上、下游水力联系、排水口数量及位置将管网初步分为4个排水分区，考虑到部分小区的内部管道杂，将SWMM模型中的部分管道进行拆分与合并，最终形成4个相对独立的排水分区，各分区间无涝水交换；而且，目前研究区排水专项工程已完成改造，改2023年8上游下游北易水359河0500m18 为调蓄泵站编号图1研究区土地利用类型图2 研究区地形图6N高程/m7140第4期造后上游区域地势明显高于北易水河，无外洪影响，最终雨水均流向北易水河（图1），此区域水量平衡，无外边界水交换。根据上述方法，将整个区域最终划分为4个排水分区、3 51个子汇水区、19 6 个节点、196条管道和4个排放口（图3）。2.2模型率定与验证2.2.1积水实测数据收集课题组于2 0 19 年6 月进行研究区实地踏勘选点，并结合2 0 19 年7 月2 2 日降雨过程（简称“7 22”降雨)对选取点开展了实时道路积水深度和积水面积勘测。通过资料收集并结合实时观测可知，“722降雨过程历时42 5min，降雨量达2 7 mm，属于大雨级别，具体过程见图4。在测量时，根据气象预报选取监测点最大积水深时刻，用盒尺对监测点附近的积水深度进行多点测量，取平均值作为实测值,最终确定了11处易涝点（图5）。其中，金台路与泰元大街交叉口、河北某县中学附近、朝阳路与易定线交叉口3 处积水情况最为严重，最大积水深均在10 cm以上,到第二天仍有大量积水。2.2.2综合径流系数法和地表最大积水深法由于积水实测数据有限，为保证模型参数的准确性，先用综合径流系数法3 7 进行率定，再通过地表最大积水深法3 8 进行验证。综合径流系数法率定过程中的下渗模块选取霍顿模型，子汇水区面积、特征宽度、管网直径等确定性参数可根据测量或计算获得，而粗糙系数、最大下渗率等不确定性参数则参考北方地区下垫面类型对应参数取值范围（10 10 0)3 9 及SWMM模型操作手册3 6 按经验选取，最终率定结果如表1所示。Table 2 Comparisons of Simulated and Measured Maximum Ponding Depths in Waterlogging Points Under地点金台路与泰元大街交叉口迎晖大街与长安路交叉口朝阳路与易定线交叉口河北某县中学附近金台路与靖远大街交叉口某县国税局附近3.1设计降雨的确定本文利用芝加哥雨型结合保定市暴雨公式3 得到两年一遇、五年一遇、十年一遇和二十年一遇重现期下历时2 h的降雨强度过程，降雨序列时间步长选取1min，雨峰系数选取0.4。具体公式为李花月，等：低影响开发组合措施LIDs)-调蓄泵站联合削减城市径流效果表1SWMM模型参数设置Table 1Parameters Setting of SWMM参数取值不渗透性粗糙系数0.015渗透性粗糙系数0.160不渗透性洼地蓄水/mm1.55渗透性洼地蓄水/mm3.50最大下渗率/(mmh-1)35最小下渗率/(mmh-1)5渗透衰减系数/h-13干燥时间/d7基于综合径流系数法率定的模型参数，模拟“722降雨-积水过程。将模拟结果中易涝点的溢流量平摊于道路面积，计算相应点的地表积水深，并计算模拟值与实测值的误差4-42 ，各易涝点模拟结果的绝对误差均满足国家标准水文情报预报规范（G B/T 2 2 48 2 2 0 0 8)2 0%以内的标准43 ，且平均绝对百分比误差（Mean Absolute Percentage Er-ror,MAPE)为10.48%（表2）。模型率定后积水点分布情况如图6 所示，与图5中实测易涝点积水情况分布较为一致，表明图5确定的11处易涝点具有一定的典型性与代表性，说明该模型模拟效果良好。3情景设计情景设计主要包括设计降雨的确定、LID的布置、参数设置以及调蓄泵站的设置。由于研究区从南向北地势递减，雨水管网为南北流向，区域上、下游关系明显，所以LID布设时可按照上游、下游、全域布设，而调蓄池则根据易涝点的分布进行布设。表2 2 0 19 年7 月2 2 日降雨易涝点最大积水深模拟值与实测值对比Rainfall in July22th,2019模拟值/cm实测值/cm误差/%12.5314.02.523.011.7112.011.9910.23.033.03.573.0981地点模拟值/cm实测值/cm误差/%-10.50泰元大街与长安路交叉口-16.00朝阳路与迎晖大街交叉口-2.41泰元大街与易兴路交叉口19.90某县实验中学附近1.00金台路与阳元大街交叉口19.0014.973(1+0.685 61g P)(t+13.877)0.776式中：i为降雨强度，单位为mmmin-l;P为重现期，分别取2、5、10、2 0 年；t为降雨历时，取12 0min。设计降雨过程线如图7 所示。2.965.763.384.141.113.05.04.04.01.01.3315.20-15.503.5011.00(1)J163982地球科学与环境学报J197J198N2023年J195J198J199J81J200JEJ128J129J118J161J166424PFK4子汇水区雨量计管道节点排放口165J3J141J142JBJ14345J31J148J38J9J15345J108J1IJ158J104XJ103101400m0J165175J170J13J177J176J178J147J1:J18037J13J18318J1J189J190J192J167J138J139J17118J172J173J184J185J188J193图3研究区SWMM模型Fig.3SWMMof StudyArea2.01.51.00.5时间图42 0 19 年7 月2 2 日降雨情况Fig.4Situation of Rainfall in July 22th,20193.2LID的布置由研究区土地利用类型（图1)可知，其下垫面类型复杂，老旧小区改造难度大，选择房屋建筑密集区布设雨水桶，道路及广场采用渗透铺装，绿地布设下凹式绿地。将3 种LID进行组合，下凹式绿地占绿化用地50%，商业用地及住宅用地分别布设2 0%渗透铺装和10 2 2 个雨水桶。由于不同LID特性不同，各分层参数有所差异，LID参数依据SWMM模型操作手册与相关文献获得4。具体设置见表3。由于研究区南北坡度变化较大，从北向南逐渐递减，排水主管线流向从北至南的上、下游关系较为明显，并考虑到4个排水分区相对独立，互不影响，最终以朝阳路往北划分为上游，面积为7 2 2.0 6 ha，朝阳路往南为下游，面积为47 7.9 5ha（图1）。为研究LID空间布局对径流削减影响，重点考虑区域上、下游关系，将渗透铺装、下凹式绿地和雨水桶3种措施按比例组合后分别布设于上游、下游及全域，形成3 种空间布局方案（表4）。其中，上游雨水桶第4期纳城金台路与阳元大街交叉口文G1易县第四小金台路与靖远大街交叉口中线营管理处易水悦府小区易某县实验中学附近紫竹苑东区范西区超兴路李花月，等：低影响开发组合措施(LIDs)-调蓄泵站联合削减城市径流效果某县国税局附近泰元大街与长安路交叉口仁合家园华勿州棋中心卫生院易水壹号华宇印象城同兴西路华宇西2新天地旅馆易县第三幼儿园同兴东路华手时代新区货易县汽车站234南方公四建业家具城台易县第二小学文易县自然资源和规划局经易县福德职业培训学校易县人民法院佳成建筑机械有限公司易涝点孵化基地水系n花带村整家3 6 5N4节点深度/m0.020.040.060.08子汇水区雨量计管道节点排放口7983城北旧货市场一高果线金台路与泰元大街交叉口易县智慧树幼儿园易县监察局业太平洋直监察局G234易县百货大楼燕都谷苑北元迎宾新区大易县人民医院文长安踏易县实验中学鑫苑东区平安家园易县政府康东花园北区易县妇幼保健院+G234鑫苑小区美庐苑小区河北某县中学附近易县新兴石材厂印城海江泰元大街与易兴路交叉口文西亢清真寺银河小学图5研究区易涝点分布Fig.5Distribution of Waterlogging Points in Study AreaJ197J196J195J89PFK41J11J12J53114J150400mLN4华物流易县燕旺工业园九江石材迎辉大街与长安路交叉口景安幼儿园东关新村文文化广场河北易县中学太阳城京都首府锦芳园易县朝阳医院西西花园小区文福州镇易县第一小学云蒙嘉园团结路院数新都精典易县广墙电范小区盛世嘉园天J198J76三J77J65J2229J31J30J525516J17J18119章村新城1期幸盛源购物中心微亚澜家苑朗阳东路微领尚城东关新居朝阳路与迎辉大街交叉口裕和豪庭J7J199J79J80J82J2J85J84J83J92J938EJ12523J2J75J59J68J62J71J6470J51J50J46J45J57J44J20J21文蓝天小学五里用村天成公寓东剑家居广场朝阳路与易定线交叉口易州派出所易县爱军医院逸品农家院01kmL石旺村J81J200J8918J9487J91J1271121J123J119016J166J10167J124J126J27J120J28/169J3J1411142J143131174J175JJ170J610J3J144148J147J3J95ORJ116Y114/1115J117JJ39J112J113J40:J109110J99J42J107J106|1J1581050J43104J103101Pfk3fk2J102JEJ128136J9J153J154J9J156J155J160元159折352J157J138J140J139J129J118122J161JJ145J146J13J17741176J171J178J1:J180J172J181J37TJ183J182J173J1874C3J1J189J190J184J1J192J1912J185J136J194 J186J193J163J165J168图6 SWMM模型模拟研究区积水点分布Fig.6Distribution of Ponding Points in Study Area Simulated by SWMM布设53 4个，下游雨水桶布设48 8 个，共计10 2 2个，而且上、下游相同类型LID所对应的控制面积大小相似；上、下游LIDs控制总面积大小相似，分别为 2 12.0 3、19 0.8 4 ha。3.3调蓄泵站的设置在SWMM模型中，泵站常与调蓄池联合运行9844.03.53.02.52.01.51.00.50Fig.7Rainfall Process Curves Designedin Different Recurrence Intervals表3 LID参数设置Table 3Parameter Setting of LID渗透下凹式LID分层参数蓄水深度/mm表面层植被覆盖率表面坡度/%表面粗糙系数厚度/mm孔隙比路面层不透水率渗透性/(mm h-1)堵塞因子透水层厚度/mm孔隙率田间含水量土壤层菱為含水量导水率/(mm h-1)导水率坡度吸上水头/mm厚度/mm孔隙比蓄水层渗透速率/(mm h-1)堵塞因子表4LIDs 的3 种方案Table 4Three Schemes of LIDs方案名称渗透铺装控下凹式绿地控雨水桶控制位置制面积/ha制面积/ha方案一69.46方案二63.50方案三132.96作为调蓄泵站以缓解管网排水压力。通过实地踏勘结合当地规划资料可知，研究区下游管网对上游来水的承载力不足，且下游末端管径较小，造成下游管道长时间处于满载溢流状态，排水能力较差。因此，地球科学与环境学报在管网末端设置调蓄泵站能够实现快速排涝。此两年一遇外，部分节点溢流情况较为严重，也可考虑设置调蓄五年一遇千年一遇二十年一遇2040降雨历时/min图7不同重现期设计降雨过程曲线铺装绿地220000.85110.240.101500.15020003000.403.190面积/ha38.38104.1932.0995.2570.40199.442023年泵站在洪峰时收集储存洪水，待洪峰过后将雨水放出，从而削减洪峰流量，减小下游管道压力。考虑到主城区排水管网改造工程刚竣工未超过5年，调蓄池占地面积较大，住宅用地和商业用地人员密集、施工周期长、建设成本高，因此考虑在绿化用地建设调60802500.450.20.112510503000.45125.00上游下游全域100雨水桶1500120蓄池，最终共建立8 座调蓄泵站，其分布位置如图1所示。调蓄池与水泵设计参数可由研究区管网设计规划图及相关文献获得44,其中8 个调蓄池池深均为3 m，占地面积均为40 0 m。调蓄池水面面积随水深变化的蓄水曲线如图8 所示。由于泵站基础建设资料有限，设计水泵时以运行安全为第一宗旨，8座泵站的水泵功率和尺寸均采用一种型号为Am-acanPA41000-700/1608UTG1的水泵，设计流量(Q)为2.3 8 ms-1,功率(P)为16 0 kW,水泵扬程（H)为4.2 mL40。基于研究区管网设计规划的水力联系，可确定调蓄泵站18 可控制面积分别为10.88、8.42、5.46、3.3 0、7.57、5.19、5.45和6.2 3ha，共控制总面积52.50 ha；此外，SWMM模型中要求对水泵启停深度进行设置，具体参数见表5。QH特性曲线拟合方程45 为3.02.52.01.00.50水泵名称水泵1水泵2水泵3水泵4水泵5水泵6水泵7水泵8时间图：调蓄池蓄水曲线Fig.8Curve of Storage表5水泵设计参数Table 5Parameters of Storage Pumping开启深度/m0.501.502.250.801.501.251.000.70关闭深度/m0.30.50.50.40.80.60.40.4第4期在参数设置的基础上考虑LIDs与调蓄泵站联用的不同空间布局效果，然后将方案一、方案二、方案三分别再与调蓄泵站进行联用以研究LIDs与调蓄泵站对洪涝削减的协同作用，最终形成方案四、方案五、方案六（表6）。表6 LIDs与调蓄泵站联用的3 种方案Table 6Three Schemes of Couplings of LIDs-storagePumping Station方案名称空间布局方案四方案一叠加调蓄泵站方案五方案二叠加调蓄泵站方案六方案三叠加全域调蓄泵站4结果分析与讨论4.1LIDs 空间布局分析图9 展示了LIDs布设于区域上游、下游、全域3种方案下的径流系数和出口断面径流峰值。从图9可以看出：不同LIDs 空间布局方案在相同降雨重现期下的径流系数和出口断面径流峰值均小于现状情景，且随着降雨重现期的增加而增大；通过对比表7中峰现时间可以看出，在下游和全域布设LIDs具有一定的效果，滞后只有2 10 min，滞后时间较短。上游布设LIDs的径流系数为0.516 0.56 5，下游布设LIDs的径流系数为0.52 6 0.57 9，全域布设LIDs的径流系数为0.2 40 0.2 7 6。表7 不同重现期下峰现时间Table 7Peak Time in Different Recurrence Intervals重现期现状上游布设LIDs下游布设LIDs全域布设LIDs图10 深人定量分析了不同方案削减效果的变化。由图10 可知：随着重现期的增加，削减效果都有不同程度的降低，径流系数削减率为3 3.18%70.02%，出口断面径流峰值削减率为9.2 4%56.97%。总体来看，在上游布设LIDs对地表径流量削减效果略优于下游布设LIDs，最大削减率可达35.53%，但下游布设LIDs时的出口断面径流峰值控制效果超过上游3 5倍，出口断面径流峰值削减率最大为51.9 3%；全域布设LIDs虽然对径流总量削减7 0%左右，对出口断面径流峰值削减50%以上，但与下游布设LIDs效果相差不大。上游布设LIDs虽然能够延长区域降雨人渗时李花月，等：低影响开发组合措施（LIDs)-调蓄泵站联合削减城市径流效果H=15.532Q4.2.1出口断面径流峰值削减率从图12 的出口断面径流峰值削减率变化来看，方案四的出口断面径流峰值削减率为17.2 1%两年一遇五年一遇十年一遇二十年一遇0:530:520:520:520:570:561:021:00985(2)间，增加下渗量，从而削减地表径流量，但是下游本地来水在降雨初期仍超过下游管网排水能力，因此出口断面径流峰值变化不大。而下游布设LIDs能从降雨初期开始发挥滞蓄和下渗作用，从而直接减少下游径流量，上游来水到达下游区域时，管网压力明显降低，从而能够大大减小出口断面径流峰值。径流总量与流域面积的大小密切相关，区域面积一定时,径流总量又与径流峰值紧密相关。此外，径流峰值和峰现时间作为城市内涝风险的重要致灾LIDs位置因子，在方案设计时应重点考虑。对比径流总量削上游减效果，全域布设LIDs虽然能够削减径流总量的下游70%左右，但投资成本较高，施工改造难度较大，且全域峰值滞后时间较短的问题仍未很好地解决。模型模拟结果（图11)表明，下游管道排水能力不足、管道压力荷载较大的问题仍然存在。考虑到改造管径的难度及投资成本，本文尝试联用LIDs与调蓄泵站以解决上述问题。4.2LIDs-调蓄泵站协同分析通过SWMM模型模拟LIDs与调蓄泵站联用后的方案四、方案五、方案六，得到不同重现期下各方案的出口断面径流情况（图12）。在选取评价指标时，径流峰值相关要素较径流总量对城市内涝预警管理更具指示作用，因此选取出口断面径流峰值削减率和峰现时间为评价指标，并根据不同指标下各方案的效果大小进行优选。23.01%，方案五、方案六的出口断面径流峰值削减0:520:520:520:520:520:520:580:57率均在40%以上，且相差不大。结合图10，仅考虑径流峰值削减率为单一量化，则径流峰值削减率从高至低的方案依次为方案三、方案二、方案六、方案五、方案四、方案一。方案二、方案三是一个梯队,效果显著；方案四、方案五、方案六是一个梯队，效果较显著；方案一效果一般。4.2.2峰现时间对比峰现时间可知：方案四与方案五、方案六相比，其滞后峰现时间效果最为显著，滞后时间最短为59min，最长为18 2 min；其次为方案六，滞后时间为346 4m i n;方案五次之，但仍能滞后3 9 55min。与仅布设LIDs的3 种方案相比，添加调蓄泵站后的3 种方案能够明显滞后峰现时间。峰现滞后时间从高至低依次为方案四、方案六、方案五、方案三、方案二、方案一。方案四的效果异常显著；方案五、方9861.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10Fig.9Runoff Coefficient and Total Outflow Peak for Different Scenarios of LIDs in Different Recurrence Intervals80706050403020100两年一遇图10不同重现期下不同LIDs布局的径流系数削减率和出口断面径流峰值削减率Fig.10Reduction Rates of Runoff Coefficient and Total Outflow Peak for Different Scenarios of LIDs in Different管段深度/m0.250.500.751.00子汇水区雨量计管道节点排放口地球科学与环境学报现状上游布设LIDs下游布设LIDS全域布设LIDs两年一遇五年一遇重现期(a)径流系数图9不同重现期下不同LIDs布局的径流系数和出口断面径流峰值五年一遇十年一遇重现期(a）径流系数削减率上游布设LIDsJ197J196J1958PFK41053542023年12000现状(_s.T)/驱口甲下游布设LIDs1000080006000400020000十年一遇二十年一遇二十年一遇下游布设LIDsRecurrence IntervalsJ198J8:J200J76J19J79JJ80082:J91J65JJ85J84J83-J22J23J7J744J29168J52aJ5169JJ50J45J57J44J1821上游布设LIDs全域布设LIDs两年一遇五年一遇重现期(b）出口断面径流峰值60%50403020100两年一遇(b）出口断面径流峰值削减率全域布设LIDsJJ128J129J118122J161J9437:127112J92J933U125.1249126JJ75J20120J59627154十年一遇五年一遇十年一遇二十年一遇重现期J163JJ1167JJ2EJ169J165:J168J58J:J141J61JGJ144F-603J148J147J1J180J181J95J1161J4J1141115111JJ153J154j189j1g0J184J39J112113J9J156J155JJ192J191JJ160J40J109J110J99IUOJ42J1071106U158JJ159J43J104J10301pIk31k2J102二十年一遇2J13J174J175J170J1:J1771176J178-JJ171J172