摘要：本规划期望在科教城开发初期，应用海绵城市建设理念、综合前期规划成果，充分评估城市开发对生态环境和水资源的需求和影响，通过优化协调，避免传统开发导致的洪涝现象和水环境恶化，实现健康优美的城市水环境，提升科教城环境质量和品质。
关键词：绿色雨水设施；仿真模拟；XPdrainage；海绵城市专项规划
1引言
海绵城市建设是国家建设生态文明、美丽中国的一项举措，旨在推动城市建设模式的转变，处理好城市建设与水资源生态环境保护的关系，从以往的单纯利用开发向有序管理协调转变，从粗犷的工程规划建设向集约式、精细化的工程思维和工程建设模式转变。这在面临严峻的水资源、洪涝、生态环境挑战的当下，这项工作意义重大。
本项目期望在已经完成的一系列前期专业规划、区域发展规划和其它现有工作的基础上，进一步深入分析、优化和协调，应用海绵城市建设理念和技术要求，从水资源保护、生态环境保护与改善、城市洪涝灾害缓解等角度，编制科教城海绵城市建设规划[1~3]，协调和指导地块的建设开发，平衡绿化、水系、生态、景观与城市布局。
2研究区域概况
本项目滨海科教城位于江苏省沿海某市，比邻黄海，项目地块总用地面积5.14 km2，是集教育、培训、科研、产业、城市化于一体，融科研、科教、创新、创业为一身的科教新城。
该科教城区域内地势平坦，现状地面高程介于2.8～4.2m之间，均为85高程系。科教城常年受太平洋海洋性气候影响，全年温暖湿润，四季分明，为北亚热带季风气候。年平均降水量为1087.4mm，受梅雨和台风影响降水量年内分配不均，雨量主要集中在5～9月；年平均水面蒸发量约844mm。现状水系较多，分布较为均匀，水网形制规则，河流灌溉运输便利。
规划范围水系受沿海潮汐影响。近岸口由于受大陆径流等影响，潮汐属非正规半日潮；外海涨落潮历时几乎相等，至近岸浅水地区，受地形影响多系往复性潮流。
3面临问题
土壤盐碱化：项目所在区域的土壤类型主要为盐潮土和滨海盐土，土壤盐分含量高。利用雨水资源势在必行。
淡水资源缺乏：项目目前淡水来源主要依靠区域引江供水，本地淡水资源较为匮乏。随着周边地区的不断城市化，水资源质和量供给保证存在挑战。
易受风暴潮灾害：区域地势低平，在汛期和外海高潮期，特别是大潮汛和台风暴雨同时侵袭之际，易受洪涝之害。
生态基底脆弱：区域处于海洋生态系统与陆地生态系统的交汇地带，又处于南、北两股潮流的交汇，气候多变，生态环境脆弱，河口湿地、沿海滩涂湿地退化明显，生物栖息环境受损。
建设急需规划设计衔接：目前，科教城处于开发建设阶段，正在开展控规及多项专项规划，在防洪排涝、水资源利用、水环境保护、市政排水等方面存在相互衔接的需求。
建设急需动态管理协调：科教城仍处在开发建设过程的初期。工程建设仍在规划、设计、建设需要管理协调的动态过程中。这是预测、预防，避免城市问题的最佳时机。此建设过程的管理需有清晰的策略和可操作的控制依据。
4技术思路
1.系统分析：分析水资源、防洪、排涝、生态环境综合因素。基于现状规划，运用水力模型分析，识别判断洪涝风险较高区域并制定不同的控制策略；分解分区内各地块的海绵城市建设目标和主要控制指标。
2 指标研究：根据现有地块基础条件，分析规划区存在的主要问题，结合海绵城市建设需求和实施条件，明确海绵城市建设的重点方向和重点区域，科学分析适合本地的海绵城市建设总体目标与控制指标。
3.策略研究：海绵城市雨水工程的建设与城市用地和公共空间利用、统一功能的雨水设施的选择，这些问题的处理需要城市的规划、设计、建设、管理部门参与决策。
4.综合规划：建立将海绵城市建设相关指标从大海绵骨干系统和小海绵源头雨水系统，形成一套完整的控制指标，明确海绵城市建设的系统规划方案。
5水安全分析
水安全分析包括了河网排涝分析和排水防涝衔接分析。本次工程分析从系统综合分析出发，确定了科教城海绵城市建设的工程体系策略，并根据地块的水面率、水密度及道路的竖向规划来优化项目的排水防涝问题。
5.1河网排涝分析
1、模型构建
建立11.67km2集水范围的河网水文水动模型，分析评估不同频率暴雨、潮位和泵闸调度方式下的河网水动力特征，为防涝安全、水资源保障、景观水位等综合需求提供工程策略。
不同频率24小时设计降雨采用《江苏省暴雨洪水图集》（1984）中南通区域的降雨均值和Cv值，查表Cs=3.5Cv。模型中采用的1年、2年、5年、10年、20年、50年和100年一遇24小时设计降雨量由降雨均值与Kp相乘获得，分别为：53.3、100.4、167.4、219.5、272.8、342.2、396.8。24小时设计雨型如下图所示。
图 1 24小时设计雨型
模型的潮位边界采用2年一遇排涝潮型，并对上述潮型采用正弦函数拟合优化，拟合后每15分钟间隔的2年一遇排涝潮型如下图：
图2 拟合后的2年一遇潮型
考虑开发区规划建设后的城市用地条件。产汇流模型分别采用SCS产流模型和SWMM汇流模型计算，根据各子集水区的下垫面特征、坡度和汇流长度进行逐时模拟，采用动力波法差分离散求解，模拟各时刻的汇流过程。河网模型利用动力波方法离散差分求解圣﹒维南方程组，动态模拟感潮河网的复杂水动力状态，模拟重力流、往返流、逆向流等各种潜水非恒定流态。
2、模拟方案组成
通过以下模拟方案分析不同频率降雨峰值与排涝潮型的峰对峰、峰对谷组合情形下的河网水动力特征。
表1模型方案组成
注：上表中模拟方案排涝泵的调度原则为：潮位大于闸前水位，且闸前水位大于开闸条件中的闸前水位时开泵；开闸与开泵不同时进行。
该滨海园区的海潮为半日潮型，河道水位预降将受潮位的影响。模型模拟下表的方案组成，模拟在2年一遇排涝潮型下，预降河网水位所需的时间，用于分析防洪工程策略。
表2预降水位方案组成
通过对模拟方案的分析，包括河网库容分析、方案K~P的模拟水位和流量过程、方案K~P的对比分析、方案Q1~Q4的模拟水位和流量过程、方案Q1~Q4对比分析，得出以下结论：
1、河道水位从初始1.8m预降至0.3m，区域在20年一遇24小时设计暴雨及外海2年一遇排涝潮型组合下，河网最高水位均低于道路最低控制高程，满足20年一遇河网防涝标准。
2、河道初始水位由1.8m预降至0.3m，在2年一遇排涝潮型下，至少需要700分钟才能完成上述预降，需要提前12小时的准确天气预报。
3、综合考虑天气预报的准确性、泵站调度管理或运行中潜存故障可能性、以及暴雨与潮位遭遇频率的不确定性，科教城排涝工程策略需要采取保守策略，将河道初始水位1.8m和暴雨与潮位峰对谷遭遇情形，作为排水防涝衔接分析的边界条件，这是相对安全和合适的。
5.2排水防涝衔接分析
结合该科教城排水工程专项规划，构建规划雨水管网与河网耦合模型，分析规划排水系统在短历时暴雨下水力状态，诊断内涝风险点，为排水防涝衔接工程规划提供依据。
利用管网与河网耦合后模型重点模拟分析20年一遇3小时设计降雨下系统的排水状况，优化竖向及行泄通道，并与道路建设规划相结合。
5.3海绵设计降雨分析
根据建设部《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》，项目所在地位于Ⅲ区，对应的年径流总量控制率目标介于75%~85%。采用80%年径流总量控制率目标作为本规划的年径流总量控制率。
对获取的水文站降雨资料进行统计分析可知，80%年径流总量控制率对应的设计降雨量为30mm。
6 水资源供需分析
6.1 雨水资源量分析
对获取到的平水年、丰水年水文站3年日降雨和日蒸发量资料，采用XPDrainage低影响开发模拟软件，模拟1991年、1995年和2011年日降雨下的产流过程。模型中产流模型采用SCS模型。
图 3 2011年降雨、产流过程线
统计1991、1995和2011年的年径流总量、年径流系数如下表。
表 3 1991、1995和2011年降雨量、径流量表
6.2杂用水需水量分析
项目地块的杂用水需求量考虑绿化浇灌用水和市政道路浇洒用水。浇洒绿地用水采用定额上限，即3.0 l/m2.d，浇洒道路用水采用定额中值, 即2.5 l/m2.d。用此定额计算科教城杂用水量为7408m3/a。
通过雨水资源量分析与杂用水需求量分析，得出如下结论：
1）降雨的不均衡性存在，将难以收集全部雨水径流量。
2）平常年雨水径流总量虽大于本地绿化灌溉和市政道路冲洗需水总量，但难以全部收集。为满足本地绿化浇灌和排盐需求，应尽可能多收集雨水资源。
3）屋顶比其他硬地的雨水径流水质好，应尽可能多收集相对容易收集且水质较好的屋顶雨水。
利用XPDrainage软件，对科教城规划地块内的建筑屋顶面积的雨水资源收集进行模拟分析，最后确定确定屋顶相对干净的雨水径流收集目标需满足50mm降雨的能力，即屋顶雨水收集容积按50mm降雨计算容积。
7源头处理
科教城源头低影响系统规划主要用于消减径流面源污染，滞蓄缓排雨水径流作用。包括道路和地块低影响系统规划。其中道路分为已建和规划，并根据是否靠河、两侧绿化带分布等分别设置LID雨水设施；地块主要分为商业区、居住区、工业区等，并根据各自地块指标不同，采用不同比例的绿色屋顶、透水铺装、雨水花园的组合方式。
7.1道路低影响系统规划
道路路面雨水径流路径需经过位于道路两侧或单侧的LID设施处理后，方可溢流进入市政管网。LID设施规模需满足处理道路面积28mm（考虑2mm降雨初损）降雨产生的径流量。
（1）已建道路LID设施规划
对两侧规划有绿地的已建道路，在两侧绿地中布设生态滞留草沟。在机非分隔带与人行道下设置盖板涵，将路面雨水径流引入生态滞留草沟中经植被过滤、下渗、吸附、生物降解等过程净化处理。
生态滞留草沟下布设穿孔管。当生态滞留草沟溢流，雨水进入市政排水系统。
（2）规划道路-断面为A、B、C类的LID设施规划
科教城规划道路A、B、C类的道路两侧对称布设透水铺装人行道；人行道下设置渗渠，并设有生态树池或雨水花园。上述LID设施溢流后进入市政排水管网。
（3）规划道路-断面为D的LID设施规划
断面为D的道路横断面LID设施：道路不靠河侧设置采用透水铺装人行道，道路采用单向排水，坡向靠河边的绿化带一侧；在绿化带一侧设置生态滞留草沟，以及溢流后坡向河道的绿化过滤带。如下图。
图 4 D类路LID断面图
7.2地块低影响系统规划
各规划地块实现30mm日设计降雨的有效控制，通过雨水花园、绿色屋顶、屋顶雨水调蓄设施、透水铺装的组合实现。LID设施面积和容积根据地块的用地性质以及绿化灌溉需求有所侧重，商业和教育地块侧重加大绿色屋顶和调蓄设施的比例，居住地块侧重加大雨水花园和调蓄设施，广场和宿舍等地块侧重加大透水铺装和调蓄设施比例。硬地部分的雨水径流需经过LID设施拦截、缓排和沉淀过滤后方可溢流进入市政管理。
8结语
科教城海绵城市专项规划可以有效协调和解决城市开发导致的水和环境问题。从技术上期望保持城市开发前的健康的水文生态特征，宏观上协调各层面的水资源、防洪排涝、生态保护工程与低影响开发设施，操作中充分融合总体规划中的其他规划内容，并协调水系、绿地、排水防涝和道路交通等与低影响开发的关系，落实海绵城市建设目标，推进项目区海绵城市建设的发展。
参考文献：
[1]仝贺，王建龙，车伍，李俊奇，聂爱华.基于海绵城市理念的城市规划方法探讨[J].南方建筑，2015（04）：108-114.
[2]马洪涛，周丹，康彩霞，王江磊.海绵城市专项规划编制思路与珠海实践[J].规划师，2016，32（05）：29-34.
[3]夏洋，曹靓，张婷婷，胡娜，尚旭海.海绵城市建设规划思路及策略——以浙江省宁波杭州湾新区为例[J].规划师，2016，32（05）：35-40.
作者简介：徐婷，宜水环境科技上海有限公司的水务工程师，一直从事于城市排水、防洪排涝和低影响开发等工作和应用研究。
论文作者:徐婷,诸冉,杨森,敖静
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/8/13
标签：径流论文; 雨水论文; 海绵论文; 河网论文; 科教论文; 地块论文; 城市建设论文; 《基层建设》2018年第20期论文;