1、LID措施提高上海市建成區排澇標準的模型實驗研究同濟大學主要內容 研究的背景與意義 研究區域概況 LID方案選擇與模型參數設置 模擬實驗結果與分析 應用前景探討1. 研究背景與意義 按照室外排水設計規范（2014版）的要求，上海市的排水標準從1年一遇提高到5年一遇； 上海市建成區占規劃城市用地的很大部分，建成區排水系統的提標改造是不得不面對的實際問題； 挖除舊管道重排的可實施性差，社會成本非常高，從長計議也難以普遍實施； 在建成區實施部分LID措施，通過源頭減量，以現有排水管道系統為基礎，實現已建成排水系統的提標改造，是一種可能的選擇。1. 研究的背景意義 研究目標研究目標： 根據上海市建成區

2、代表性排水區域的具體情況篩選、布置LID措施，考察通過源頭控制提高現有灰色基礎設施排澇能力的效果，現有排水系統達到5年一遇的可能性； 研究方法研究方法： 以SWMM軟件為工具，建立排水系統管網水力模型，完成LID設施的參數設置，通過模型實驗評價綠色設施設置方案對提標改造的效果。 鞍山排水系統鞍山排水系統：服務面積約1.3km2， 區域內主要是上世紀8090年代建造的多層住宅及少量商業建筑。以下簡稱A匯水匯水區域。區域。2. 研究區域概況用地類型面積/ha比例/%建筑38.332.1道路廣場40.233.7綠地40.834.2A系統土地利用概況2. 研究區域概況 A系統泵站與總管建于1994年，

3、現有排水管道總長度約為6.5km，其中部分路段管道在2007-2009年進行了提標改造； 利用鞍山泵站的運行數據，對A系統的管網模型進行率定驗證，確定管網模型的可靠性； 以經過率定驗證的管網水力模型，結合SWMM的LID模塊評價現有管道系統的實際排澇能力；鞍山系統排水能力評估鞍山系統排水能力評估管網模型的率定和驗證 以泵站前池水位為模型率定的評價標準 以N-S系數為指標評價模擬值與實測值之間的擬合程度 4場降雨的N-S系數均在0.70以上，滿足模型使用要求。管網模型的模擬值與觀測值對比鞍山系統排水能力評估鞍山系統排水能力評估鞍山泵站鞍山泵站 在1年一遇（36.5mm/h），歷時1h的降雨下，鞍

4、山系統積水量約為1380m，最不利時刻積水點情況如右圖。 現狀管道系統沒有達到1年一遇的標準。現狀管道的改造方案 主要是錦西路上游逆坡管道發生積水。對錦西路上長370m的管道進行改造，并通過預抽空降低暴雨事件的泵站運行水位（排澇泵啟動水位從1.8m降低到1.5m）； 改造后A系統在36.5mm/h，歷時1h降雨下積水量約500m，基本達到1年一遇標準。 根據SWMM模型應用要求，按照地表徑流排入市政管網的路徑，A系統共劃分了110個子集水區。A匯水區域的用地類型及其分布子匯水區域分布與收集管網3. LID方案選擇與模型參數設置上海低影響開發設施的選擇 受到高地下水位影響，不能考慮下滲功能（必須

5、設置防水底板）； 土地高度緊缺，須優先考慮不額外占用土地的技術； 匯流坡度小，適合采用分散的小尺度源頭控制設施； 雨水存儲、直接利用的費用效益差，不予考慮。適用的LID技術主要有生物滯留生物滯留、綠色屋頂綠色屋頂和滲透鋪裝滲透鋪裝。指南規定設施底部距離地下水最高動水位大于1m，在上海難以滿足。生物滯留設施需要設置防滲膜，透水鋪裝也要設置防滲膜防止地下水污染，設施滯蓄水量只能通過蒸發，排水管道排放。上海市應用LID設施的限制同濟大學透水停車場施工現場 根據子匯水區域的下墊面情況，按照建設LID措施的可操作性完成LID設施的布局定位； 采用詳細的分布式模型，考慮地表匯流條件，設置LID設施的收集與

6、排放途徑； 設施下排水管道出水接入排水管網； 以設計降雨條件下A系統內是否發生地面積水，評價兩種場景下該系統的排澇能力。3. LID方案選擇與模型參數設置p 細分匯水區域、不能接入LID設施的徑流直接連接到市政管道；p 調整出水孔口系數，控制生物滯留、滲透鋪裝設施排空時間(24h）；p 在接近最大可能性條件下，設置LID的規模；模型中三種設施所占相關用地的比例（設施規模）設施類別比例（%）服務面積比生物滯留池3310%綠色屋頂60N/A透水鋪裝40N/A3. LID方案選擇與模型參數設置 生物滯留池的比例指設施占滲透性下墊面（綠地）的比例； 綠色屋頂、透水鋪裝的比例為設計面積與屋頂與鋪裝道路的

7、比例。參數生物滯留池綠色屋頂滲透鋪裝堰高/m0.05/表層粗糙系數0.40.40.2透水磚厚度/孔隙率/滲透速率/0.08/0.15/35介質厚度/m0.80.150.25介質空隙度0.370.460.35田間持水量0.240.280.062凋萎點0.120.160.024飽和土壤滲透率mm/h405040排水層厚度/m0.150.05（排水板）0.2排水層孔隙率0.3/0.35排水系數0.52/0.38SWMM中LID模塊的參數選擇3. LID方案選擇與模型參數設置模擬計算的條件 生物滯流設施的初始含水率取凋萎點以上10%，綠色屋面初始含水率取凋萎點以上5%； 根據新編上海市短時暴雨強度公式

8、，5年一遇設計降雨58mm/h； 按芝加哥模式雨型分配設計降雨量，雨峰位置0.40； 降雨歷時取1h，模擬時長24h LID設施通過孔口系數孔口系數控制排空時間24h，3. LID方案選擇與模型參數設置4. 模型實驗結果與分析場景場景積水量（積水量（m）現狀土地使用14740增加LID設施310A系統在5年一遇1h降雨條件下，不同場景的積水情況在現狀灰色設施的基礎上，增設低影響開發措施，綠色/灰色組合設施基本可以達到5年一遇排水標準。模擬計算得到310m的積水量接近計算誤差（小于無LID時1年一遇降雨下的積水量）。項項 目目傳統開發傳統開發低影響開發低影響開發總降雨量74.774.7滲透損失量

9、20.115.0徑流量53.127.0LID排放量/14.7LID初始存儲量/23.0結束存儲量1.4439.7兩種模擬場景下的水量平衡分析（103m3）4. 模型實驗結果與分析 低影響開發設施在降雨前、后的儲水量增加約1.6104m，與LID對原有系統積水量的削減數量基本相同。 設施通過臨時滯留的重力水，以及增加的部分毛細水，有效削減了徑流總量。雨峰位置雨峰位置（降雨歷時中比例）（降雨歷時中比例）0.20.20.40.40.60.60.80.8地面積水量（m）530485081108760長歷時暴雨雨峰位置對LID設施運行效果的影響4. 模型實驗結果與分析在本文的設計方案與參數設置條件下，A

10、系統內LID設施的總滯蓄容量約為1580m3（12.2mm）；當5年一遇暴雨發生在降雨過程尾部，源頭控制設施提高排澇能力的作用將明顯下降。以5年一遇24h模式雨型為輸入（總雨量143mm，1h峰值雨量約58mm），考察1h暴雨雨峰位置對設施運行效果的影響。 隨著雨峰位置的推后，地面積水大量增加，LID設施提高排澇能力的效果下降； 24h降雨總量143mm是5年一遇，但其中1h雨量達到58mm的發生概率應明顯小于5年一遇。13.71m3/s8.06m3/s4. 模型實驗結果與分析為了反映LID設施對系統出口峰值流量的削減效果，將A系統設置為重力出流，計算得到兩種場景下的出流流量過程線如右圖。兩種

11、場景下的流量過程線形狀相近，總水量削減是積水減少的主要原因。LID參數設置與計算結果的合理性分析 短歷時強降雨條件下的LID模擬，蒸發作用不考慮，下滲作用在上海不存在，依靠LID的滯蓄能力削減徑流總量； 設施填料的初始含水率是影響計算結果的主要因素； LID的初始條件，生物滯留初始含水量22%（田間持水度約24%），綠色屋面初始含水率21%（田間持水度28%），接近正常含水率； 設施的臨時滯蓄能力，主要靠孔口系數的設置。綠色屋頂介質含水率的變化過程生物滯留設施填料的含水率變化過程生物滯留設施介質含水率可以長期保持在田間持水度；而綠色屋頂介質含水率容易一直降低到低于凋萎點。不同LID設施的介質含

12、水率變化特征排放系數對生物滯留設施水文性能的影響排放系數對生物滯流設施水文效果的影響排放系數對生物滯留水文效果影響統計p 在雨量33.8mm,歷時6h降雨條件下，孔口系數對A匯水區域內所有生物滯留設施總體水文控制效果的影響；p 降低孔口系數對減少峰值流量有比較明顯的影響，對水量控制率沒有影響。p 重力水緩慢排出減少了排澇負荷排空時間(h)排放系數峰值削減率（%）峰值延后（min）水量削減率（%）240.4565.5345.2120.957.1345.061.850.5245.0透水鋪裝的下排水同樣可以設置出口限流裝置。6. 應用前景探討 A系統主要是上世紀80-90年代建造的5-7層舊公房；總體綠地比例40%（有同濟新村，松鶴公園） 上述有關LID措施的討論，是在接近最大可能性條件下進行的； 60%舊公房的屋面改造為粗放型屋面，在政府出錢的條件下有比較好的可操作性（已完成大量的平改坡項目）； 40%的鋪面改為透水鋪裝，主要是小區內的輕載、低污染路面/停車場，政府出資可能實施，鎮江市已有類似案例； 33%的綠地改造為生物滯留，困難相對較大，因為小區綠地分散，改造后景觀效果下降；市政道路沒有綠化帶； 指南規定新建排水系統，LID的降低負荷作用不考慮； 討論結合綠色基礎設施，通過源頭減量提高現有排澇系統的能力，并不是這個方法是