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高寒地区居住小区海绵化改造建设研究

贾一非 王沛永 田园 迟守冰 王鹏

贾一非, 王沛永, 田园, 迟守冰, 王鹏. 高寒地区居住小区海绵化改造建设研究————以西宁市安泰华庭小区为例[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(10): 91-106. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190085
引用本文: 贾一非, 王沛永, 田园, 迟守冰, 王鹏. 高寒地区居住小区海绵化改造建设研究————以西宁市安泰华庭小区为例[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(10): 91-106. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190085
Jia Yifei, Wang Peiyong, Tian Yuan, Chi Shoubing, Wang Peng. Improvement of residential area for sponge city construction in high altitude and severe cold area: a case study of Antaihuating Community, Xining City of northwestern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(10): 91-106. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190085
Citation: Jia Yifei, Wang Peiyong, Tian Yuan, Chi Shoubing, Wang Peng. Improvement of residential area for sponge city construction in high altitude and severe cold area: a case study of Antaihuating Community, Xining City of northwestern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(10): 91-106. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190085

高寒地区居住小区海绵化改造建设研究

————以西宁市安泰华庭小区为例

doi: 10.13332/j.1000-1522.20190085
基金项目: 北京市共建项目(2015BLUREE01),中央高校建设世界一流大学(学科)和特色发展引导专项资金项目“北京林业大学风景园学”
详细信息
    作者简介:

    贾一非。主要研究方向:风景园林工程。Email:jiayife123@bjfu.edu.cn  地址:100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学园林学院

    责任作者:

    王沛永,博士,副教授。主要研究方向:风景园林工程。Email:bfupywang@126.com  地址:同上

  • 中图分类号: TU984.12

Improvement of residential area for sponge city construction in high altitude and severe cold area: a case study of Antaihuating Community, Xining City of northwestern China

  • 摘要: 目的受既有建筑、管网、高差等基础条件的限制,城市建成区的海绵化改造是海绵城市建设的难点,尤其是高寒地区居住区海绵建设面临诸多现实问题和技术困难。本文以西宁市安泰华庭小区海绵化改造为例,详细介绍其海绵化改造具体方案,并验证实施方案的有效性,为此类地区开展海绵城市建设提供案例依据。方法通过对现状场地条件分析、LID设施的选择与布置,运用SWMM建立不同重现期(2年一遇、5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇)2 h降雨下海绵化改造前后的两种模型,并进行对比,同时在改造后模型中使用实测降雨数据模拟,并与排放口实测数据对比验证。结果(1) 依据场地现状可使用下凹绿地、植草沟渠、高强度透水铺装、屋顶花园、雨水调蓄池5种LID设施组合的海绵设施系统。(2) 在10、20及50年重现期降雨条件下,C1排水口的流量峰值分别降低了83.45%、79.31%和57.39%,峰现时间延迟了82、40和30 min,C3排水口的流量峰值分别降低了65.96%、34.04%和22.34%,峰现时间延迟了65、50和62 min,达到了很好的削峰延时效果;改造后50年重现期下排水口的流量均低于改造前2年重现期排放口的流量,小区的防洪排涝能力由2年一遇提高到50年一遇。(3) 通过与3次实际降雨值和产流数据对比,发现模拟数据与实际监控数据能够很好地匹配,说明设计模型的参数率定合理,模拟结论具有较高的可信度。结论使用多种LID设施组合的海绵系统改造后的区域相对于未改造区域的产流峰值、出流量均大幅度降低,充分说明了在高寒地区海绵化改造的实施有效地削减了外排量,实现了削峰、延时、去污等综合目标。

     

  • 图  1  西宁市海绵城市建设试点区域范围及项目位置图

    Figure  1.  Pilot area of sponge city construction in Xining City and the site

    图  2  西宁市逐月降雨量

    Figure  2.  Monthly rainfall of Xining City

    图  3  小区地表高程及排水方向示意

    Figure  3.  Indication of elevation and drainage direction

    图  4  小区下垫面及雨水管网布置

    Figure  4.  Underlying surface and drainage pipeline network

    图  5  改造前的路面铺装及路侧排水沟

    Figure  5.  Pavement and roadside drainage ditch before reconstruction

    图  6  商业内街及小区车行道

    Figure  6.  Business street and community road

    图  7  低影响开发的雨水径流组织图

    Figure  7.  Chart of LID runoff control and utilization

    图  8  雨水管理模式示意图

    Figure  8.  Diagram of rainwater management

    图  9  一级汇水分区及子汇水分区的划分

    Figure  9.  Division of catchment and sub-catchment drain area

    图  10  LID设施布局平面图

    Figure  10.  LID facility layout

    图  11  排水明沟截流示意图

    Figure  11.  Small dam in open channel

    图  12  改造后的道路使用透水砖铺装

    Figure  12.  Permeable brick pavement after rebuilding

    图  13  雨水花园实景效果

    Figure  13.  Sight of rain garden after implementation

    图  14  屋顶绿化效果

    Figure  14.  Rooftop greening

    图  15  施工中的地下调蓄池

    Figure  15.  Storage tank under construction

    图  16  小区的SMWW概化模型的构建

    Figure  16.  Establishment of the SMWW model

    图  17  改造前后2年一遇2 h降雨下C1和C3排水口流量变化

    Figure  17.  Flow variation of C1 and C3 drainage outlets under 2-hour rainfall in two years recurrence interval before and after reconstruction

    图  21  改造前后50年一遇2 h降雨下C1和C3排水口流量变化

    Figure  21.  Flow variation of C1 and C3 drainage outlets under 2-hour rainfall in fifty years recurrence interval before and after reconstruction

    图  18  改造前后5年一遇2 h降雨下C1和C3排水口流量变化

    Figure  18.  Flow variation of C1 and C3 drainage outlets under 2-hour rainfall in five years recurrence interval before and after reconstruction

    图  19  改造前后10年一遇2 h降雨下C1和C3排水口流量变化

    Figure  19.  Flow variation of C1 and C3 drainage outlets under 2-hour rainfall in ten years recurrence interval before and after reconstruction

    图  20  改造前后20年一遇2 h降雨下C1和C3排水口流量变化

    Figure  20.  Flow variation of C1 and C3 drainage outlets under 2-hour rainfall in twenty years recurrence interval before and after reconstruction

    图  22  5月9日降雨SWMM模型模拟C1排水口流量曲线

    Figure  22.  Simulated flow curve of C1 outlet by SWMM model on 9 May

    图  23  5月21日降雨SWMM模型模拟C1排水口流量曲线

    Figure  23.  Simulated flow curve of C1 outlet by SWMM model on 21 May

    图  24  6月7日降雨SWMM模型模拟C1排水口流量曲线

    Figure  24.  Simulated flow curve of C1 outlet by SWMM model on 7 June

    图  25  5月9日降雨实测C1排水口流量曲线

    Figure  25.  Measured flow curve of C1 outlet on 9 May

    图  26  5月21日降雨实测C1排水口流量曲线

    Figure  26.  Measured flow curve of C1 outlet on 21 May

    图  27  6月7日降雨实测C1排水口流量曲线

    Figure  27.  Measured flow curve of C1 outlet on 7 June

    图  28  5月9日降雨实测C3排水口流量曲线

    Figure  28.  Measured flow curve of C3 outlet on 9 May

    图  29  5月21日降雨实测C3排水口流量曲线

    Figure  29.  Measured flow curve of C3 outlet on 21 May

    图  30  6月7日降雨实测C3排水口流量曲线

    Figure  30.  Measured flow curve of C3 outlet on 7 June

    表  1  下垫面情况及目标径流量计算

    Table  1.   Calculation of the target runoff catchment volume

    下垫面类型
    Type of underlying surface
    面积
    Area/m2
    雨水径流系数
    Runoff coefficient
    径流总量控制率
    Runoff control rate/%
    对应降雨量
    Rainfall /mm
    目标径流量
    Target runoff catchment volume/m3
    绿地 Green land 无地下建筑绿地及有地下建筑绿地(覆土厚度 ≥ 0.5 m)
    No underground building green land and green land above the underground building (thickness of soil ≥ 0.5 m)
    27 212.96 0.15 88.8 15.2 62.05
    路面铺装 Pavement 砖 Brick 43 235.24 0.6 88.8 15.2 394.31
    混凝土 Concrete 6 397.30 0.9 88.8 15.2 87.52
    透水铺装 Permeable pavement 1 883.97 0.35 88.8 15.2 10.02
    屋面 Roof top 硬屋面、未铺石子的平屋面
    Hard, unpaved flat roofs
    26 359.19 0.9 88.8 15.2 360.59
    水系 Water 1 451.64 1 88.8 15.2 22.06
    合计 Total 106 540.31 936.55
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    表  2  子汇水分区目标径流量与设计消纳径流量对比

    Table  2.   Comparison of the target runoff and designed runoff volume m3

    汇水分区编号
    Catchment area No.
    目标径流量
    Target runoff volume
    设计消纳径流量
    Designed volume
    A 145.29 353.17
    B 160.09 459.29
    C 243.90 568.94
    D 23.70 49.50
    E 117.25 130.00
    F 246.32 270.00
    合计 Total 936.55 1 830.9
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    表  3  水文水力模块参数

    Table  3.   Hydrological and hydraulic module parameters

    曼宁粗糙率 Manning roughness地表洼蓄量 Depression storageHorton 渗透模型参数 Horton percolation model parameter
    不透水粗糙率
    N-imperv
    透水粗糙率
    N-perv
    不透水洼蓄量
    Des-imperv/mm
    透水洼蓄量
    Des-perv/mm
    无低洼地不
    透水区比例
    Zero-imperv/%
    最大渗透率
    Max. infil/
    (mm·h− 1)
    最小渗透率
    Min. infil/
    (mm·h− 1)
    衰减常数
    Decay
    constant/h− 1
    干燥时间
    Drying
    time/d
    0.013/0.0250.241.273.18254064.147
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    表  4  LID设施参数

    Table  4.   LID facility parameters

    设施类型 Facility type设施结构 Construction of the facility设施参数 Facility parameter取值 Value
    生物滞留池 Bio-retention 表面层 Surface layer 存水高度 Deep of water/mm 200
    表面坡度 Surface slope/% 0.4
    土壤层 Soil layer 厚度 Thickness/mm 700
    孔隙度 Porosity 0.2
    排水层 Drainage layer 厚度 Thickness/mm 200
    孔隙率 Porosity 0.35
    屋顶绿化 Green roof 表面层 Surface layer 存水高度 Deep of water/mm 50
    表面坡度 Surface slope/% 2
    土壤层 Soil layer 厚度 Thickness/mm 150
    孔隙度 Porosity 0.3
    排水垫层 Drainage layer 厚度 Thickness/mm 0
    孔隙比 Void ratio 0
    干燥时间 Drying time/d 7
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    表  5  不同重现期西宁地区降雨的特征

    Table  5.   Characteristics of rainfall in Xining in different recurrence intervals

    重现期
    Recurrence interval
    2 h 降雨量
    Rainfall in two hours/mm
    平均雨强
    Average rainfall intensity/(mm·min− 1)
    峰值雨强
    Peak rainfall intensity/(mm·min− 1)
    2年一遇 2 years interval 16.18 0.14 1.69
    5年一遇 5 years interval 21.11 0.18 2.21
    10年一遇 10 years interval 24.83 0.21 2.59
    20年一遇 20 years interval 28.56 0.24 2.98
    50年一遇 50 years interval 33.48 0.28 3.5
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    表  6  3场降雨的特征数据

    Table  6.   Characteristic data of three rainfall events

    降雨时间
    Rainfall time
    总降雨量
    Total rainfall depth/mm
    最大降雨强度
    Max. rainfall intensity/(mm·min− 1)
    降雨时段平均雨强
    Average rainfall intensity/(mm·min− 1)
    降雨等级
    Rainfall class
    5月9日08:00—10日07:59
    9 May 08:00−10 May 07:59
    7.5 0.1 0.1 小雨
    Light rain
    5月21日08:00—22日07:59
    21 May 08:00−22 May 07:59
    10.5 0.1 0.1 中雨
    Moderate rain
    6月7日08:00—8日07:59
    7 June 08:00−8 June 07:59
    12 0.5 0.16 中雨
    Moderate rain
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    表  7  C1和C3排放口的监测数据对比

    Table  7.   Comparison of monitoring data for C1 and C3 outlet

    降雨时间
    Rainfall time
    降雨量
    Rainfall depth/mm
    排放口
    Outlet
    汇水区面积/hm2
    Catchment area/ha
    峰值流量
    Peak flow rate/(m3·h− 1
    外排总量
    Discharge volume/m3
    单位面积外排量/(m3·hm− 2
    Unit area discharge/(m3·ha− 1
      5月9日
      9 May
    7.5 C1 5.69 106.515 279.471 49.1
    C3 4.96 12.482 23.587 4.8
      5月21日
      21 May
    10.5 C1 5.69 190.247 437.967 77.0
    C3 4.96 31.482 42.070 8.5
      6月7日
      7 June
    12 C1 5.69 338.928 440.366 77.4
    C3 4.96 58.944 26.717 5.4
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-02-25
  • 修回日期:  2019-05-08
  • 网络出版日期:  2019-09-28
  • 刊出日期:  2019-10-01

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