[发明专利]一种基于海绵城市理念的城市雨水优化系统和方法

说明书

本发明公开基于海绵城市理念的城市雨水优化系统，包括确定研究内容模块、查阅文献收集资料模块、城市雨水系统理论基础模块、海绵城市建设研究模块、研究区域实例分析模块及雨水系统优化方法模块；海绵城市建设研究模块与实例分析模块之间依次插有雨水系统优化模型建立模块和模型求解方法确定模块；城市雨水系统理论基础模块下方分别连接有设计重现期模块、年径流总量控制率模块及径流系统模块；海绵城市建设研究模块下连接有合理规模研究模块和城市雨水系统设计影响因素研究模块；研究区域实例分析模块上方插有基础资料数据分析模块和雨水计算模型建立模块。本发明利用模型对城市雨水系统进行模拟分析，为城市雨水系统优化设计提供可靠依据。

技术领域

本发明涉及一种基于海绵城市理念的城市雨水优化系统和方法，属于城市雨水优化利用技术领域。

背景技术

海绵城市指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，通过“吸、蓄、渗、净、用、排”等技术修复城市生态，提高城市防洪排涝的安全性能。海绵城市建设应遵循规划引领、生态优先、安全为重、因地制宜和统筹建设等原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源利用和生态环境保护。海绵城市建设的技术模式突破了“以排为主”的传统雨水管理理念，它强调构建低影响开发(Low Impact Development，LID)雨水系统，结合源头减排、城市雨水管渠系统及超标雨水径流排放系统实现城市现代雨洪管理。

虽然海绵城市理念提出不久，但本质上与我国古代治水措施及国际上流行的其他雨洪管理方法有异曲同工之处。20世纪70年代到80年代，美国完成了大量的雨洪最佳管理措施(Stormwater Best Management Practice， BMPs)，主要依靠雨水塘、雨水湿地、渗透池等末端措施来控制径流污染，但单纯的末端处理方式存在投入大、效率低等问题；到20世纪90年代，美国环保局提出了从分散式源头管理雨水径流的低影响开发技术(LID)，但对流域大暴雨事件的控制能力有限；1999年，美国国家资源保护委员会在雨洪管理措施的研究报告中详细列举了低影响开发的应用案例；3年后，美国低影响开发技术研究中心在其研究报告中指出，低影响开发技术可用于旧城改造、城市雨洪管理和生态环境的改善；到2007年，美国环保局提出了绿色雨水基础设施(GSI)，是以低影响开发技术为基础的雨水管理措施，涉及源头、中途和末端全过程多尺度的雨水径流控制，和海绵城市原理基本一致。20世纪90年代，英国以BMPs为基础发展形成了可持续城市排水系统(Sustainable UrbanDrainage System，SUDS)理念，通过规划过程控制、雨水排放许可监管及建设维护管理三种机制进行实施。澳大利亚在20世纪 90年代也出现了类似的设计，即现在常被提及的水敏感性城市设计(Water SensitiveUrban Design，WSUD，它以雨水系统为核心，通过雨水水量、水质、水生态及水景观的整合设计，构建城市良性水循环系统，具有实效性和可操作性。其他发达。国家，如：德国采用水敏感性城市设计理念，并通过设备集成化，将大量收集、过滤、储存、渗透雨水的产品投放到市场上；新西兰采用低影响城市设计与开发(LIUDD)技术，制定了以保护城市生态和雨洪安全的技术导则，对我国海绵城市建设有一定借鉴意义。我国历史悠久，古人为我们留下了丰富的物质文明，在我国古代便有与海绵城市理念不谋而合的案例可供借鉴。例如：北宋期间，江西赣州建造的“福寿沟”，福、寿两沟总长12.6公里，“福沟”排放城东南之水，“寿沟”排放城西南之水。“福寿沟”采用明沟和暗渠结合并与城区池塘串通的方式，有效避免了沟水外溢，又可利用废水种植水生植物。近千年过去了，赣州人民至今还在享受“福寿沟”的余荫，仍有900多米下水道在使用，这也算是世界上最早的海绵城市。遗憾的是，中国进入近现代以来，主要依赖雨水管网系统解决雨洪问题，投入较少，城市雨水系统没有太大发展。20世纪 80年代末，我国开始对雨洪管理开展较为系统的理论技术研究和工程实践。到21世纪，我国出现了一些比较有代表性的雨洪管理相关理论与技术体系，台湾学者陈瑞文提出的机动车道“海绵体”结构设计(JW生态工法)；车伍、李俊奇等提倡和推广基于“滞、渗、蓄、净、用、排”原理和多功能雨洪控制利用的应用体系；尹澄清等开展研究城市面源污染控制原理与技术；周玉文等提出了构建三套排水系统解决城市排涝问题；俞孔坚等提出了有关雨洪管理的“安全格局”和“反规划”理论，并在许多景观项目中应用。这些理论也包括对发达国家的理念和方法的直接引用。近年来，我国开始进行城市雨洪控制利用的系统性研究和应用：在深圳西坑水库开展了第一个低影响开发试点；Zhang等通过进行屋面雨水收集、地表径流渗透等措施的实地实验，分析了低影响开发措施在控制雨水径流量和净化径流水质等方面的作用；晋存田等对下凹式绿地的水文水质作用进行了实验研究；北京建工学院的专家们对比分析了国内外雨洪控制利用的技术方法，并对各国的绿色建筑标准进行了评价。2014年11月，住建部颁布了《海绵城市建设技术指南--低影响开发技术雨水系统构建》，在总体上对海绵城市建设提供政策指导；2016年4月，己评选两批城市进入“海绵城市”试点，先后有30多个城市开始进行海绵城市改造：如池州市未来三年规划相关项目共117个，总投资约221.6亿元，包括道路交通海绵城市系统、园林绿地系统、建筑小区系统、水生态及水安全系统，以期全方位打造城市水环境整体解决方案。可见，在构建现代雨洪管理体系的进程中，我国正在奋起直追并进入一个迅速发展的关键时期。