[发明专利]结合全生命周期成本和水文效应的海绵城市建设评价方法

说明书

本发明提出了一种结合全生命周期成本和水文效应的海绵城市建设评价方法，其步骤为：首先，根据历史雨水措施和历年发生的暴雨洪涝设计研究区的雨水管理措施和降雨方案；其次，对研究区的实际雨水管网进行概化及划分构建SWMM模型，并利用实测降雨对SWMM模型进行校准和验证，得到最终的SWMM模型；然后，将设计的降雨方案输入最终的SWMM模型中进行模拟，并对比未加入雨水管理措施和加入雨水管理措施下的径流控制效果；最后，计算每种雨水管理措施下的全生命周期成本，并采用成本效益量化分析方法对每种雨水管理措施进行评估分析。本发明结合全生命周期成本与水文效应评估雨水管理措施的经济有效性，对未来城区的海绵城市建设提供重要的决策依据。

技术领域

本发明涉及海绵城市建设技术领域，特别是指一种结合全生命周期成本和水文效应的海绵城市建设评价方法。

背景技术

政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告(AR5)中指出：随着地表平均温度上升，大部分陆地区域极端降水发生频率增加、强度加大，进而使得洪涝灾害更为频繁。气候变化引起的许多全球性风险都集中在城市，洪水灾害大约占一个世界上发达国家和发展中国家自然灾害的三分之一。中国地处亚洲季风区，是世界上暴雨最为频发的国家之一，研究表明：近半世纪，尤其是20世纪90年代以来，中国极端降水发生强度和频率都呈现增加趋势，暴雨洪涝趋于增多。根据水利部历年《中国水旱灾害统计公报》的数据，2006年至2017年，全国平均每年有157座县级以上城市进水受淹或发生内涝；随强降水次数和范围的变化而年际差异较大，最高年份如2010年、2013年发生内涝的城市分别达258个、243个，最低年份如2007年、2017年也分别有109个、104个。以灾害程度较轻的2017年为例，当年城市内涝的受灾人口仍达218.72万人，直接经济损失达165.68亿元。据应急管理部通报，截至2020年7月22日，6月1日主汛期以来，洪涝灾害造成江西、安徽、湖北、湖南等27省(区、市)4552.3万人次受灾，142人死亡失踪，3.5万间房屋倒塌，直接经济损失1160.5亿元。这些年，我国城市内涝问题就像一块挥之不去的雾霾笼罩在城市的上空，寻找完善城市雨水管理系统之策已成为急需解决的问题。

在这种情况下，城市洪水的战略性控制吸引了越来越多的关注。典型的洪水控制主要是利用传统的灰色基础设施用于捕获和传递径流，包括管渠、泵站、滞留池和机械设备等。事实证明，仅靠扩大排水系统来进行洪水控制是昂贵且不可持续的，这种策略存在一定的不足，因为当洪水来临时排水系统负担急剧增加，这些基础设施很难达到需要的引流量。通过传统策略进行洪水控制面临巨大挑战，因此需要有效的替代方法。

由于近年来环境保护的意识增强和生态型基础设施的建设要求，国外一些学者将生态化绿色环境网络设施分离出来，归类为一种新的基础设施--绿色基础设施(GI)，以“慢排缓释”和“源头分散”控制为主要实施理念。绿色基础设施一词在北美和新西兰被称为雨水管理措施，在联合国被称为可持续城市排水系统，在澳大利亚被称为水敏感的城市设计，在中国被称为海绵城市。海绵城市是新一代城市雨洪管理概念，区别于传统的技术，其建设遵循生态优先等原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。

在先前的研究中，许多学者通过多尺度建模实验对雨水管理措施的发展做了许多贡献。Villarreal等采用滞留池和绿色屋顶等雨水管理措施对瑞典马尔默市的一个内城郊区进行了模拟研究，研究发现，绿色屋顶能有效降低总径流。Daeryong等运用SWMM模型，以韩国广域市为例，分别研究了不同重现期的降雨下调蓄池的雨洪控制效果。朱培元等运用SWMM模型在不同重现期条件下利用雨水管理措施进行模拟，结果显示，雨水桶对径流量的削减能力强于绿色屋顶，而绿色屋顶能够较好的控制推迟洪峰时间。王金鑫以武汉市保利拉菲小区为研究区，进行雨水管理措施模拟分析，结果表明，当研究区加入雨水管理措施后，达到了削减峰值流量和延缓峰现时间的目的。