LA研究 | 北方滨海山地公园设计如何兼顾水文和成本效益？ | 孙喆 杜玥 王思思

/ 文章信息 /

北方滨海山地公园雨洪管理策略的水文成本效益分析

Hydrological Cost – Benefit Analysis of Stormwater Management Strategy in Northern Coastal Mountain Parks

孙喆  杜玥  王思思*

全文刊登于《风景园林》2024年6期99-105页

/ 文章亮点 /

1、基于雨洪过程适应性理念、结合定量模拟方法构建了山地公园的水文成本分析框架，响应了海绵城市建设资金高效使用的政策导向，提出了兼具成本经济性和水文调控有效性的山地公园雨洪管理策略。

2、弥补了传统山地雨洪管理实践多采用灰色管渠快排工程措施的不足，为水文气候特征相近地区的山地公园规划设计提供有益参考。

/作者简介 /

孙喆

男 / 博士 / 北京建筑大学建筑与城市规划学院副教授 /研究方向为景观生态规划、风景园林规划设计

杜玥

女 / 北京建筑大学建筑与城市规划学院在读硕士研究生 / 研究方向为景观生态规划、风景园林规划设计

王思思

女 / 博士 / 北京建筑大学环境与能源工程学院副教授 / 研究方向为海绵城市

/ 文章精华阅读 /

北方滨海山地公园雨洪管理策略的水文成本效益分析

Hydrological Cost – Benefit Analysis of Stormwater Management Strategy in Northern Coastal Mountain Parks

作者写作心得

摘要：【目的】针对北方滨海山地区域雨洪管理快排模式导致下游易发洪涝灾害且难以滞蓄雨水资源等问题，探索具有水文成本效益优势的蓄用结合导向的雨洪管理策略。【方法】以烟台市岱王山公园为研究区域，提出“源头削减、过程截流、末端蓄用”的山地水文调控策略，在年径流总量控制率达标、滞留调蓄设施容积相等的约束条件下，比较从侧重源头到侧重末端，再到二者结合的多种雨洪管控方案，通过SWMM模型评估水文成本效益。【结果】模拟显示：1）渗透滞留效能受降雨强度和雨水管控设施布局的共同作用，对源头改造方案可提升雨水径流总量管控效能，对末端改造方案可促进峰值流量的管控；2）储蓄利用效能受季节性降水规律与雨洪管控景观设施体系的综合影响，夏季降雨量大、径流利用率高，其他季节降雨量低、径流利用率低，从源头到末端的综合改造方案储蓄利用效能最大；3）水文成本效益由水文管控效能及全生命周期成本决定，从源头到末端的综合改造方案充分利用了场地的滞蓄空间，可大幅削峰，促进雨水滞蓄入渗，以最小成本实现雨水的回收利用，水文成本效益最佳。【结论】构建了山地公园的水文成本效益分析框架，提出了兼具经济性和有效性的山地公园适宜性雨洪管理策略，为烟台及相近自然条件下的山地公园规划建设提供一定参考。

关键词：风景园林；水文成本效益；雨水调控；蓄用结合；北方滨海地区；山地公园

烟台市作为2022年北方滨海丘陵海绵城市示范，其典型环境面临季风性气候带来的不均降水及传统快排模式导致的水资源浪费问题。研究区岱王山公园片区坡度陡峭，土壤渗透性良好。区域雨水径流现以散排为主，地形导致汇流迅速且分散（图1）。根据相应规划，公园需达到80%径流控制率，考虑到地形复杂、成本问题，水文成本效益的评估至关重要。

1 研究区域基本特征

提出“源头削减、过程截流、末端蓄用”的水文调控设计策略（图2），形成自上而下、层层拦蓄、以“渗透滞留和储蓄利用”为导向的雨洪管理设计系统。

2 雨洪管理设计策略

1）源头削减：坡度较陡区域改造地形，增加雨水拦蓄设施，在较缓区域可设置生物滞留池、湿塘等滞留设施，促进生态回补。

2）过程截流：中游构建多功能生态水渠及边沟等实现局部截流下渗、错峰调蓄的效果。

3）末端蓄用：下游利用自然地形和雨水管控设施提升末端雨洪调蓄能力，利用汇水出口附近的地下空间设置雨水调蓄池，以消纳多余地表径流，用于场地内植被灌溉，并将未被及时利用的雨水排到市政雨水管网中。

提出S1~S3方案，分别侧重源头削减、末端蓄用和综合从源头到末端控制（图3），为保证3种方案的可比性，需满足年径流总量控制率达标、滞留调蓄设施容积相等的要求，通过水文模型模拟评估其成本效益。

3 研究区域雨洪管理设计方案

为此采用年径流总量控制率不低于80%对应的设计降雨量下的典型降雨事件数据，探究在不同降雨情景下渗透滞留和储蓄利用效能，辅助判定其水文成本效益（图4）。采用SWMM模型构建水文模型。建模参数包含子汇水区下垫面水文参数、排水管网参数以及海绵设施结构参数。依据住区现状场地数据、级相关文献，综合明确建模参数取值。

4 研究区域设计降雨强度曲线

本研究以径流峰值削减率、径流利用率等作为评估以“渗透滞留和储蓄利用”为导向的雨洪管理设计系统水文绩效的指标，海绵系统布设的水文成本效益为30年雨水管控设施的全生命周期成本与典型降雨事件下水文性能指标的比值。

渗透滞留效能中径流总量削减率（RVO）随重现期增长而下降（图5），其中方案S3在短期内表现最佳，方案S1优于S2，说明源头布设蓄水设施能有效减少径流并减轻下游负担。而末端和源头到末端综合布局蓄水设施相比，前者因空间限制调控效果不佳。关于峰值流量削减率（RQ），方案S2与S3的RQ随重现期延长有所下降，方案S1在1a重现期的RQ低于3a（图6），反映源头改造受限，在短重现期下无法充分发挥其管控效能。在长重现期，所有方案对峰值流量控制力减弱，因地形陡峭限制了雨水管控设施效能。此外方案S2在不同重现期下的RQ一直大于方案S1和S3，显示出末端可滞蓄空间在控制流速和流量方面的优势，相比之下，源头区域因坡陡流急，对峰值流量的控制效果受限。

5 不同重现期下方案S1~S3的径流总量削减率（左）

6 不同重现期下方案S1~S3的峰值流量削减率（右）

通过SWMM得到研究场地的周径流总量，并结合植物每周灌溉净需水量及调蓄池容量，分析2022年全周的植物灌溉量、调蓄池雨水收集量、径流利用量以及径流利用率。模拟结果显示，方案S3的年均雨水利用效率最高，所需设置的调蓄池容积最小（图7）。春季因降雨稀少，调蓄池处于闲置状态；夏季则在满足灌溉需求后仍有余量。

对比方案S1至S3的水文成本效益（图8），可知方案S3最佳，S2次之，S1最差，其中从源头到末端综合布设调蓄设施的方案S3能以较低的建设维护成本实现较高的水文调控性能。

7 2022年方案S1~S3径流利用率差值关系（左）

8 不同重现期方案S1~S3的水文成本综合效益（右）

总体而言，源头陡坡借助植被和拦蓄设施有效控制雨水，末端平缓区域布设滞留设施以控制径流。按山体特征沿径流路径布置设施，能显著增强雨洪调控效能。

综合源头至末端的雨洪管理策略成本效益最佳，需关注储蓄设施的全生命周期成本（L），应合理设计控制调蓄池规模，以降低总成本。

山地地形与降雨量限制雨水管控设施效能，储蓄利用效能受季节影响，夏雨充沛利于收集利用，其他季节设施使用率低，建设时应考虑成本控制以适应季节变化。

图片来源：

文中图表均由作者绘制，其中图1、4底图源自World Imagery Wayback（livingatlas.arcgis.com/wayback）；表3由作者根据参考文献[18][24]绘制。

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/ 引用链接 /

引用本文：孙喆，杜玥，王思思.北方滨海山地公园雨洪管理策略的水文成本效益分析[J].风景园林，2024，31（6）：99-105. doi: 10.3724/j.fjyl.202309240439

Citation: SUN Z, DU Y, WANG S S. Hydrological Cost – Benefit Analysis of Stormwater Management Strategy in Northern Coastal Mountain Parks[J]. Landscape Architecture, 2024, 31(6): 99-105. doi: 10.3724/j.fjyl.202309240439

文章链接：http://www.lalavision.com/cn/article/doi/10.3724/j.fjyl.202309240439

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文章编辑 项曦

微信编辑 刘芝若

微信校对 项曦

审核 曹娟

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