海绵城市建设中低影响开发设施的雨洪调控效应评估

1 引言

近年来，随着城市化进程加快，不透水地表面积不断增加，导致城市内涝频发、水资源流失严重，对城市生态环境与居民生活安全造成了显著影响。海绵城市建设作为应对城市雨洪问题的重要策略，通过低影响开发（LID）设施的布局与运行，实现雨水的渗透、滞留、蓄存、净化和利用，有效缓解内涝风险并改善水循环。本研究旨在系统评估不同类型 LID 设施在雨洪调控中的作用机制与效果，为海绵城市建设提供科学依据和技术支持。研究区域位于，气候湿润，降雨集中，具有较强的代表性与实践意义。

2 低影响开发设施雨洪调控机制

2.1 设施结构与功能特征

低影响开发设施是海绵城市建设的重要组成部分，其结构与功能设计直接决定雨洪调控效果。常见设施类型包括透水铺装、绿色屋顶、下沉式绿地、雨水花园、渗透塘、蓄水池及植草沟等。透水铺装通过采用多孔材料或缝隙结构，使雨水能够快速下渗，减少地表径流；绿色屋顶在屋顶表面种植植被并设置排水层，既能滞留雨水，又能通过植物蒸腾降低径流总量；下沉式绿地与雨水花园利用低于周边地面的洼地及植被土壤系统，实现雨水的滞留、渗透与净化；渗透塘通过较大的蓄水空间与透水基底，延长雨水滞留时间并促进下渗；蓄水池则通过储存雨水供后续利用或缓慢释放，减轻排水系统压力；植草沟以植被覆盖的缓坡沟渠形式，引导并净化径流[1]。

这些设施在结构上注重多层次、多路径的雨水处理方式，在功能上兼顾径流削减、峰值控制、水质净化与生态修复，通过分散式布局实现对降雨过程的全程干预，从而在源头上减少城市雨洪风险。

2.2 水文过程影响机理

低影响开发设施通过改变降雨—径流过程中的产流与汇流路径，实现对雨洪的有效调控。在产流环节，透水铺装、渗透塘与雨水花园等设施增加了地表下渗能力，将部分降雨转化为壤中流与地下径流，减少直接地表径流的产生量；绿色屋顶与下沉式绿地通过植被截留与土壤蓄水，延长雨水滞留时间，降低径流系数。

在汇流环节，植草沟与渗透带等线性设施延长了径流路径，减缓水流速度，推迟洪峰出现时间；蓄水池与调蓄塘在降雨期间暂存部分雨水，在降雨后缓慢释放，实现错峰排放，减轻下游排水压力。同时，设施中的植被与土壤介质能够过滤、吸附与降解径流中的污染物，改善城市水环境质量。通过对水文过程的多环节干预，低影响开发设施能够显著改变城市区域的水量与水质时空分布特征，实现雨洪调控与生态环境改善的双重目标。

2.3 调控效应影响因素

低影响开发设施的雨洪调控效应受多种因素影响，包括设施类型、布局方式、规模大小、土壤特性、植被状况及气候条件等。不同类型的设施在径流削减、峰值控制与水质净化方面表现出不同优势，需根据场地条件与规划目标进行合理选择与组合。设施布局的分散性与连通性直接影响调控效果，合理的空间配置能够实现雨水的就近收集、就地处理与循环利用。

土壤的渗透性能与持水能力决定了设施的下渗与蓄水效率，而植被的覆盖度与根系结构则影响截留、蒸腾与土壤稳定性。气候条件如降雨强度、历时与频率，也会对设施的运行效果产生显著影响。此外，设施的维护管理水平，包括植被修剪、土壤疏松、沉淀物清理等，直接关系到长期运行性能。综合考虑这些因素，进行科学设计与动态管理，是充分发挥低影响开发设施雨洪调控效应的关键所在[2]。

3 雨洪调控效应评估方法

3.1 评估指标体系构建

评估指标体系的构建需要以系统性和科学性为原则，综合反映低影响开发设施在雨洪调控过程中的水文、生态与社会经济综合效益。在指标选取时，应涵盖径流总量削减、峰值流量缓解、径流过程优化等水文响应特征，同时考虑水质净化效果、土壤水分改善以及生态景观提升等生态环境指标。社会经济层面则需关注设施的建设与维护成本、运行稳定性及公众接受度等因素。指标权重的确定应结合研究区域的特点与建设目标，采用层次分析、熵权法等多方法融合的方式，以减少主观偏差。指标体系需具备可扩展性与适应性，能够在不同气候条件、用地类型及设施组合情景下保持评估的可比性与有效性，从而为后续量化分析提供合理框架。

3.2 量化评估模型应用

量化评估模型是将复杂的雨洪调控过程转化为可比较、可分析的数值结果的重要手段。常用的模型包括暴雨洪水管理模型、分布式水文模型以及综合流域评估模型等，这些工具能够通过参数设置模拟不同设施在不同降雨条件下的径流、渗透、滞留与净化过程。模型应用需以高精度的地形、土地利用、土壤及降雨数据为基础，并通过现场监测数据进行参数率定与验证，以提高模拟结果的可靠性。根据研究目标可选择单一模型深入分析或多模型耦合比较，以全面揭示设施在不同时空尺度下的调控效应，为优化设施布局与设计参数提供科学依据[3]。

3.3 效应验证方法

效应验证是确保评估结果真实可靠的关键环节，其核心在于通过实际监测数据与模型模拟结果的对比分析，检验评估方法的有效性和准确性。验证过程中需要建立完善的监测网络，包括雨量站、流量监测点、水质采样点以及土壤水分监测仪等设备，以获取降雨过程、径流过程、水质变化以及土壤湿度等多维度的实测数据。监测方案的设计应覆盖不同降雨强度和季节，确保数据的代表性和完整性。在数据采集完成后，需对实测数据与模型输出结果进行统计学分析，常用的验证指标包括纳什效率系数、相关系数、均方根误差等，以评估模型的模拟精度。对于验证过程中发现的偏差，应深入分析其产生的原因，可能涉及模型参数设置不合理、基础数据精度不足或设施实际运行状态与假设条件存在差异等因素。通过不断优化模型参数和监测方案，能够有效提高评估结果的可信度，为低影响开发设施的规划设计和运营管理提供更加可靠的决策支持。

4 结语

本研究系统探讨了海绵城市建设中低影响开发设施的雨洪调控机制与评估方法，明确了设施类型、布局及水文条件对调控效果的影响规律。结果表明，科学配置LID 设施能够显著削减峰值流量、延长滞时并提升雨水利用效率，对缓解城市内涝和改善水环境具有重要作用。然而，研究在长期监测数据获取与多尺度耦合模拟方面仍存在不足，未来可结合遥感与物联网技术进一步优化评估体系，为海绵城市的可持续发展提供更有力的支撑。

参考文献

[1]刘发欣，程文，刘昕，贾如宾，杜长铃，王敏.海绵城市建设中低影响开发的应用及研究进展[J].净水技术，2022，41（9）： 18-25+34 .

[2]陈龙，龙瀛.基于雨洪管理模型和NSGA-Ⅱ算法的低影响开发设施空间布局优化——以北京通州某住宅组团为例[J].国际城市规划，2022，37（6）：42-48.

[3]黄纪萍，崔东亮，王川涛，黄国如.基于海绵城市理念的东莞市松山湖大科学装置集聚区城市雨洪调控分析[J].中国防汛抗旱，2022，32（3）：14-20.