【高地下水位城市雨水管理研究的国内外文献综述5500字】

高地下水位城市雨水管理研究的国内外文献综述1.1国内雨水管理研究现状我国的城市排水主要依靠传统排水管网系统，而较低的排水管网标准无法应对重现期较大的降雨，因此城市内涝频发。因此从2008年起，我国出台了一系列相关性指导政策文件来防涝治涝。2013年国务院办公厅印发《关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》，通过编制规划、建设排水设施、加强组织等方式，在汛前就解决了严重的积水内涝问题；2017年，为了保障城镇的排水安全、防涝控污、加强对雨水的综合利用，住房和城乡建设部发布《城镇雨水调蓄工程技术规范》；2019年，住房和城乡建设部又发布了国家标准《建筑给水排水设计标准》的公告，不仅提高了海绵城市在建筑小区的建设要求，同时对雨水调蓄池的设置要求也进行了补充，为当前城市防洪排涝建设提供了标准支撑，明确了雨水综合利用的依据。在城市内涝治理的理论研究方面，费茉莉认为，城市维度下应聚焦增强河网排涝能力，片区维度下应聚焦管网排水能力，而在街区维度下，则应考虑用低影响开发措施进行防洪排涝REF_Ref66881126\r\h[5]。张冬冬等人研究认为，应从规划、建设、管理三方面进行城市雨水蓄排工程建设，尤其是在建设层面，应加强雨水源头控制，帮助雨水下渗，利用雨水调蓄措施实现雨水蓄存的“化整为零”，同时也提高城市管网排水标准REF_Ref66881148\r\h[6]。总之，治水不应该老用工业思维，只依赖高堤大坝，而应该基于自然、顺应自然、借助自然来解决问题，重视民间小水利的作用，给到水更多自由流动的空间。在LID技术的理论研究方面，2012年，任希岩、谢映霞、朱思诚等人从城市化发展的视角，论述了城市内涝的主要成因，他们认为我国现在有足够的经济实力，可以通过LID开发、城市规划和市政工程专项工程来缓解城市内涝压力REF_Ref27311\r\h[7]；2018年，赵庆俊、丛海兵等人提出解决城市内涝问题的首要工作是从源头削减雨水径流REF_Ref66881829\r\h[8]。他们通过对比实验发现，与上凸式绿地相比，下凹式绿地能够有效增加雨水在绿地的停留时间，让雨水有足够时间下渗，从而推迟洪峰流量的出现时间；2019年，余黎、陈小龙等人运用DigitalWater模拟系统对浙江省嘉兴市的海绵城市建设前后的排涝效果进行评估，认为海绵设施能够控径流、削洪峰，降低洪涝风险REF_Ref66881748\r\h[9]。在工程实践方面，海绵城市建设利用景观改造对年径流总量与污染物均起到了控制作用REF_Ref28180\r\h[10]：昆山中环景观生态项目将收集到的雨水排入生态滞留池、雨水花园等有水质处理功能的景观湿地，全面提升了排放雨水的水质，并推迟了洪峰出现的时间REF_Ref28366\r\h[11]；苏州太湖新城采用透水铺装对市政道路进行改造，结合雨水渗透与利用系统，减轻了城市排涝压力，控制住了雨水径流污染REF_Ref28405\r\h[12]；宁波海曙区双桂小区在小区内建设上千平方米的下凹式绿地和透水地面，并回收蓄存再利用雨水，在雨量高达74mm的暴雨情况下，保证了小区路面无明显积水以及不超过20%的外排雨量REF_Ref28444\r\h[13]。由此可见，海绵城市建设确有成效。1.2国外雨水管理研究现状在上世纪前中期，国外城市的雨水建设遵循的原则是“快排”原则，即构建城市雨水快排通道，防止城市出现内涝现象。随着城市化进程加快，各国不同城市所面临的城市水生态问题日益突出。基于这样的背景下，各国从上世纪70年代开始了针对城市雨水管理与资源化利用的研究与应用，并且总结出符合本国特点的雨洪管理系统REF_Ref30207\r\h[14]。美国称之为低影响开发（LowImpactDevelopment，简称LID）,澳洲称之为水敏感城市设计（WaterSensitiveUrbanDesign，简称WSUD），英国称之为水可持续发展（SUDS），新西兰叫做低影响城市设计与开发（LIUDD）。为了成功实现雨水管理，各个国家都经历了很长一段时间的探索（表1-1）。表1-SEQ1表\*ARABIC1美国LID研究历程时间采取措施解决问题20世纪50年代建设城市下水道作地下管网处理城市的水污染20世纪70年代提出“最佳管理措施”（BMPs）增加城市土地面积的可渗透性来减小雨水径流20世纪90年代至20世纪90年代末利用绿色基础设施、可持续设计等，联合乔治王子县、西雅图、波特兰市引入生态滞留概念，共同提出“低影响开发”（LID）理念用景观设计的思路管理雨洪根据澳洲“水敏感城市”研究协会定义，水敏感城市需体现出该城市自然与建筑和谐共处，是拥有健康水道的宜居之城REF_Ref66883106\r\h[15]。过去传统的雨水管理方式没有对雨水和污水做分开处理，但是这样做不仅会造成下游水体污染，同时还会导致雨水资源没有得到有效的利用。WSUD将城市污水和雨水进行处理再利用，不仅减少了城市水体需求量，减少径流污染，还对生态环境起到了保护作用REF_Ref66883130\r\h[16]。 在维多利亚时代，由于工业化的快速发展，英国特别重视由于过度排水造成的城市积水问题REF_Ref66883309\r\h[17]。20世纪，英国进入水质管理时期，为了保护生活环境免受城市工业的污染，欧洲于1991年通过《城市废水处理指令》，要求在人口数量超过2000的地区收集处理雨水，包括雨水和污水的混合物REF_Ref66883348\r\h[18]。21世纪伊始，随着研究和实践的不断深入，英国开始进入积极应对雨水和洪水的可持续管理时期，通过城市降温和碳吸收来适应气候变化，同时还能保护环境REF_Ref66883379\r\h[19]。新西兰将风景园林设计与低影响城市设计开发（LIUDD）相结合，通过最大化模拟自然生态系统来保护环境生态，为社区带来积极影响REF_Ref66883407\r\h[20]。LIUDD概念设计的核心是管理雨水径流，将雨水和地下蓄水层、流向湖泊或大海的水蓄存起来并进行过滤。其中最重要的一步就是减少雨水径流：通过植草沟、雨水花园、渗透性铺装等设施对雨水进行“修剪处理”，即将雨水引入LID设施中实现过滤净化。新西兰已出现了许多LIUDD的项目实践，如社区公园碧沙湾、梅西公园、位于新西兰南岛的住宅区飞马镇、城市廊道金山湖生态通道等。1.3高地下水位城市的雨水管理研究现状迄今为止，由国家财政部、住建部、水利部三部委组成的专家评审组已经评审出30个中国海绵城市试点城市。根据各试点城市自身不同的地理条件，使得海绵城市建设所面临的的困难、采用的解决方法、所要达到的目标也不同。戴慎志REF_Ref66884340\r\h[21]、许舜娇REF_Ref71205379\r\h[22]认为，我国国土面积广，海绵城市的建设应根据地形、水文、气候的差别因地制宜：对于高地下水位区域来讲，城市排涝应该对城市现有道路进行海绵性改善，对常涝雨水管进行扩充，增加城市的抗洪能力；郭景伟，张春嘉，伍艳丽等人REF_Ref71205416\r\h[23]发现，相较于传统的“渗、滞、蓄、净、用、排”的海绵城市建设，高地下水位区域更加应该注重建设地形“滞留”、场地道路“导流”、绿地“慢渗”的海绵工程，并给出了实际的工程设计；王舟凤以沿海城市宁波为例进行分析，城市排水系统受高地下水顶托作用，常发生倒灌现象，她从加强城市规划设计、完善城市内涝防治体系等方面提出了内涝防治的对策及建议REF_Ref66884507\r\h[24]。下面对部分高地下水位城市的地理条件、建设目标以及所采用的具体建设方法措施、建设效果进行归纳总结。（1）珠海受到海洋性气候特征的影响，珠海雨季多并伴有台风，易形成小范围大强度的暴雨；且沿海地区普遍海拔低，地下水位相对较高。因此土壤渗透能力有限，极易发生城市内涝。为了在保护生态自然的同时，建设具有韧性和减灾效果的海绵城市，珠海市采用的应对措施如下：政策方面，政府在城市的低洼地区、内涝高风险区域限制建设开发行为，并设定为蓄滞洪区。海绵城市建设方面，采用“净、排”为主的建设技术；并且在考虑到由于地下水位高而带来的土壤承载力差的条件下，只在人行道或非机动车道等地面荷载较低的路面设置透水铺装，并未在机动车道采用REF_Ref15081\r\h[25]。珠海市的“水浸街”现象明显减少。（2）上海上海市由于快速的城市化发展使得土地及地面硬化比例较高，临海的位置导致了地下水位高。上海市政府在海绵城市建设中充分考虑了地下水位高这一不利因素，为了清除内涝、缓解城市水污染，在海绵城市建设的策略方面以“滞、蓄、净、排”为主，“渗透、利用”为辅；工程技术方面首先降低地下水位，扩充容水空间，拓宽城市雨水的可容纳面积，然后根据不同的用地类型具体设计，如扩充城市道路的雨水管道和泵站，在城市绿地系统中设置多功能雨水调蓄公园等REF_Ref66884340\r\h[21]。同时限制以下渗功能为主的工程技术，另外不采用对空间要求大的海绵技术。目前仍处在探索阶段，只完成了示范性工程，且推进较为缓慢，未将老旧小区的海绵化改造纳入考虑。（3）厦门从地理位置上看，厦门是一个海滨城市，地下水位较高，同时雨枯季节明显。这种地理环境和天气导致了厦门市的地下水补给主要来自入渗雨水补给，因此水资源紧缺；同时由于地处海滨，地下水极易被海水入侵，总体水质较差。为了不出现洪潮灾害、明显的积水和内涝现象，控制雨水径流峰值，提升水质情况，厦门市积极建设污水再利用设施，大面积地将人行道改造成透水砖道路REF_Ref14399\r\h[26]。在经历了台风“彩虹”的考验后，试点区没有出现内涝，海绵城市的建设推动了厦门创新产业的发展。综上，目前对于高地下水位高度还没有明确的定义，大多数地区在进行海绵城市建设时常采用抽排地下水以降低地下位增加蓄水空间；采用透水铺装，增加LID设施，采用以“滞、蓄”等方式为主的海绵措施。关于高地下水位城市的排涝措施还较为宏观，多停留在政策制度上，而针对具体解决高地下水位问题的海绵城市建设措施研究还比较少。因此本文建立模型，探究不同的地下水位高度对城市内涝的影响。1.4雨洪模拟模型SWMM研究现状SWMM是美国环保署（EPA）早在1969-1971年间开发的雨水管理模型之一，全称StormWaterManagementModel。这些年来，SWMM模型被不断地维护和更新，已开发出5个版本，是现有的模拟城市径流量和城市水质污染负荷软件中最有名、应用最广泛的雨水管理模型REF_Ref66884591\r\h[27]，它主要包括水文、水力和水质模块。近年来，国内外学者围绕SWMM模型进行了大量的相关研究。国内学者任伯帜等人REF_Ref4198\w\h[28]运用SWMM模拟了长沙市霞凝港区的雨水径流与管段排水情况，并通过与实测数据进行比对，发现模拟数据与实测数据吻合度较高，得出结论SWMM模型具有较高的计算精度；陈晓燕等人REF_Ref4416\w\h[29]对地表径流水质估算模型进行了研究，并考虑了SWMM模型的敏感性参数设置范围，模拟结果表明SWMM模型在城市地表径流研究中具有高度适用性；陈琼等人REF_Ref4488\w\h[30]基于SWMM对某校园区域进行LID改造模拟，重点分析了研究区域的地表径流水量与水质状况，通过分析模拟结果得出结论：基于SWMM模型的LID措施模拟效果明显且可靠。国外学者弗拉基米尔·哈穆兹等人REF_Ref5151\w\h[31]用雨水管理模型SWMM进行了冬季时节的绿色和灰色屋顶的水文模拟，在经过建模、模型校准后提出了绿色和灰色屋顶配置下的最优搭配方案，结果验证了SWMM具有模拟不同屋顶方案的能力，能够为密集城市地区的规划者提供如何利用灰色、绿色屋顶进行雨水的保留和滞留。萨拉·西蒙娜·西波拉REF_Ref71287865\r\h[32]等人则运用雨水管理模型SWMM对大面积的绿色屋顶进行了长期模拟,从69个测量事件和模拟事件的低差异性（<9%）证实了SWMM对长期模拟的适用性，同样得出了绿色屋顶能够减少城市径流量，SWMM可用于评估LID系统的功能，从而支持地方当局或设计师评估绿色屋顶的水文效率的结论。参考文献焦胜,马伯,黎贝.中国城市内涝成因和防控策略研究进展[J].生态经济,2019,35(07):92-97.魏薇,朱竞若,王明浩,等.北京迎战61年来最大暴雨[N].人民日报.李娜,孟雨婷,王静,俞茜,张念强.低影响开发措施的内涝削减效果研究——以济南市海绵试点区为例[J].水利学报,2018,49(12):1489-1502.岳琳.城市供水管网运行状态研究[D].天津大学,2008.费茉莉.海绵城市视角的城市暴雨内涝应对方法与实施路径研究[D].华东师范大学,2018.张冬冬,严登华,王义成,鲁帆,刘少华.城市内涝灾害风险评估及综合应对研究进展[J].灾害学,2014,29(01):144-149.任希岩,谢映霞,朱思诚,王文佳.在城市发展转型中重构——关于城市内涝防治问题的战略思考[J].城市发展研究,2012,19(06):71-77.赵庆俊,丛海兵,汪智霞,唐中亚,蒋新跃,王一鸣.高渗透下凹绿地对城市降雨径流的削减作用研究[J].水利水电技术,2018,49(09):41-48.余黎,陈小龙,段元秀,王生愿,徐星,曾航.基于DigitalWater的海绵城市内涝防治效果评估[A].中国环境科学学会环境工程分会.中国环境科学学会2019年科学技术年会——环境工程技术创新与应用分论坛论文集（一）[C].中国环境科学学会环境工程分会:《环境工程》编辑部,2019:4.陈美华.芦潮港公园海绵城市实践[J].城乡建设,2019(01):34-37.孙翊.海绵城市实践探索——以昆山中环项目为例[J].城市地理,2016(20):37-37.顾天奇,张古陶,孙海洋,曾惠芬,张卫萍,周雨濛.新建开发区海绵城市实践——以苏州太湖新城市政道路生态雨水渗透及利用工程为例[J].中国市政工程,2016(02):30-32+113-114.金伟,曾理.海绵城市在实际工程中的技术应用研究——以宁波地区的工程项目为例[J].安徽建筑,2019,26(02):133-134.HaifengJia,HairongYao,ShawL.Yu.AdvancesinLID-BMPsresearchandpracticeforurbanrunoffcontrolinChina[J].FrontiersofEnvironmentalScience&Engineering,2013,3(2):709–720.王锋,何包钢.水敏感城市治理模式与实践:澳大利亚的探索[J].城市发展研究,2017,24(10):86-93.冀紫钰.澳大利亚水敏感城市设计及启示研究[D].河北工程大学,2014.魏依柯,陈前虎.国际视野下的可持续雨洪管理政策研究——基于美国、英国和中国的比较[J/OL].国际城市规划:1-15[2020-12-29].Ni-BinChang,Jia-WeiLu,TingFongMayChui,NicholasHartshorn.Globalpolicyanalysisoflowimpactdevelopmentforstormwatermanagementinurbanregions[J].LandUsePolicy,2018,70.S.M.Charlesworth.Areviewoftheadaptationandmitigationofglobalclimatechangeusingsustainabledrainageincities[J].JournalofWaterandClimateChange,2010,1(3).马克·路易斯,克里斯·宾利,谭佩文.新西兰低影响雨水体系设计[J].中国园林,2013,29(01):23-29.戴慎志.高地下水位城市的海绵城市规划建设策略研究[J].城市规划,2017,41(02):57-59.许舜娇.试析高地下水位城市的海绵城市规划建设策略[J].建筑工程技术与设计,2017,(20):41-41.郭景伟,张春嘉,武艳丽.高地下水位区域的滞留、导流、慢渗型海绵城市设计方法探析:以文安装配式建筑产业化基地海绵城市建设工程为例[A].中国环境科学学会环境工程分会.中国环境科学学会2019年科学技术年会——环境工程技术创新与应用分论坛论文集（四）[C].中国环境科学学会环境工程分会:《环境工程》编辑部,2019:5.王舟凤.宁波城市内涝防治研究[D].浙江农林大学,2019.王中航.海绵城市规划经验探索——以珠