南京城市山体公园分级调控策略水文效益研究

城市山体公园分级调控策略水文效益研究

 

摘    要：因地制宜的山体公园水文分级调控能够有效地从源头到末端控制和利用雨水径流。选取南京市官窑山公园为研究对象，通过构建水文分级调控策略(S1~S4)和水文模型，评估了不同重现期场降水和典型年降水情景下的分级调控水文效益。研究发现，场降水情景下，水文性能随着分级调控策略层级的提升而提升，其中分级截流和调蓄策略(S4)的提升最为显著；分级调蓄策略(S3)表现略优于分级截流策略(S2)；末端调控策略(S1)表现最差。从分级调控设施对水文性能的影响角度分析，增加分级调蓄容积为最优选择；而在调蓄容积一定的情况下，分级设置截流设施对水文性能的提升(S2－S1)优于分级调蓄设施(S3－S2)。

2015—2020年典型年降水情景下的总体表现与场降水情景一致，控制率和控制效益均随着策略层级的增加而提升；但在极端暴雨和连续降水事件频发的年份，控制率和控制效益明显下降。这要求水文效益的评估应综合考虑不同重现期场降水和长周期典型年降水的影响，尤其应关注连续降水事件的影响。基于山体公园4种水文分级调控策略的水文效益评估结果，以期为类似的城市山体海绵公园、山体雨洪调控，以及水景观规划设计与研究提供决策依据和研究思路。

 

城市山体公园是在城市建设范围内依托原状山体景观建立的城市公园[1]。作为城市建成环境重要的自然资源和城市绿地系统的重要组成部分，城市山体因其自身复杂的地形、水文和景观特征，一直是城市防洪排涝、生态修复和景观规划研究的重点内容。不同于平地公园，受地形坡度、局地气候、土壤植被、水利工程措施等因素的影响，山体公园水文特征通常表现为高流量，低入渗和较短的汇流时间，易形成局部积涝[2-3]。加之长期以来，山体雨洪管控通常采取灰色快排式工程措施[4]，一定程度上改变和弱化了山体自然的水文过程，加剧了下游建成区的防洪和排涝压力。

 

山体水文生态调控是保持水土和实现雨水管控、利用的根本方法和发展方向[5]，强调生态过程与水文过程的相互作用和双向调节机制[6]，遵从自然水文过程，利用生态化的水文调控措施，实现对雨水径流的调配和控制。随着海绵城市建设理念与低影响开发(LID)设计方法的推广[7-8]， 越来越多的山体公园被赋予了生态海绵的功能[2]，在保证山体下游防洪排涝安全的前提下，需综合考虑山体雨洪控制、雨水利用和景观游憩等多方面内容。生态化的水文调控方法和低影响开发的海绵措施开始广泛应用于山地海绵城市规划设计[9]、山体防洪设计[10]、山体公园雨水调控[11]及水景观规划设计[12]等领域。



风景园林学科在传承古典园林理水智慧[13]的同时，不断吸收、融合生态化的水文调控方法[14]和国内外先进的可持续雨洪管理理念[15]，在山体公园水文调控的研究与实践中形成了山体公园拟自然理水[16]、山体海绵公园[17]，以及山体公园水景观营造[12]的设计方法和思路。但大多数研究局限于对山体公园水文调控设计方法与技术的探讨，少有研究对山体水文调控方法和措施的水文效益进行评估。

 

目前已有大量的研究表明[18-20]，LID海绵设施等生态水文调控措施能够有效促进雨水径流就地消纳，在径流总量控制、错峰调节尖峰径流及径流污染控制等方面具有积极的水文效益。其中一个关键的问题是LID设施的配置和位置对水文性能的影响[21]，相关研究[22-24]表明，分布式和小规模的LID设施可以有效减少和延缓峰值径流，而集中式和大规模的LID设施在控制总出流量方面起着关键作用。但现阶段研究对象主要集中于城市街区、居住区或公园绿地，对地形和水文特征较复杂的城市山体公园的研究相对较少。另外，对于设计降水情景的设置，国内外相关研究更多集中在对不同重现期场降水情景的水文性能评估[25]；海绵城市的相关研究则更多偏向于对年径流总量控制率等指标的测算，缺少对长周期和连续降水情景的分析与评估。

 

基于以上原因，本研究在山体公园水文分区分级调控设计方法[16]的基础上，结合南京市官窑山公园规划设计实践，提出了山体公园水文分级调控策略和水文效益评估方法。通过构建SWMM水文模型，模拟不同策略在应对不同重现期场降水和典型年降水情景下的水文性能，综合评估分级调控策略在山体海绵公园实践中的有效性和综合效益，以期为相关研究与实践提供设计参考和研究思路。