基于雨洪状况分析的低影响开发设施的空间配置——以中国科学院大学雁栖湖校区为例

doi:10.7523/j.ucas.2024.050

摘要/Abstract

摘要：

低影响开发（LID）设施的配置对恢复城市自然水文过程至关重要。以中国科学院大学雁栖湖校区为研究区，基于5种重现期降雨情景下模拟的各个子汇水小区的峰值地表径流量和总固体悬浮物负载（TSS），构建雨洪状况综合指标，据此识别优先配置LID设施的子汇水小区；并根据LID设施的配置要求和地理环境条件，确定各小区的LID设施类型和最佳面积比例，由此制定LID设施的配置方案。模拟分析绿色屋顶、雨水花园、植草沟和渗透路面这4类设施不同空间配置的小区与整体地表径流和TSS削减效果。结果表明，对整个研究区，实施此方案可使总地表径流量和TSS负载削减率达到16%~24%，且与其他方案相比，削减效果最为明显。雨水花园、渗透路面和植草沟的径流和污染削减效果随其占小区面积比例的增大而增强，并在不同重现期降雨下保持稳定。绿色屋顶的污染削减率随面积比例增大而增加；径流削减效果还受地表土地覆被的极大影响：在绿色屋顶面积比例接近的情况下，削减效果随绿地增多而趋好。然而，在强降雨时，各类LID设施以及整体方案的削减效果有所减弱，仍需与城市地下管网及水系协同发挥作用。这些研究结果可为研究区的改造和建设提供重要的参考依据，以更好地防控极端降雨可能产生的内涝和污染灾害。

关键词: 雨洪状况, 雨洪管理模型, 地表径流, 总固体悬浮物, 削减率

Abstract:

The configuration of low impact development （LID） facilities is crucial for restoring urban natural hydrological processes. Therefore， we conducted this study at the Yanqi Lake campus of University of Chinese Academy of Sciences. It utilized simulations based on five rainfall recurrence intervals to analyze peak surface runoff and total suspended solid （TSS） loads across various subcatchments. A comprehensive stormwater condition index was created to prioritize subcatchments for LID facility configuration. Based on the specific requirements for LID facilities and local geographic conditions， optimal types and area proportions of LID facilities were determined， leading to a strategic LID configuration plan. The plan included different spatial configurations of green roofs， rain gardens， vegetated swales， and permeable pavements， and their impact on reducing local and overall runoff and TSS was assessed. The results indicated that implementing this strategy could reduce total surface runoff and TSS loads by 16%-24% across the study area， showing the most significant reduction compared to other strategies. The effectiveness of rain gardens， permeable pavements， and vegetated swales in reducing runoff and pollution increased with their area proportion and remained stable under different rainfall recurrences. Green roofs showed increased pollution reduction with greater area coverage， though their runoff reduction effectiveness was greatly influenced by surface land cover， improving with increased green space. However， under heavy rainfall， the effectiveness of all types of LID facilities， as well as the overall strategy， was reduced， indicating the need for integrated management with the urban underground drainage network and water systems. These findings provide a crucial reference for the redevelopment and construction of the study area to better manage potential flooding and pollution disasters from extreme rainfall events.

Key words: stormwater condition, stormwater management model, surface runoff, total suspended solid, reduction rate

中图分类号:

P333

张晗, 张娜. 基于雨洪状况分析的低影响开发设施的空间配置——以中国科学院大学雁栖湖校区为例[J]. 中国科学院大学学报, 2026, 43(2): 196-208.

Han ZHANG, Na ZHANG. Spatial configuration of low impact development facilities based on stormwater condition analysis： a case study of Yanqi Lake campus of University of Chinese Academy of Sciences[J]. Journal of University of Chinese Academy of Sciences, 2026, 43(2): 196-208.

图/表 12

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LID设施类型	原土地覆被类型	平均坡度/%	与道路距离/m	与建筑距离/m
渗透路面	广场，道路	<1	/	/
绿色屋顶	房屋建筑	<4	/	/
雨水花园	广场，林地，草地	<15	>1.5	>3
植草沟	广场，林地，草地	<5	>0.6	/

LID设施类型	原土地覆被类型	平均坡度/%	与道路距离/m	与建筑距离/m
渗透路面	广场，道路	<1	/	/
绿色屋顶	房屋建筑	<4	/	/
雨水花园	广场，林地，草地	<15	>1.5	>3
植草沟	广场，林地，草地	<5	>0.6	/

土地覆被类型	子汇水小区编号	峰值地表径流量削减率/%	绿色屋顶面积比例	绿地面积比例	砌砖路面面积比例
混凝土屋面	1	48.09	0.80	0	0
混凝土屋面+ 砌砖路面	2	4.44	0.17	0.00	0.83
	3	40.28	0.40	0.00	0.39
	4	44.51	0.40	0.00	0.31
	5	47.76	0.79	0.00	0.20
混凝土屋面+ 绿地	6	53.80	0.40	0.44	0
	7	54.97	0.80	0.17	0
	8	53.64	0.80	0.11	0
	9	53.65	0.80	0.09	0
	10	53.94	0.80	0.03	0
混凝土屋面+ 绿地+砌砖路面	11	46.64	0.09	0.78	0.13
	12	58.68	0.11	0.89	0.00
	13	4.91	0.12	0.05	0.83
	14	23.23	0.19	0.39	0.42
	15	18.26	0.20	0.19	0.61
	16	30.35	0.20	0.49	0.30
	17	39.28	0.23	0.44	0.32
	18	64.10	0.40	0.33	0.27
	19	41.87	0.40	0.12	0.30
	20	33.09	0.40	0.11	0.44
	21	35.38	0.40	0.11	0.42
	22	34.68	0.40	0.06	0.48
	23	36.04	0.40	0.10	0.45
混凝土屋面+ 绿地+ 砌砖路面+ 沥青路面	24	31.74	0.19	0.25	0.16
	25	39.34	0.20	0.39	0.39
	26	52.94	0.24	0.46	0.29
	27	44.59	0.40	0.29	0.17
	28	45.05	0.40	0.09	0.14
	29	42.57	0.40	0.07	0.24
	30	49.38	0.40	0.10	0.50
	31	45.47	0.40	0.03	0.21
	32	39.04	0.40	0.01	0.42

土地覆被类型	子汇水小区编号	峰值地表径流量削减率/%	绿色屋顶面积比例	绿地面积比例	砌砖路面面积比例
混凝土屋面	1	48.09	0.80	0	0
混凝土屋面+ 砌砖路面	2	4.44	0.17	0.00	0.83
	3	40.28	0.40	0.00	0.39
	4	44.51	0.40	0.00	0.31
	5	47.76	0.79	0.00	0.20
混凝土屋面+ 绿地	6	53.80	0.40	0.44	0
	7	54.97	0.80	0.17	0
	8	53.64	0.80	0.11	0
	9	53.65	0.80	0.09	0
	10	53.94	0.80	0.03	0
混凝土屋面+ 绿地+砌砖路面	11	46.64	0.09	0.78	0.13
	12	58.68	0.11	0.89	0.00
	13	4.91	0.12	0.05	0.83
	14	23.23	0.19	0.39	0.42
	15	18.26	0.20	0.19	0.61
	16	30.35	0.20	0.49	0.30
	17	39.28	0.23	0.44	0.32
	18	64.10	0.40	0.33	0.27
	19	41.87	0.40	0.12	0.30
	20	33.09	0.40	0.11	0.44
	21	35.38	0.40	0.11	0.42
	22	34.68	0.40	0.06	0.48
	23	36.04	0.40	0.10	0.45
混凝土屋面+ 绿地+ 砌砖路面+ 沥青路面	24	31.74	0.19	0.25	0.16
	25	39.34	0.20	0.39	0.39
	26	52.94	0.24	0.46	0.29
	27	44.59	0.40	0.29	0.17
	28	45.05	0.40	0.09	0.14
	29	42.57	0.40	0.07	0.24
	30	49.38	0.40	0.10	0.50
	31	45.47	0.40	0.03	0.21
	32	39.04	0.40	0.01	0.42

排名	雨洪状况综合指标	面积/ha	高程/m	平均坡度/%	土地覆被类型	LID设施的类型	LID设施的面积比例
1	0.756	1.25	88.16	11.12	绿地；沥青路面；混凝土屋面	绿色屋顶	0.40
2	0.727	0.90	86.37	6.39	砌砖路面；绿地；沥青路面；混凝土屋面	绿色屋顶	0.24
3	0.652	2.06	84.00	5.68	绿地；混凝土屋面；混凝土路面；塑胶地面	雨水花园	0.30
4	0.470	1.06	84.32	15.19	砌砖路面；绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.09
5	0.445	0.84	87.24	8.45	砌砖路面；绿地；沥青路面；混凝土屋面	绿色屋顶	0.20
6	0.431	0.74	94.85	22.30	混凝土屋面	绿色屋顶	0.80
7	0.364	0.89	82.89	3.11	砌砖路面；绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.23
8	0.349	0.86	83.59	13.66	砌砖路面；绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.40
9	0.329	0.80	81.45	1.15	砌砖路面；绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.40
10	0.314	1.32	81.10	1.90	绿地；塑胶地面	无	0
11	0.309	0.03	81.99	1.33	沥青路面	渗透路面	1.00
12	0.305	0.03	82.26	1.26	砌砖路面；绿地；沥青路面	渗透路面	0.91
13	0.290	0.54	81.60	4.10	绿地；沥青路面	雨水花园	0.64
14	0.270	0.43	89.79	9.25	沥青路面	雨水花园	0.70
15	0.261	0.46	82.67	8.96	砌砖路面；绿地	无	0
16	0.246	0.04	83.16	40.32	砌砖路面；绿地	无	0
17	0.246	0.66	85.65	0.89	砌砖路面；绿地；沥青路面	渗透路面	0.04
18	0.241	0.27	83.21	9.94	砌砖路面；混凝土屋面	绿色屋顶	0.17
19	0.224	0.40	81.84	4.77	绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.80
20	0.223	0.03	80.75	1.48	沥青路面	渗透路面	1.00
21	0.222	0.88	87.79	3.53	砌砖路面；绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.19
22	0.216	0.69	92.96	9.18	砌砖路面；绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.12
23	0.212	0.42	81.54	1.03	砌砖路面；混凝土路面	雨水花园	0.52
24	0.204	0.22	81.13	4.61	砌砖路面；绿地	无	0
25	0.198	0.44	82.82	12.18	砌砖路面；绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.40
26	0.181	0.43	86.39	13.51	砌砖路面；绿地；沥青路面；混凝土屋面	绿色屋顶	0.40
27	0.180	0.34	84.67	13.71	砌砖路面；绿地；沥青路面；混凝土屋面	绿色屋顶	0.40
28	0.180	0.65	85.13	4.90	砌砖路面；绿地, 混凝土路面	植草沟	0.03
29	0.174	0.30	82.81	13.55	绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.80
30	0.172	0.31	86.46	3.33	沥青路面	雨水花园	0.70
31	0.170	0.48	84.71	6.32	绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.40
32	0.165	0.27	82.86	11.74	绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.80
33	0.164	0.31	85.73	7.34	砌砖路面；绿地；沥青路面；混凝土屋面	绿色屋顶	0.40
34	0.159	0.36	81.38	1.94	砌砖路面；绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.11
35	0.141	0.24	83.12	5.48	沥青路面	雨水花园	0.70
36	0.135	0.25	83.48	15.92	绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.80
37	0.133	0.24	88.80	18.90	砌砖路面；混凝土屋面	绿色屋顶	0.40
38	0.131	0.22	86.02	13.11	砌砖路面；混凝土屋面	绿色屋顶	0.80
39	0.126	0.22	87.24	28.45	砌砖路面；绿地；沥青路面；混凝土屋面	绿色屋顶	0.40
40	0.123	0.36	83.59	20.61	砌砖路面	无	0
41	0.123	0.38	90.62	2.98	砌砖路面；绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.40
42	0.117	0.34	84.42	20.17	砌砖路面；绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.20
43	0.117	0.21	87.98	2.97	沥青路面	雨水花园	0.70
44	0.117	0.22	86.15	19.37	砌砖路面；绿地；沥青路面；混凝土屋面	绿色屋顶	0.40
45	0.111	0.25	91.24	6.24	砌砖路面；绿地；沥青路面；混凝土屋面	绿色屋顶	0.19
46	0.103	0.18	86.10	25.48	砌砖路面；混凝土屋面	绿色屋顶	0.40
47	0.102	0.21	83.99	8.38	砌砖路面；绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.40
48	0.101	0.16	94.22	2.98	沥青路面	植草沟	0.40
49	0.098	0.17	84.48	1.71	砌砖路面；沥青路面	植草沟	0.28
50	0.098	0.37	81.43	1.41	砌砖路面；绿地	无	0
51	0.097	0.14	86.62	3.15	沥青路面	植草沟	0.40
52	0.096	0.02	85.40	12.41	砌砖路面；绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.40
53	0.096	0.17	87.29	4.05	沥青路面	植草沟	0.40
54	0.091	0.43	88.00	5.85	砌砖路面；绿地	无	0
55	0.089	0.27	87.23	7.25	砌砖路面；绿地；混凝土屋面	绿色屋顶	0.20