多目标优化与综合评价的海绵城市规划设计解析

多目标优化与综合评价的海绵城市规划设计解析

朱兵琳

枣庄市城乡规划设计研究院 277100

【摘要】当前在城市雨水径流削减和污染控制过程中广泛利用海绵城市源头减排设施，但是缺乏综合评价方法科学的规划设计海绵城市，本文分析了多目标优化与综合评价的海绵城市规划设计，根据特定的目标需求，制定针对性海绵建设方案，有序推进海绵城市规划设计工作。

关键词：海绵城市；规划设计；多目标优化；综合评价

在城市化发展过程中，不断增加了城市不透水地面的比例，降低了下垫面渗透能力，同时减弱了自然系统调蓄能力。改变自然排水系统之后，将会大幅度的增加暴雨径流量和峰值流量，同时还会增加污染物排放量，进一步恶化整体水质。海绵城市是一种新型城市雨洪管理技术，可以综合发挥出人工干预和自然系统的作用，一方面可以发挥出径流削减作用，另一方面可以控制污染物，保障城市水环境的安全性。

为了精确性的管控城市雨水，国内外研究人员利用各种水文模型模拟评价海绵城市源头减排措施，并且开始研究源头减排设施组合方案，但是很少研究源头减排设施组合方案的定量化设计。因为海绵城市工程具有很强的综合性，需要综合分析成本和水文以及水质等方面，落实综合决策和效果评价。不断完善海绵城市技术体系和评价标准之后，需要合理选择源头减排设施的类型和面积，并且要综合化分析海绵城市规划效果。利用多目标优化法综合评价海绵城市规划设计，有利于优化设计和合理布局海绵城市。

一、概述海绵城市

（一）含义

海绵城市指的是通过系统性的开发，循环利用水资源，有利于提高水资源利用率。针对城市水资源，可以利用系统模拟降水，避免浪费水资源，通过系统模拟降水情况，避免浪费水资源，利用科学的手段提高水资源利用的合理性，有利于循环利用城市绿色雨水。

通过监测城市生态水的情况，及时修复发生破坏的水系统，优化城市雨水滞留问题。优化城市中绿色屋顶和花园等地的净化雨水设置，改善雨水对于城市的负面影响，全面保护城市自然生态环境【1】。

（二）海绵城市规划原则

1. 城市规划因地制宜：各个城市具有不同的情况，在海绵城市的过程中需要结合城市实际情况，实现城市规划的因地制宜，通过合理规划实际情况，突出城市水资源体系的特色，避免浪费水资源。
2. 城市建设建造过程中，需要保障设计的规范性，因此保障工程质量。在建设海绵城市的过程中需要合理选择保护措施。在设计建造阶段，不仅需要保障设计效果，还要提高居民生活的正常性，维护整体工作环境。在实际建设中需要合理利用资金，避免因为资金而产生负面影响。

二、概述多目标优化与综合评价的海绵城市规划设计

（一）多目标优化与综合评价、

1. NSGA-Ⅱ算法：NSGA-Ⅱ算法以快速分类的非支配遗传算法为基础，是一种多目标优化算法，并且在很多工程领域中广泛利用。利用NSGA-Ⅱ算法，设置的目标函数为源头减排设施建设费用和雨水综合径流系数以及污染物综合去除率，设置的边界条件为年径流总量控制率最低目标和源头减排设施的最大建设面积，经过模型迭代优化之后，因此规划设计海绵城市源头减排设施【2】。
2. 目标函数：选择海绵城市减排设施系统布局的目标函数，需要综合分析建设成本和雨水径流控制效果和径流污染物控制效果等，结合实际情况和水质特征等合理选择源头减排设施。
3. 约束条件：为了精确性地分配海绵城市源头减排设施的面积，结合当地土地利用计划和海绵城市建设需求，利用多目标优化模型，设置约束条件为源头减排设施建设面积和雨水年综合径流系数。
4. 层次分析法综合评价：需要结合区域实际条件和需求迫切度措施多指标综合评价。利用层次分析法可以连续性分解总评价目标，因此获取各层评级的目标，结合下层指标合理计算综合评分知识，最终制定科学的优化方案。通过合理计算和判断不同因素的权重，通过归一化处理权重系数，确定不同方案的评分指数，最终建立最佳海绵城市建设方案。

（二）SWMM模型构建

1. 排水系统概化：根据区域地形地势和土地利用规划以及管网走向等情况，划分为不同的汇水区域，根据区域管网规划结果概化处理模型雨水排水管网网络概化。
2. 选择降雨数据：为了全面分析雨水径流量和污染物控制效果等，需要模拟计算不同重现期降雨和实际年降雨的边界条件。
3. 设置模型基础参数：利用SWMM模型合理选择动力波方程管网汇流模型和指数函数污染物累积模型等，通过查询SWMM用户手册，或者利用文献调研等方式，合理设置模型主要参数。
4. 设置源头减排设施模型参数：在SWMM模型的过程中，源头减排设施的参数主要包括表层结构参数和内层结构参数，而表层参数包括植物覆盖率和蓄水深度以及表面坡度等，内层参数包含土壤层厚度和导水率以及堵塞因子等方面。技术人员需要综合实际情况合理选择源头减排设施的主要模型参数。

（三）结果分析

1. 多目标优化和综合评价结果

利用NSGA-Ⅱ算法优化求解多目标，得到帕累托最优解集，在每个最优解中包含较多的信息，通过分析多目标优化结果，可以确定增加源头减排建设成本之后，一方面减小了雨水径流系数，另一方面提高了污染物去除率

【3】。

利用层次分析法综合评价源头减排设施的建设方案，结合判断矩阵计算源头减排建设成本和年综合径流系数以及污染物控制率等方面的权重，通过统一化处理各方面指标权重系数之后，有利于综合评价各个目标，向各个排水分区分配最优方案。

2. 雨水径流总量控制效果分析

结合实际降雨情况，分析海绵城市建设和非海绵城市降雨过程中径流变化实际情况，因此确定海绵城市源头减排建设前后的全年降雨的实际分配情况，对比非海绵建设，海绵城市建设之后雨水蒸发量和下渗量发生显著的变化，符合海岸城市的建设标准，在每次降雨过程中，海绵设施都可以发挥出径流控制作用，有利于削减每年总径流。

某年全年降雨分配情况a为海绵建设，b为非海绵建设

3. 雨水径流峰值流量控制效果

根据暴雨强度公式，模拟分析不同不同暴雨事件，结合模拟结果可以确定，增大暴雨强度之后，大幅度增加了峰值流量，对比非海绵城市，海绵建设可以显著削减径流峰值，不断增加降雨强度之后，将会随之减小峰值流量的削减效果【4】。

4. 雨水径流污染物控制效果

采取源头减排设施之后，可以显著地削减雨水径流污染总量，其中区域COD污染物削减率可以达到72%以上，而TP污染物的削减率可以达到73%以上。

结束语：

本文根据多目标优化与综合评价探究了海绵城市规划设计，结合分析结果对于实际工作起到参考作用，促进各个城市合理建设海绵城市，有效控制雨水净流量和污染物，优化整体城市环境。

参考文献：

[1]白雪,俞慧.城市滨水景观设计中海绵城市理念的应用策略分析[J].现代园艺,2022,45(07):142-144.

[2]井妍.海绵城市理念在高校校园景观规划设计中的应用[J].砖瓦,2022(01):66-67.

[3]李亦馨.分析城市规划设计中海绵城市理念的实践建设[J].智能建筑与智慧城市,2021(04):87-88+93.

[4]宋伯年.海绵城市理念在居住区景观规划设计中的应用探索[J].艺术与设计(理论),2021,2(01):50-52.