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　　0 引言

 

　　根據國務(wù)院辦公廳《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設的指導意見(jiàn)》，到2020年，各城市建成區20%以上的面積達到海綿城市目標要求；到2030年，城市建成區80%以上的面積達到目標要求。隨著(zhù)各地海綿城市建設的推進(jìn)，模型作為技術(shù)評估手段在海綿城市規劃及方案設計中得到廣泛運用。廈門(mén)市在2017年頒布了《廈門(mén)市海綿城市建設技術(shù)規范》，明確全市建設用地超過(guò)1.5 hm?的新建、改建、擴建項目，應采用模型進(jìn)行建模評估。

 

　　目前海綿城市低影響開(kāi)發(fā)模型主要采用以SWMM為內核的模型，其LID設施的模型參數通常采用SWMM用戶(hù)手冊即美國地區的經(jīng)驗參數，而我國地幅遼闊、南北差異性較大，更應盡快積累出各地的屬地化LID模型參數進(jìn)行應用。在確定屬地化LID模型參數之前，需對LID設施參數進(jìn)行敏感性分析，根據參數的優(yōu)先級通過(guò)實(shí)測數據進(jìn)行率定。同時(shí)，國內現有的研究主要是在排水防澇模型方面對管網(wǎng)模型參數進(jìn)行敏感性分析和率定驗證，在LID設施的參數研究上較為缺乏。

 

　　本次采用Morris法對SWMM模型的LID設施進(jìn)行敏感性分析，目的在于研究SWMM模型中各類(lèi)LID的敏感性參數，為廈門(mén)市及其他城市的LID模型建模率定及各地市LID屬地化參數的研究提供參考依據。

 

　　1 敏感性分析方法

 

　　1.1 局部與全局敏感性分析

 

　　敏感性分析通常分為局部敏感性分析和全局敏感性分析兩類(lèi)。局部敏感性分析是為了確定F(x)這個(gè)函數在一個(gè)特定輸入值附近敏感性，例如函數y=F(x)在x=3附近的敏感度。全局敏感性分析是為了確定函數在輸入值域的敏感性，例如函數y=F(x)在輸入值域0≤x≤5的敏感性，其主要分析方法包括Morris法、傅里葉幅度靈敏度檢驗法、多元回歸法等。通常情況下，函數F(x)的敏感度不是一個(gè)定值的，如x=3所對應的敏感度不同于x=5所對應的敏感度，本次主要研究某個(gè)參數在推薦值域的平均敏感度，并且沒(méi)有固定輸入的基準值，因此采用全局分析方法。

 

　　1.2 計算算法

 

　　通常，在Morris的分析方法中，針對有n個(gè)輸入參數的函數，需要至少運行n+1次模型，即運算：

 

　　y0=F(x1, x2, …, xn)

 

　　y1=F(x1+Δ1, x2, …, xn)

 

　　y2=F(x1+Δ1, x2+Δ2, …, xn)

 

　　…

 

　　yn=F(x1+Δ1, x2+Δ2, …, xn+Δn)

 

　　如此重復R次來(lái)生成一個(gè)R×(n+1)個(gè)輸出值的樣本。因此，對于輸入值xi的函數的敏感性，則要用第(i-1)次運行和第i次運行的結果來(lái)計算的。即di=(yi-yi-1)/Δ。

 

　　同時(shí)，Morris 方法給出了初始運行的一個(gè)隨機起始點(diǎn)，這有利于模型可在參數值域中運行。此外，改變輸入參數的步長(cháng)(Δ1, Δ2, …, Δn) 也是隨機的，|Δ|是由運行的次數決定的，并且Δ取值的正負有著(zhù)相同的概率。

 

　　2 模型建立及參數選取

 

　　2.1 參數選取

 

　　在植草溝、綠色屋頂、生物滯留池（雨水花園）和透水鋪裝4類(lèi)LID設施的建模分析中，有部分設施的模型參數是設計值，本次研究主要是對海綿方案設計中除了設計值外的模型參數進(jìn)行敏感性分析，并用于今后的模型參數率定或屬地化參數確定，因此此次暫時(shí)不對這些設計確定的參數進(jìn)行敏感性分析，主要包括：表面層下凹深度、表面坡度、植草溝邊坡、透水鋪裝厚度、透水鋪裝滲透速率、透水鋪裝孔隙率、透水鋪裝堵塞系數、土壤層厚度、儲蓄層厚度、儲蓄層孔隙度、儲蓄層滲漏速率、儲蓄層堵塞系數、排水層的排放系數、排水盲管偏移高度、海綿設施單體個(gè)數、海綿設施單體面積和海綿設施處理不透水表面的比例。

 

　　根據篩選結果，選擇了四大類(lèi)12個(gè)LID設施參數，首先參考SWMM手冊中的推薦值，界定初步的測試范圍，具體如表1所示。

 

 

 

　　2.2 模型設置

 

　　本次研究考慮到實(shí)測降雨數據的不確定性，在建模的參數敏感性分析時(shí)仍采用設計降雨進(jìn)行敏感性分析。此外，結合廈門(mén)試點(diǎn)區的LID在線(xiàn)監測數據發(fā)現，在1年一遇高頻率降雨時(shí)，大部分LID設施在實(shí)測數據及模型中出流量很小，因此最終采用2年、3年和5年一遇的2 h設計暴雨進(jìn)行測試分析，待參數敏感性確定后，再采用實(shí)測數據對SWMM模型的LID設施進(jìn)行參數率定?？紤]到雨水調蓄池的模型參數通常取決于設計值，本次分析的LID設施主要包括植草溝、綠色屋頂、生物滯留池（雨水花園）和透水鋪裝4種海綿設施類(lèi)型，對總出流量，峰值流量和峰值時(shí)刻3個(gè)輸出變量分別進(jìn)行分析。

 

　　2.3 模型建立

 

　　對于每類(lèi)LID對象，都有不同個(gè)數的輸入參數，在建立測試模型時(shí)，需要先對每個(gè)參數給出一個(gè)“基準值”，再在基準值的基礎上進(jìn)行改變，則每類(lèi)擁有n個(gè)參數的LID設施，加上這個(gè)“基準值”，需要建立的測試模型個(gè)數就是n+1。對于Morris敏感性測試，最少需要4輪的測試，以達到相對可信的分析結果，本次測試決定采用10輪分析來(lái)增強敏感性分析的可信度，見(jiàn)表2。因此，需要對植草溝建立40個(gè)單體水文模型，對生物滯留池建立110個(gè)單體水文模型，對綠色屋頂建立120個(gè)單體水文模型，對透水鋪裝建立100個(gè)單體水文模型，用于單體LID設施模型參數敏感性參數測試的分析。下面以植草溝為例介紹模型的建立過(guò)程。