基于SWMM模型的海绵城市建设措施模拟及规划方案研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tony_guang
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在我国城镇化进程快速推进的过程中,城市下垫面类型发生了巨大变化,原有的植被、土壤被建筑小区、道路广场所替代。不透水面积比的增加导致了雨水下渗量降低,从而引发洪涝灾害,使人民的生命财产遭受损失。通过海绵城市建设,能有效降低城市化建设过程对原始生态环境的不良影响,削减地表径流量,实现良性水文循环,最大限度保护城市的生态系统。当前我国海绵城市建设的研究正如火如荼的进行,但针对山地城市的LID措施作用效果的系统研究和具体规划方案尚不完整。所以本论文结合山地城市地形地貌,针对山地城市在海绵城市建设中的特殊布局,利用SWMM模型对LID措施的雨洪控制效果进行模拟研究,为山地城市进行海绵城市建设提供技术支撑。本文以酉阳县城南新区为研究区域,以LID措施的雨水径流模拟为目标,初步建立了典型山地城市的水文分析模型。根据研究区域降雨资料对降雨规律进行分析,计算出该区域的暴雨强度公式,同时结合研究区域自然条件和开发现状对模型参数进行灵敏度分析,得到模型的灵敏性参数。在灵敏度分析的基础上,调整参数取值对模型参数进行率定,并将参数率定后的模型模拟过程与实际降雨过程进行对比验证,形成了可用于实际区域模拟的SWMM模型。其次,利用构建的模型分别对相同面积比的绿色屋顶、下凹式绿地、透水铺装和植草沟在七种不同降雨重现期下的水文削减效果进行模拟分析。为更好的调控径流总量、径流峰值及推迟峰值时间,基于不同LID措施的模拟结果将四种措施进行不同的组合,模拟在1-100年降雨重现期2小时降雨历时下的雨洪控制效果。最后,结合研究区域下垫面的实际情况,利用SWMM模型核算出不同影响因素下的LID开发方案。同时以LID措施削减效果、运行效果和建安费用为效能分析指标,对3种不同方案的效能进行分析,最终确定了最佳LID开发方案。基于上述对LID措施雨洪控制效果和该区域开发方案的研究发现:(1)利用皮尔逊Ⅲ型曲线对研究区域降雨资料进行适线分析,规划求解得到的研究区域暴(1429.8658 × 1 + 0.972 × log(p)))雨强度公式为:q =(1429.8658×(1+0.972×log(p)))/(t+11.1217)0.6728。(2)对于径流总量,SWMM模型的灵敏性参数依次为N-Imperv、D-Imperv、N-Perv、DECAY,对于径流峰值,SWMM模型的灵敏性参数依次为D-Imperv、N、N-Imperv。(3)相同面积比的绿色屋顶、下凹式绿地、透水铺装和植草沟,在相同重现期下,对径流总量削减效果排序为下凹式绿地>透水铺装>绿色屋顶>植草沟;对径流峰值的削减,四种LID措施的控制效果随降雨强度的增大而减小,其中下凹式绿地和植草沟由于有不渗透面积的径流出流导致径流峰值大于传统开发模式下的径流峰值;对峰值时间的推迟,下凹式绿地一直具有作用,在100年一遇的降雨过程中仍有5min的推迟时间。而其他三种LID措施由于结构特性,在高强度降雨中对峰值时间无推迟效果。(4)下凹式绿地+透水铺装的组合(组合1)、绿色屋顶+透水铺装的组合(组合2)、绿色屋顶+植草沟的组合(组合3)、下凹式绿地+绿色屋顶+透水铺装的组合(组合4)在不同强度降雨过程中,都能有效控制径流总量,在100年一遇的情况下,径流总量削减率仍有24.1%、14%、11.9%、26%;对于径流峰值的削减,组合1和组合4的控制效果在同一降雨重现期下基本相同,相对都具有较好削减效果;对于推迟峰值时间,组合2最先失效,其次是组合3,组合1和组合4对于高强度降雨,一直稳定保持推迟峰值5min的控制效果。综合考虑LID组合的雨洪控制效果排序为组合4>组合1>组合3>组合2。(5)LID开发方案1、方案2、方案3的年径流总量控制率分别为75.55%、75.99%、76.06%,其中方案1中绿色屋顶、下凹式绿地、透水铺装和植草沟的布设面积分别为24658.74 m2、57301.14 m2,73508.61 m2,16543.32 m2;方案 2 的布设面积分别为 23318.49 m2、56049.21 m2、69887.16 m2、31048.22 m2;方案 3 的布设面积分别为 24658.74 m2、57301.14 m2、73508.61 m2、16543.32 m2。(6)以LID措施的削减效果、运行效果和建安费用三个效能分析指标对3套城南新区海绵城市开发方案的效能进行对比。通过计算和检验,三个方案对最佳LID开发方案的权重分别为0.247、0.533、0.22,表明对于研究区域的LID开发方案选择,方案2为首选方案。
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