典型LID设施对地表径流控制过程的模拟研究

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近年来,快速城市化进程导致城市化的布局混乱,进一步导致内涝频发、水体恶化、雨水资源浪费等问题。我国提出的“海绵城市”成为解决当前问题的主要建设理念。与此同时,以源头控制为核心的低影响开发(Low Impact Development, LID)模式作为海绵城市建设的主要实施措施开始在国内盛行。但因我国海绵城市建设时间尚短,在规划、建设与评估系统方面不健全,部分地区规划目标与实现途径存在脱节现象。为避免实际效果不满足设计要求,本文使用模型方法,以LID视角研究海绵城市建设中的细节,方便人们在海绵城市设计中及时发现并调整设计缺陷。本文核心内容分为以下三个部分:
  (1)基于SWMM模型对实际海绵工程改造前后建模,利用Nash-Sutcliffe效率系数(NSE)作为模型模拟结果的评价指标对模型进行校核。通过单场次降雨事件在海绵改造后的实际监测结果与模拟溢流出水的拟合曲线,可以认为溢流产生的峰值、时长与监测结果具有一致性。同时NSE>0.7,可见模型模拟结果与监测数据的吻合度很好,因此认为本文构建的模型较为准确,可以用来评估实际建设效果能否达到规划目标。
  (2)在不同降雨强度条件下,对海绵城市改造前后效果进行模拟分析,即分别进行径流控制率、节点溢流情况和排口峰值情况分析。经过模拟发现,在不同降雨强度下,增设LID设施均可提高研究区域的径流控制率。节点溢流个数也随着LID设施的增设而明显减少。排口峰值随着降雨强度的增加,其峰值延后时间逐渐缩短。因此LID设施对小强度降雨事件的控制效果更佳。
  (3)进一步探究典型LID设施的径流控制效果,选择合理参数,通过简易模型运用响应面分析法对LID设施参数进行优化及规律性探索。以植草沟为例,在构建的仅包含植草沟设施的SWMM模型中,通过响应曲面可以分析出,选取的三个参数对径流控制率的影响顺序为面积比>最大渗透速率>宽度。得到的最优方案为:面积比A为37.39%,宽度B为0.50m最大渗透速率C为253.23mm/h,径流控制率预测值是78.6%。同时,上述优化方法也适用于其它LID设施参数的优化,具体的影响因素需要根据选取的评价指标进行敏感度分析后方可确定。
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