基于低影响开发的城市内涝控制效果模拟与评估

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为适应环境变化和应对城市自然灾害等,目前国家在大中城市推广海绵城市理念,并在部分小城镇试点。相对大中城市成熟的海绵城市建设标准和指南而言,因小城镇的个案性明显,也无普适的导则与规范可供参考,特别是南方山区,降雨充沛但分布极不均匀的情况,如何根据实际情况评估小城镇的海绵城市效果,优选低影响开发(LID)设计方案,是当前亟待解决的现实问题与技术难题。本文在国家重点研发项目资助(编号:2016YFC0400910)下,以福建永春县城城北片区为研究区对象,基于暴雨洪水管理模型(SWMM)构建雨洪计算分析平台,研究不同雨洪情景下,永春县城城北片区内涝时空分布规律,识别负荷管道,划分内涝危险性等级。在此基础上,优选适合永春城区实际的低影响开发(LID)设计方案,并从水文效应、水力效应和经济效益3个方面对优选LID组合方案的效能进行评估。本文主要成果如下:(1)研究区城市雨洪模型构建。基于Arc GIS数据编辑计算和空间数据分析功能,分析永春县城城北片区各汇水区特征宽度、平均坡度与不渗透百分比等模型参数特征,在分析永春县城城北片区管网、行洪通道和各汇水分区基础上,建立永春县城城北片区SWMM雨洪计算模型。应用综合径流系数法对模型参数进行率定与模型验证,率定和验证结果表明,随着降雨重现期的增大,研究区内涝问题日趋严重。模型的校准参数在设计降雨重现期内有较好的的适应能力,建立的模型可应用于永春县城城北片区的模拟分析。(2)永春县城城北片区内涝模拟计算。应用所建立的城北片区SWMM雨洪计算模型,设计不同的降雨情景,分析城北片区的地表径流、节点溢流、出水口流量以及管道负荷情况的内涝特征及影响程度。以最长溢流时间、最大溢流量以及区域敏感性为致灾因子,划分城北片区不同降雨情景下的内涝危险性等级。(3)低影响开发组合方案效能评估。在分析城北片区实际情况、LID措施特征指标和费用效率等因素的基础上,组合设计城北片区三种LID组合方案:方案1(植草沟+绿色屋顶)、方案2(植草沟+下凹式绿地+透水铺装)、方案3(植草沟+下凹式绿+地透水铺装+绿色屋顶)。应用城北片区SWMM雨洪计算模型,从水文效应、水力效应和经济效益3个方面评估与优选最优LID组合方案。分析结果表明,三种方案均有明显的内涝削减效果,综合各因素考虑,优选方案2为适用研究区的最优LID组合方案。
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