基于IFMS的海绵城市雨洪模拟与LID减灾效益评估

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随着全球气候的变化和人类活动的影响,极端降水天气出现了增长趋势。传统的排水理念和措施造成了大量雨洪资源的流失和一定程度的城市内涝。在此背景下,国家层面提出了“海绵城市”的建设口号,实现雨水的净化收集再利用,达到减少城市内涝灾害及雨水资源化的目的。因此,有效评价海绵城市建设中LID(Low Impact Development)设施所带来的减灾效益,对未来海绵城市的推广和建设有重要的指导意义。本研究选取宁夏固原市原州区中心城区为研究对象,根据收集的基础资料,对原州区近60年的降水变化特征进行分析,得到降水的年际和年内各时段的趋势变化和突变时间。通过多种雨洪计算模型的对比,选取IFMS Urban计算平台,构建固原市原州区中心城区的雨洪模型,得到不同降雨重现期下城区内的积水情况。在此基础上添加LID设施参数,模拟出海绵城市建设后城区内涝的改善情况,并选取合理的灾害损失评估方法,计算出海绵城市的建设带来的减灾效益。本研究的主要结论有:1.收集固原市原州区1957—2016年的降水资料,对60年的降水数据进行趋势分析和突变分析。线性回归法和M-K趋势检验法得到年、汛期和夏季降水量均呈下降趋势,春、秋、冬三季降水量呈上升趋势,除冬季外,其他各时段的趋势变化均未通过0.05的显著性检验。运用M-K突变检验、累积距平曲线和滑动t检验对各时段降雨的突变年份进行综合分析,年降水和汛期、秋季降水突变点相近,春、夏和汛期均在1991年发生突变,冬季降水在1979年有较为显著的突变。2.基于IFMS Urban平台构建固原市中心城区的二维地表和城市管网模型,并将其耦合进行赋值计算。模型通过2017年和2018年两场实际降雨过程和流量过程,模拟得城区内涝积水点,与实际踏勘结果进行对比,使模型得到率定和验证。结果表明本模型具有较好的可靠性和准确性。3.通过5a,10a,20a,50a重现期下的24小时设计暴雨和对应的洪水流量过程组合模拟,得到各重现期下的城区内涝情况。通过LID设施建设前后淹没情况的对比可以得出,目前LID设施对城区整体淹没面积的消减效果随着降雨重现期的增大呈减小的趋势,在5年重现期时消减率最大,达到13.63%,在50年重现期时消减率最小,仅有11.06%。4.在雨洪模型计算结果的基础上,采用淹没水深—损失率关系的计算方法,计算出LID建设前后不同降雨重现期下各类主要社会资产的经济损失,进而对比得到LID设施建设所带来的减灾效益。结果表明LID设施对于重现期小的降雨事件的减灾效益效果要优于重现期大的降雨事件。
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