基于城市雨洪模拟的海绵城市LID设施布局规划研究

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当前我国城市化进程不断加快,导致下垫面条件发生显著改变,而不透水下垫面面积的增加导致地表径流量大幅加大,造成城市排水管网系统输水能力受到影响,使得城市内涝发生几率大增。为更好治理城市内涝问题,我国提出了海绵城市建设理念,其主要通过低影响开发(Low Impact Development,LID)途径实现。如何科学规划LID设施布局是海绵城市建设的关键。因此,论文以秀山海绵城市建设区域为研究对象,开展基于城市雨洪模拟的LID设施规划研究具有重要的学术意义与应用价值。利用SWMM和MATLAB接口程序的耦合,研究SWMM模型参数自动率定技术,基于城市雨洪削减效应对比分析了单项LID设施,最后通过多目标优化模型的构建与求解,提出了研究区域的LID设施规划布局方案。主要研究结论如下:(1)通过对SWMM模型的二次开发研究,建立了SWMM与MATLAB耦合的接口程序,实现了在MATLAB平台上调用SWMM计算引擎,并利用BP神经网络法实现了模型参数的自动率定过程,NS值高达0.856。自动率定后的SWMM模型模拟结果与实测数据的误差控制在5%之内。(2)归纳总结了绿色屋顶、雨水花园、生物滞留带、植草沟、透水铺装、下沉式绿地、人工湿地等常见LID设施的构造、适用范围、优缺点与建设成本,并从功能、控制目标、经济性和景观效果等方面对LID设施进行了对比分析。(3)各LID单体设施的雨洪控制效果模拟结果表明,不同降雨重现期下(P=1a、2a、10a和50a),相同规模LID设施在径流总量控制效果上:雨水花园>透水铺装>绿色屋顶>植草沟;在径流峰值控制效果上:雨水花园>透水铺装>绿色屋顶>植草沟;而在峰现时间控制上:雨水花园>植草沟>绿色屋顶、透水铺装。(4)建立基于SWMM模拟的秀山海绵城市LID设施规划布局多目标优化模型,并利用NSGA-Ⅱ算法联合SWMM对模型进行了求解,提出了LID设施布局优化方案解集。应用层次分析法对5组方案进行评价,得出LID最优布局方案各LID的占比分别为绿色屋顶、雨水花园、透水铺装和植草沟布局比例分别0%、8.85%、26.34%和0.44%,径流总量控制率为77.3%,径流峰值削减率为64.2%,峰值延迟时间为14min。
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