低影响开发城市雨水管理模拟

摘要

随着城市化进程的加快，“城市病”逐渐突显。全球气候的变化导致极端天气频发，伴随着大雨之后的地表径流系数、径流总量和洪峰流量的显著增加，城市人文、生态均受到严重威胁。探讨城市雨水问题，运用科学方法，实现城市雨水的有效管理、循环利用以及城市的可持续发展显得尤为重要。
　　近年来，低影响开发（LID）理念在城市雨水管理过程中深入人心，城市系统的LID改造，是解决城市化带来的一系列问题，实现城市的“海绵化”发展的关键所在。本文在借鉴前人研究成果的基础上，选取徐州市三八河流域作为场地规划区，借助暴雨洪水管理模型（SWMM），模拟城市现状条件下降雨-径流特征，运用模型中嵌套的LID措施，模拟LID措施对径流的调控效果。为提升城市雨水管理水平、深化城市雨水的资源化利用，构建宜居-景观-生态城市提供技术支持。主要研究成果如下：
　　1）基于ArcGIS软件平台，提取SWMM模型参数，构建SWMM模型，以综合径流系数为参照，率定与验证 SWMM模型参数，使模型满足该流域实际情况，达到模型运行的适用性与合理性。
　　2）基于SWMM模型模拟研究区在不同降雨、不同下垫面情景下的水文循环参数及排水管网参数的量变与空间变化过程。结果显示：①随着降雨重现期的增加，地表径流、径流系数等均呈增加趋势（增加49.03 mm、0.185），排水管网节点与管道内部的超载、溢流以及水位等参数的时数与流速、流量增加明显。②在相同降雨情景下，随着下垫面不透水率的提高，地表径流增加19.35%，径流系数增加0.08；排水节点与管道的超载与溢流现象加重。③空间上，高径流系数、超载与溢流的排水管网多分布在不透水率高的流域，即三八河上游流域。可见，流域不透水面积率的提高，城市排水系统对小、中雨事件具有一定的防洪排涝能力，对大暴雨产生的雨洪无法安全、及时、有效的排泄与管理。
　　3）城市雨水管理的核心在于城市水循环的修复，通过 LID不同措施的布设，改善降雨-径流-下渗-蓄水的比例，实现城市雨水回归自然。基于 SWMM模型模拟 LID的水文效应的结果显示：①单个LID措施对地表径流的削减率自P=0.5a的5.61%降低到 P=20a的2%左右；排水管网节点的超载与溢流的数量、时数与流量减少，对溢流总量的调控率高达78.01%（P=0.5a），随着重现期的增加，调控率降低至13.51%左右。②在渗透铺装、绿色屋顶以及生物滞留网格的综合调控下，整体径流系数减小0.037，地表蓄水增加3.581 mm，地表径流减少3.225 mm。可见，LID措施对城市雨水具有调控作用，可减少地表径流，缓解城市排水管网压力。但是对暴雨径流的调控效果不佳，故单纯依靠LID措施尚不可很好的解决城市雨水管理问题。
　　4）城市作为流域的节点，想要合理化解城市雨水问题，需要从流域角度出发，统筹考虑流域点-线-面多个层面，实现城市的“海绵化”发展。结果表明：①上游流域的LID改造对整个流域的影响大于下游流域，蓄水量与下渗量明显增加，径流系数减少0.4-0.5，下游流域的径流系数减少0.01-0.1，并且减轻排水管网的排水负荷。②广场、新、旧小区的 LID改造规划，使得径流系数分别由0.781、0.377、0.641降低到0.175、0.157、0.287；峰值流量降低到0.08、0.04、0.07 m3/s。可见，因地制宜，合理布设LID措施与比例，可以很好的还原城市自然特征，缓解城市地表径流，给人们营造了一个美观-宜居-绿色的环境。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1 研究背景与意义（Background and significance of research）

1.2 国内外研究现状（Research situation）

1.3 研究目标、内容与技术路线（Research goal, contents and technical route）

2研究区概况与数据预处理

2.1 自然概况（The general situation of study area）

2.2 数据预处理（Data pre-processing）

3 SWM M模型

3.1 SWMM 原理（The Principle of SWMM model）

3.2 SWMM模型的构建（The Construction of SWMM Model）

3.3 小结（Summary）

4 基于SWM M模型的城市雨水-径流模拟分析

4.1 不同降雨情景模拟分析（Simulation Analysis under different rainfall scenarios）

4.2 不同下垫面情景模拟分析（Simulation analysis under different urbanization level）

4.3 小结（Summary）

5基于LID的城市雨水管理模拟

5.1 LID（Low Impact Development）

5.2 基于 LID 的城市生态系统管理（ Urba n Ecos yste m Ma nage me nt based on LID）

5.3 LID 的雨水-径流调控模拟（ Simulation of rainwater-runoff regulation based on LID）

5.4 LID方案设计与实施（Project design and implementation based on Low Impact Development）

5.5 小结（Summary）

6 结论与展望

6.1 结论（Conclusions）

6.2 不足与展望（Problems and Prospects）

参考文献

作者简历

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