基于海绵城市理念的城市雨水系统优化设计研究

摘要

随着城镇化的发展，传统的城市雨水管网系统承担的排水负荷逐渐增大，城市内涝频发。为保障城市排涝安全，保护生态环境，住房与城乡建设部开始推进海绵城市建设，提高了城市雨水系统规划、设计、建设和管理的相关要求。因此，本文基于海绵城市建设理念，研究城市雨水系统优化设计方法。
　　本文首先对海绵城市和城市雨水系统优化设计研究进展进行了较为全面的阐述。以城市雨水系统理论研究为基础，对设计重现期、径流系数及年径流总量控制率等设计标准进行了分析，为后续研究提供依据与指导。
　　其次，介绍了海绵城市建设措施的功能特点、适用条件及规模计算方法。根据《海绵城市建设技术指南》和《室外排水设计规范》等要求，从整体上确定优化目标，由此考虑年径流总量控制率、雨水管渠设计参数及内涝防治设计指标约束条件;通过构建源头减排、雨水管渠和雨水调蓄池合理规模优化模型，从而实现整个海绵城市建设措施的合理规模优化。并从城市雨水系统的构成、径流总量和径流峰值三个力面，分析了海绵城市建设措施对城市雨水系统优化设计的影响。
　　最后以雨水管网总费用、溢流总量和积水总时间为目标函数，建立了基于海绵城市的城市雨水管网多目标优化模型，通过加权法将多目标转化成单目标问题。本文采用遗传算法，并调用SWMM源程序，以Matlab为平台进行优化求解。结合实例建立了雨水管网SWMM模型，通过遗传算法进行优化求解，最终得到研究区域优化设计方案。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的提出及研究意义

1．2 海绵城市建设的主要内容

1．2．1 源头减排

1．2．2 雨水管渠系统

1．2．3 超标雨水径流排放系统

1．3 国内外研究现状

1．3．1 海绵城市研究现状

1．3．2 城市雨水系统优化设计研究现状

1．4 研究内容与方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究技术路线

第二章 城市雨水系统设计理论研究

2．1．1 设计重现期

2．1．2 径流系数

2．2 年径流总量控制率研究

2．2．1 年径流总量控制率目标的确定

2．2．2 年径流总量控制率与设计重现期的关系

2．3 本章小结

第三章 海绵城市建设措施合理规模研究

3．1 海绵城市建设的主要措施

3．2 海绵城市建设措施的规模与计算

3．2．1 渗透措施规模与计算

3．2．2 雨水管渠规模计算

3．2．3 调蓄措施规模计算

3．3 效益分析

3．3．1 经济效益分析

3．3．2 社会效益分析

3．4 合理规模确定

3．4．1 合理规模求解步骤

3．4．2 合理规模优化模型

3．5 本章小结

第四章 海绵城市建设对城市雨水系统设计的影响分析

4．1 城市雨水系统现状分析

4．2 海绵城市建设对城市雨水系统的影响分析

4．2．1 海绵城市建设对城市雨水系统构成的影响分析

4．2．2 海绵城市建设对城市雨水系统径流总量的影响分析

4．2．3 海绵城市建设对城市雨水系统径流峰值的影响分析

4．3 本章小结

第五章 基于海绵城市的雨水管网系统优化设计研究

5．1 常规优化模型

5．1．1 水力模型

5．1．2 费用模型

5．1．3 SWMM模型

5．2 多目标优化模型

5．2．1 目标函数

5．2．2 约束条件

5．3 多目标优化模型求解

5．3．1 多目标优化模型求解方法

5．3．2 雨水管网多目标优化模型求解

5．4 基于海绵城市的雨水管网优化模型

5．5 本章小结

第六章 实例分析

6．1 工程概况

6．1．1 地理位置及水文地质条件

6．1．2 研究区域概况

6．2 SWMM模型的应用

6．2．1 研究区域概化

6．2．2 模型参数设置

6．3 现状管网结果分析

6．4 基于海绵城市建设的设计结果分析

6．4．1 研究区域措施合理规模

6．4．2 结果分析

6．5 优化结果分析

6．5．1 现状管网优化结果分析

6．5．2 基于海绵城市的建设的优化结果分析

6．6 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

附表

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况