城市暴雨内涝源头控制技术研究

发布时间：2017-07-29 14:23

  本文关键词：城市暴雨内涝源头控制技术研究

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【摘要】：城市化的快速发展,改变了城市下垫面的透水性质。加之受全球气候变化的影响,导致城市发生突发性强降雨内涝的几率增加,影响程度和影响范围加深,国家公共设施及人民生命财产遭受一定程度的威胁。防止城市暴雨内涝,最根本的措施是从源头上控制径流的产生。因此,从根本出发,开展关于城市暴雨内涝的源头控制技术研究具有重大的科学意义和实际应用价值。本文在分析城市暴雨内涝的成因及影响因素的基础上,确定了降雨强度、降雨历时、渗透系数及硬化率等指标作为影响积水深度的关键参数,采用理论分析和SWMM模型数值计算手段研究城市内涝成灾的积水深度,提出了低影响开发(LID)源头控制措施洼蓄池相应的洼蓄比和洼蓄量等相关设计概念,并开展人工降雨试验研究城市暴雨内涝积水深度计算理论,再结合工程实例分析在采用LID技术前后研究区域的径流对比情况,探明LID技术在城市暴雨内涝源头控制方面的应用及效果,从而为城市暴雨内涝源头控制技术提供理论支撑及设计参数指导。主要研究成果包括如下几个方面：1、通过理论分析和运用SWMM模型进行数值模拟计算城市内涝的积水深度,推求出降雨量Q、渗透系数k、硬化率r与降雨结束时刻的积水深度h之间的拟合公式为h=-0.33(1一r)k+Q.对于单一降雨事件而言,减少汇水区域内积水深度的有效措施与选用渗透系数较大的土壤和降低汇水区域内硬化率,以增加土壤的自然入渗量有关。如当硬化率为0%、渗透系数为120.4mm/h时,与渗透系数为0.254mm/h的土壤相比在面对100a一遇的降雨时,积水深度减少了35.866mm：当硬化率为0%、渗透系数为76.2mm/h时,与硬化率为80%的情况相比在面对100a一遇的降雨时,积水深度减少了28.76mm。2、研究了暴雨内涝源头控制措施洼蓄池的设计参数洼蓄比p的取值范围。定义洼蓄比p为在降雨区域内拟设计洼蓄池的总蓄水量QC与原积水量Qj的比值。分析计算出洼蓄池的总蓄水量计算公式Qc=-0.33p(1-r)k4+pQA。并研究了(1)渗透系数和硬化率为定量,重现期为变量；(2)重现期和硬化率为定量,渗透系数为变量；(3)渗透系数和重现期为定量,硬化率为变量等3种情形下洼蓄池设计参数洼蓄比p的取值。如当渗透系数为76.2 mm/h、硬化率r分别为0%、20%、40%、60%、80%、100%,在面对100a一遇的降雨时,洼蓄池设计参数洼蓄比p分别为0.65、0.67、0.69、0.70、0.72、0.73,此时内涝积水深度hj'降至30mm。3、人工降雨试验研究不同硬化率对内涝积水深度的影响以及采取洼蓄池源头控制措施对降低积水深度的处理效果。试验模拟了两种降雨工况,其降雨均匀度分别为0.981和0.967,平均降雨量分别为109.66mm和87.223mm,对应某市100a一遇和20a一遇的降雨情况。其次,试验了四种硬化率的下垫面,分别对不同工况的积水深度及渗流情况进行了统计分析。同一工况下,随着硬化率的递增,积水深度同时递增,模拟100a一遇降雨的增幅略大于20a一遇。同时,在改变硬化率的基础上,增加了低影响开发措施洼蓄池。采取洼蓄措施后,积水深度都有一定程度的降低。4、实例分析暴雨源头控制措施对城市内涝积水深度的影响。建立研究区域SWMM模型,分析其内涝积水深度情况,并针对存在内涝风险的地区采取下凹式绿地、生物滞留设施以及渗透路面等LID技术源头控制措施。研究结果表明：采用LID技术后研究区域综合径流系数从0.669降低到0.298,径流总量控制率达到70.2%,LID技术在减少流域地表径流,削减高峰径流速度,降低节点洪流流速,减小节点洪流时数及总洪流容积方面均起到了一定的作用。
【关键词】：城市暴雨内涝 源头控制技术 SWMM模型 人工降雨试验 LID开发技术
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU992
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-22
• 1.1 研究背景及意义13-16
• 1.2 国内外研究现状16-19
• 1.2.1 城市化对暴雨洪水影响研究16-18
• 1.2.2 城市雨洪模型研究18-19
• 1.3 研究目的19
• 1.4 研究内容与方法19-21
• 1.5 技术路线21-22
• 第2章 城市暴雨内涝成因分析22-30
• 2.1 气候因素23
• 2.2 城市下垫面因素23-24
• 2.3 排水系统因素24-26
• 2.4 河湖调蓄因素26-27
• 2.5 雨水口泄水因素27-29
• 2.6 设施维护因素29-30
• 第3章 源头控制技术数值分析30-63
• 3.1 SWMM模型简介30-36
• 3.1.1 SWMM模型概述30
• 3.1.2 产流模型30-32
• 3.1.3 下渗模型32-34
• 3.1.4 汇流模型34-36
• 3.2 确定降雨数据36-39
• 3.2.1 设计降雨强度36-37
• 3.2.2 设计降雨重现期37-39
• 3.3 渗透系数参数的影响39-44
• 3.3.1 模型参数设定39-42
• 3.3.2 下垫面渗透系数影响分析42-44
• 3.4 硬化率参数的影响44-53
• 3.4.1 模型参数设定44-45
• 3.4.2 地面硬化率影响分析45-53
• 3.5 源头控制技术洼蓄池设计参数取值53-63
• 3.5.1 拟合公式的推导53-55
• 3.5.2 洼蓄池设计参数数据分析55-63
• 第4章 源头控制技术试验研究63-75
• 4.1 试验装置63-64
• 4.2 试验测定指标及方法64-66
• 4.2.1 降雨量模拟64-65
• 4.2.2 硬化率模拟65
• 4.2.3 洼蓄池模拟65
• 4.2.4 试验监测65-66
• 4.3 试验工况设置66-69
• 4.3.1 实测量筒读数66-67
• 4.3.2 计算均匀度67-68
• 4.3.3 计算总降雨量68-69
• 4.4 试验结果及分析69-75
• 4.4.1 积水深69-70
• 4.4.2 下渗70-73
• 4.4.3 洼蓄73-75
• 第5章 “海绵城市”低影响开发技术研究75-104
• 5.1 LID技术简介75-86
• 5.1.1 下凹式绿地75-76
• 5.1.2 生物滞留设施76-81
• 5.1.3 透水铺装81-86
• 5.2 LID技术数值模型应用86-104
• 5.2.1 研究区域基本概况86-88
• 5.2.2 模型主要参数设置88-89
• 5.2.3 原研究区内涝情况分析89-94
• 5.2.4 LID控制模块设置94-97
• 5.2.5 LID模拟结果分析97-104
• 结论与展望104-106
• 致谢106-107
• 参考文献107-110

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