复杂下垫面城区多元雨洪消纳措施模拟研究

发布时间：2017-08-05 18:25

  本文关键词：复杂下垫面城区多元雨洪消纳措施模拟研究

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【摘要】：在全球气候变化加剧和我国城镇化建设快速发展的背景下,自然下垫面条件剧烈变化,人类取用水日趋频繁,进而造成城市水资源短缺、城市洪涝灾害频发等水问题。在此情势下,国家颁布了一系列政策提倡从源头控制雨洪水,鼓励和支持多措施组合的方式来应对城市洪涝灾害;同时,也对城市水文及水资源的科学控制和有关技术提出了新要求、新导向。特别的,近几年热炒的“城市看海”等问题,促使城市水文学学科研究聚焦于雨洪径流精细化模拟和雨洪消纳措施效果分析,并将其作为缓解城市洪涝问题的关键技术和重点研究对象。然而,随着城乡一体化和城市群的建设,我国城区面积加大(如北京、上海等一线城市)、下垫面情况日趋复杂,但城区的管道流量还未实现实时监测,该类型城区模型校验及构建已成为城区雨洪精确预报和预警的技术障碍,也成为城市水文学亟待解决的一个技术难点。本论文以北京亦庄经济开发区核心区(以下简称“核心区”)为研究区域,在总结国内外城市雨洪径流模拟、城市雨洪消纳措施等方面研究现状的基础上,结合区域的自然地理条件、区域内涝特征,基于DEM、排水管道(网)数据和建设用地类型布局,通过对汇水区细化和排水系统数字化等模型精细化输入技术,构建大尺度复杂下垫面城区暴雨洪水管理模型(Storm Water Management Model,简称SWMM),并模拟比较了不同下垫面对不同设计暴雨情景雨洪消纳措施前后的产汇流响应特征。主要研究内容包括:(1)提出了一种具有普适性的子汇水区划分、排水管网概化、集流点雨水井概化等数据的精细化处理方法,并将此方法应用于总面积为17.84km2的研究区上,最终将核心区划分为1072个子汇水区,排水系统概化为3274条排水管道(管道及沟渠总长107.1km)、3621个雨水井,为区域模型的构建打下良好基础。(2)针对城区缺乏实测管道流量资料的现实情况,基于易操作、易实施、可对比、可分析的原则,提出了以区域典型点的大暴雨径流过程最大汇流深度为验证要素、采用经验率定和实地踏勘相结合的模型校验方法。选定6个校验点,借助区域模型SWMM,选取2011年“6.23”、2012年“7.21”两场典型大暴雨的降雨径流过程进行参数率定,以2016年“7.20”、2016年“9.07”两场典型暴雨的降雨径流过程进行验证,模型校验效果良好;进而构建了核心区SWMM模型。(3)基于构建的区域模型,以不同重现期(5年、10年、20年和50年)设计暴雨为设置情景,就不同土地类型子汇水区的产汇流响应特征进行了分析。结果表明:同一重现期设计暴雨下,道路与交通设施用地的产汇流响应最强,绿地及广场设施用地的响应最弱;而随着暴雨强度及雨量的增加,交通设施用地对暴雨响应的速率均高于绿地与广场用地对暴雨增幅的响应速率,也间接反映了这两个下垫面条件差异性造成的产汇流响应的差异程度,其他典型子汇水区对设计暴雨雨量及雨强的增幅的响应速率也较为明显。(4)以地表径流量、最大径流深和内涝持续时间等要素作为参数,对比分析了雨洪消纳措施建设前后各典型用地类型区的产汇流响应特征及其交通受阻情况,并以此进行了总结。结果表明:建设多元雨洪消纳措施后,各用地类型区的地表径流总量、最大径流深均得到了一定程度的削减,内涝持续时间也有所降低。就用地类型而言,核心区中居住用地和工业用地的径流削减效果最为明显;就雨型而言,对5年一遇设计暴雨的总体消纳效果最为显著。综合上述内容,对比国内相关研究可知,论文提出的区域模型排水管网高精度数字化处理技术以及在城区模型参数率定和校验方法上具有一定特色,为无管道流量资料大型城市雨洪径流的模拟提供了借鉴和参考,为城市水文水力模型推广应用提供了技术支撑;论文中,不同设计暴雨情景下,基于不同用地类型区的产汇流过程对比研究基础上,对多元雨洪消纳措施的建设效果进行了系统分析,为亦庄经济开发区未来城市规划及海绵城市建设提供了借鉴和参考。
【关键词】：城市内涝 SWMM 复杂下垫面 无管道流量资料 LID 设计暴雨
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU992;TV213.9
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究目的及意义12-13
• 1.2 国内外研究进展13-18
• 1.2.1 城市雨洪径流模拟研究13-15
• 1.2.2 无资料地区雨洪径流模拟研究15-16
• 1.2.3 雨洪消纳措施研究16-18
• 1.3 研究内容及技术路线18-21
• 1.3.1 主要研究内容18-19
• 1.3.2 研究技术路线19-21
• 1.4 论文的特色之处21-22
• 第2章 城市雨洪消纳主要原理及方法22-35
• 2.1 雨洪消纳基本概念与原理22-27
• 2.1.1 雨洪消纳相关概念22-24
• 2.1.2 低影响开发的内涵及原理24-26
• 2.1.3 多元雨洪消纳综合措施概念解析26-27
• 2.2 雨洪消纳措施主要技术27-34
• 2.2.1 模型概述27-29
• 2.2.2 主要雨洪消纳措施29-32
• 2.2.3 雨洪消纳措施的选取与布设32-34
• 2.3 本章小结34-35
• 第3章 大尺度复杂下垫面城区雨洪管理模型构建35-54
• 3.1 研究区域概况35-38
• 3.1.1 地理位置35-36
• 3.1.2 水文气象特征36-37
• 3.1.3 社会经济地位37
• 3.1.4 城市发展规划37-38
• 3.2 城市内涝的形成特征分析38-40
• 3.2.1 典型降水事件38-39
• 3.2.2 内涝成因及特征分析39-40
• 3.3 模型精细化管理与构建40-47
• 3.3.1 基础数据收集及预处理40-42
• 3.3.2 模型精细化输入42-47
• 3.4 无管道流量资料模型校准方法47-53
• 3.4.1 解决途径47-49
• 3.4.2 参数率定49-51
• 3.4.3 模型验证51-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第4章 多元雨洪消纳措施模拟及效果分析54-70
• 4.1 设计暴雨54-57
• 4.1.1 设计暴雨量计算54-55
• 4.1.2 设计雨型时程分配及其特征55-57
• 4.2 无消纳措施特征分析57-61
• 4.2.1 产汇流响应特征分析57-60
• 4.2.2 区域交通影响分析60-61
• 4.3 雨洪消纳措施效果分析61-69
• 4.3.1 区域措施选取及布设61-62
• 4.3.2 产汇流响应特征分析62-69
• 4.3.3 区域交通影响分析69
• 4.4 本章小结69-70
• 第5章 结论与展望70-73
• 5.1 主要结论70-71
• 5.2 研究展望71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-79
• 作者简介79-80
• 发表论文和参加科研情况说明80-81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：626346