基于SWMM与GIS技术的西北某校区低影响开发研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:myg3801403
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作为中国七大地理分区之一的西北地区,素来自然地形复杂、矿产资源丰富。然而,近年来随着城镇化进程的加快与城市规模不断扩大,原有自然景观开始逐步被建筑物、道路、广场等不透水表面替代,加上市政管网设计不合理,造成地表径流增加,最终引发了严重的城市内涝问题。低影响开发(Low Impact Development,LID)作为一种新型分散式小规模雨水处理措施,通过滞留、蓄存可有效缓解频发的城市内涝。本文基于区域降雨、地形等资料,利用SWMM与GIS技术平台针对西北地区某校区构建雨水管网模型,并利用实测降雨对模型参数进行敏感性分析、率定和验证。同时利用率定后的模型基于不同开发情境下剖析不同重现期设计降雨研究区域的地表径流、节点溢流及管渠超载等变化规律,并评估了LID内涝控制效果。研究主要得出如下结论:(1)借助ArcGIS平台将研究区域划分为227个子汇水区,雨水管网概化为241条管线和249个节点(包含3个排放口),并利用inpPINS耦合得到研究区域SWMM雨洪管理模型。(2)采用修正的Morris筛选法对该区域SWMM模型进行参数敏感性分析。结果表明:Des-imperv对不同降雨情景下的径流总量与径流峰值都表现出更强的敏感性,尤其对径流峰值表现出中高程度的敏感性。(3)将率定后的SWMM模型用于2019年5月6日(中雨)与10月15日(中雨)降雨进行排放口径流过程验证,其模拟结果与实测数据吻合程度良好。两场降雨的ENS值分别为0.92与0.806,均大于0.75,表明基于实测数据率定后的模型符合该区域的产汇流特征且有较好的稳定性与适用性,其参数可用于不同降雨情景下的径流过程模拟研究。(4)常规开发情境下,利用积水静态算法进行雨水管网节点超载模拟时发现,具有埋设坡度较大且处于低洼地段典型特征的管段1-Y175至1-Y176段与位于排放口附近的管段1-Y239至1-Y250段在高重现期设计降雨下管段超载深度均维持在3.32-6.9m范围内,且在降雨结束后2小时内均保持满流状态。长时间的超载深度必然对满流管道内壁造成冲击与腐蚀,进而可能出现管网漏损及交叉污染等一系列问题。此外,在进行Kriging高斯模型插值分析及内涝风险等级评估预测时,高风险区域面积及其所占比例均随着重现期的增大而升高;尤其在长历时设计降雨下,高风险区域面积所占比例均在60%以上。研究区域添加绿色屋顶与透水铺装后针对不同重现期设计降雨进行径流控制效果评估发现:相比常规开发情境,径流系数分别降低了74.2%、68.1%、67.1%、66.9%、66.0%、59.1%、55.9%、52.3%,其下降幅度随着重现期增大越来越小。结果表明LID对于重现期短的中小强度降雨控制效果良好,而对多年一遇的大暴雨控制效果有限。同时采用2018年兰州市年逐日降雨资料模拟研究区域LID措施实施前后各排水分区年径流总量控制率,57号与171号排放口对应的排水分区年径流总量控制率分别达到了85.12%与87.95%,满足《海绵城市技术建设指南》中的规定的85%≤α≤90%控制指标要求。这一结果可为当地径流控制目标的确定提供参考依据。
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