城市化進(jìn)程的加快和雨水管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的滯后使得許多城市面臨著嚴(yán)重的內(nèi)澇問題。為有效緩解城市內(nèi)澇,國家正在大力推進(jìn)海綿城市建設(shè)——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的構(gòu)建�？茖W(xué)規(guī)劃布局和選用低影響開發(fā)(Low Impact Development,LID)設(shè)施及其組合系統(tǒng)是建設(shè)海綿城市的關(guān)鍵。然而,LID設(shè)施種類繁多,這些設(shè)施的選用和布局又受到當(dāng)?shù)刈匀坏乩項l件、水文地質(zhì)特點、水資源狀況、降雨規(guī)律等因素的制約。因此,選擇單項設(shè)施或其組合系統(tǒng),確定優(yōu)化布局方案是構(gòu)建低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)面臨的重大挑戰(zhàn)。為迎接這方面的挑戰(zhàn),需開展LID設(shè)施優(yōu)化布局方法的研究。本課題的研究將為LID設(shè)施布局和海綿城市建設(shè)提供理論支撐和科學(xué)指導(dǎo)。本課題基于暴雨管理模型(SWMM)和矩陣實驗室(MATLAB)軟件編程,以國家海綿城市建設(shè)試點城市池州市某排水區(qū)域作為研究對象,從內(nèi)澇防治、污染削減、成本效益等方面出發(fā),構(gòu)建評估指標(biāo)和評估模型,通過模型模擬,提出并探討了單項LID設(shè)施(雨水蓄水池)和LID設(shè)施組合系統(tǒng)(生物滯留設(shè)施、透水鋪裝、綠色屋頂)的“預(yù)選址量化+迭代優(yōu)化”的兩階段優(yōu)化布局方法,主要成果和結(jié)論如下:(1)提出了結(jié)合內(nèi)澇、污染削減和費用等指標(biāo)的預(yù)選址量化方法。在綜合分析多種內(nèi)澇指標(biāo)的基礎(chǔ)上,考慮指標(biāo)的相對獨立性,提出以積水深度和積水時間作為節(jié)點的量化特征指標(biāo)。選用層次分析法作為節(jié)點的定量分析方法,考慮節(jié)點的敏感性,通過定量計算,得到節(jié)點的最終得分。提出內(nèi)澇削減效率和污染削減效率的概念和計算公式,建立效益指標(biāo)體系。結(jié)合節(jié)點得分排序結(jié)果和成本效益指標(biāo)體系進(jìn)行預(yù)選址模擬量化,從而確定LID設(shè)施的預(yù)選址方案。(2)在預(yù)選址量化(第一階段)的基礎(chǔ)上,提出了“預(yù)選址量化+迭代優(yōu)化”的兩階段優(yōu)化布局方法。在“迭代優(yōu)化”階段,重點考察了模式搜索法和遺傳算法兩種優(yōu)化方法,提出了“預(yù)選址+模式搜索法”和“預(yù)選址+遺傳算法”兩種兩階段優(yōu)化布局方法,并以國家海綿城市建設(shè)試點城市池州市某排水區(qū)域為對象,進(jìn)行了單項LID設(shè)施和LID設(shè)施組合系統(tǒng)布局的應(yīng)用案例驗證。(3)對于單項LID設(shè)施布局,基于定量計算生成的預(yù)選址方案可以在所有內(nèi)澇節(jié)點中篩選出更合理的方案,經(jīng)過模式搜索法三輪優(yōu)化即可確定最終布局方案。在造價不變的情況下,優(yōu)化之后的方案可以在預(yù)選址的基礎(chǔ)上多吸收38.85%的雨水徑流和42.29%的總懸浮固體(TSS),將研究區(qū)域的水文環(huán)境恢復(fù)至開發(fā)前水平。預(yù)選址+模式搜索法能夠很好的完成蓄水池的優(yōu)化布局。(4)為了驗證所提出的布局方法的可靠性,分別考察了設(shè)計重現(xiàn)期變化和層次分析法中專家打分標(biāo)準(zhǔn)變化對布局方法的影響。在50a和100a設(shè)計重現(xiàn)期下,獲得的最終布局方案依然具有很好的效果,在預(yù)選址的基礎(chǔ)上大幅度削減城市內(nèi)澇和面源污染。改變專家打分標(biāo)準(zhǔn)以后,所生成的最終方案與之前的方案也基本一致,從而驗證了布局方法的可靠性。(5)對于LID設(shè)施組合系統(tǒng)布局,分別驗證了兩種兩階段優(yōu)化布局方法。結(jié)果表明,隨著優(yōu)化維度的增加(8子匯水區(qū)增加到32子匯水區(qū)),兩種優(yōu)化布局方法的工程造價(優(yōu)化目標(biāo)之一)都出現(xiàn)了不同程度的下降,模式搜索法優(yōu)化的年徑流總量控制率(另一優(yōu)化目標(biāo))有所下降(1.30%~1.67%),而遺傳算法優(yōu)化的年徑流總量控制率有所上升(0.40%~1.26%)。因此,在處理高維度優(yōu)化問題時,預(yù)選址+遺傳算法表現(xiàn)更好。
【學(xué)位單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU992
【部分圖文】：

要是在地下大量修建雨水管網(wǎng)等灰色設(shè)施，讓大量的雨水在短時間內(nèi)通過管網(wǎng)系統(tǒng)排放。而現(xiàn)階段我國大部分排水系統(tǒng)由于設(shè)施老化、標(biāo)準(zhǔn)偏低等問題，排水能力遠(yuǎn)不能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，給城市排水安全帶來了隱患，加之近年來頻發(fā)的極端降雨，造成近年來國內(nèi)各大城市內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)[8]。雨水作為一種資源，是城市生態(tài)用水的理想水源，當(dāng)大量的密實性下墊面代替原有的滲透性地表之后，降雨產(chǎn)生的大量徑流直接外排而不是補(bǔ)充地下水資源，是一種資源的浪費。一方面是地表產(chǎn)生大量徑流無法及時排放，導(dǎo)致許多城市出現(xiàn)“城市看海”，而另一方面，地下水資源卻得不到有效的補(bǔ)充。1.1.3 海綿城市與低影響開發(fā)理念傳統(tǒng)雨水管理模式已經(jīng)不能滿足新形勢下的雨水排放要求，為了解決城市化過程中衍生出來的一系列水文環(huán)境問題，國家開始開展海綿城市建設(shè)試點工作。低影響開發(fā)，一種有別于傳統(tǒng)的雨水管理與利用理念及工程技術(shù)方法被提出并在美國等發(fā)達(dá)國家應(yīng)用實踐。通過源頭化、生態(tài)化、綜合化發(fā)展的工程技術(shù)和管理措施達(dá)到綜合利用雨水的目的，原理如圖 1.1 所示。

技術(shù)路線

圖 2.1 LID 設(shè)施單項（蓄水池）布局優(yōu)化方法與流程ig. 2.1 The framework and process of layout optimization for single LID facilities (storage t1.2 預(yù)選址量化方法（1）評價指標(biāo)的量化蓄水池的預(yù)選址方案采用定量計算的方法。具體來說，根據(jù)研究區(qū)域的內(nèi)水情況，提取出各內(nèi)澇節(jié)點的積水時間和積水體積原始數(shù)據(jù)，并依據(jù)《室外設(shè)計規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范以及工程造價，選用相應(yīng)的量化公式，將內(nèi)澇節(jié)點的量化為積水時間和積水深度兩個指標(biāo)。借助層次分析法評估所有的內(nèi)澇節(jié)標(biāo)層為蓄水池的預(yù)選址，準(zhǔn)則層為積水深度指標(biāo)和積水時間指標(biāo)，方案層為節(jié)點，為了盡可能客觀地評估內(nèi)澇節(jié)點，引入各節(jié)點的敏感性權(quán)重系數(shù)，對內(nèi)澇節(jié)點評估并打分并排序。通過 SWMM 和情景分析來實現(xiàn)評價指標(biāo)的量化，為了更科學(xué)的評估內(nèi)澇的危害，選取積水深度和積水時間兩個指標(biāo)，兩者相互獨立，不會影響后續(xù)次分析法的評估結(jié)果[37]�；谇榫胺治觯謩e用雨水管網(wǎng)設(shè)計重現(xiàn)期和內(nèi)治設(shè)計重現(xiàn)期的設(shè)計降雨，對研究區(qū)域進(jìn)行模擬，可以得到內(nèi)澇節(jié)點的內(nèi)澇

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王俊嶺;王雪明;張安;張玉玉;;基于“海綿城市”理念的透水鋪裝系統(tǒng)的研究進(jìn)展[J];環(huán)境工程;2015年12期

2 胡愛兵;任心欣;丁年;湯偉真;;基于SWMM的深圳市某區(qū)域LID設(shè)施布局與優(yōu)化[J];中國給水排水;2015年21期

3 徐雷;;城市化對水文循環(huán)的影響與對策研究[J];水利規(guī)劃與設(shè)計;2015年07期

4 王文亮;李俊奇;車伍;趙楊;;海綿城市建設(shè)指南解讀之城市徑流總量控制指標(biāo)[J];中國給水排水;2015年08期

5 仇保興;;海綿城市(LID)的內(nèi)涵、途徑與展望[J];給水排水;2015年03期

6 許迪;;SWMM模型綜述[J];環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊;2014年06期

7 王文亮;李俊奇;車伍;李小靜;任婕;;城市低影響開發(fā)雨水控制利用系統(tǒng)設(shè)計方法研究[J];中國給水排水;2014年24期

8 王瓊珊;劉曉梅;趙冬泉;;低影響開發(fā)措施比選及適建區(qū)域分析[J];中國給水排水;2014年03期

9 李強(qiáng);;低影響開發(fā)理論與方法述評[J];城市發(fā)展研究;2013年06期

10 陳曉燕;張娜;吳芳芳;賀兵;;雨洪管理模型SWMM的原理、參數(shù)和應(yīng)用[J];中國給水排水;2013年04期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王琪;基于層次分析法的環(huán)保項目融資決策研究[D];南昌大學(xué);2017年

2 柯勝;低影響開發(fā)技術(shù)徑流削減體系及效能優(yōu)化研究[D];東華大學(xué);2017年

3 陸蕓;綠色屋頂?shù)纳鷳B(tài)效益研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2016年

4 李_g;基于水文循環(huán)的低影響開發(fā)設(shè)計及效果評價[D];天津大學(xué);2014年

5 危唯;低影響開發(fā)技術(shù)在深圳某地區(qū)的應(yīng)用研究[D];湖南大學(xué);2014年

6 徐濤;城市低影響開發(fā)技術(shù)及其效應(yīng)研究[D];長安大學(xué);2014年

7 何福力;基于SWMM的開封市雨洪模型應(yīng)用研究[D];鄭州大學(xué);2014年

8 湯萌萌;基于低影響開發(fā)理念的綠地系統(tǒng)規(guī)劃方法與應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2012年

9 唐穎;SUSTAIN支持下的城市降雨徑流最佳管理BMP規(guī)劃研究[D];清華大學(xué);2010年

10 趙亮;城市透水鋪裝材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[D];長安大學(xué);2010年

本文編號：2821184