城市三維降雨徑流模擬與LID設施優(yōu)化選址研究.pdf

1、低影響開發(fā)（LID)是一種采用源頭分散的小型控制設施，維持和保護場地自然水文功能、有效緩解不透水面積增加造成的洪峰流量增加、徑流系數(shù)增大、面源污染負荷加重的城市雨水管理理念。LID設施選址是一個多條件約束的最佳方案選擇問題，選址結(jié)果與特定的地理實體和項目背景相關。針對現(xiàn)有LID設施選址主要依靠主觀判斷，存在較大隨意性，不僅難以滿足從源頭控制和延緩沖擊負荷和海綿城市建設相關工程建設規(guī)范的要求，更談不上發(fā)揮其景觀功能的問題，通過構(gòu)建研究區(qū)域

2、的三維降雨徑流模型，利用GIS的空間分析與統(tǒng)計方法，提出一種能同時滿足地表徑流控制和LID設施用地類型、坡度的規(guī)范要求，并發(fā)揮設施景觀效益的一種優(yōu)化選址方法。為實現(xiàn)該優(yōu)化選址方法的流程化，通過在ArcGIS中構(gòu)建通用的Model Builder工具插件，提高LID設施優(yōu)化選址的效率。
　　主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　首先，構(gòu)建了研究區(qū)域的二維降雨徑流模型，在參數(shù)敏感性分析和參數(shù)率定的基礎上，采用實測降雨量和出水口徑流量，對

3、模型進行了驗證，結(jié)果表明，監(jiān)測點各時刻流量絕對誤差在10％以內(nèi)，洪峰流量誤差為4.15%，洪峰時刻誤差為0min，誤差均在允許范圍之內(nèi)，模型精度能都滿足模擬要求。在十年一遇典型降雨情景下，研究區(qū)域城市化后的徑流總量為78.5mm，為城市化前的1.9倍；出水口峰值流量為1.03m3/s，為城市化前的2.78倍；峰現(xiàn)時刻為10:40，相比于城市化前提前了5min。研究區(qū)域城市化前的積水面積和積水量均為0；城市化后區(qū)域積水時間持續(xù)了1小時15

4、分；最大積水面積和積水量分別為2.13ha和130.41m3。
　　然后，基于研究區(qū)域設計資料制作帶地物高程字段屬性的矢量地圖并生成數(shù)字表面模型 DSM，導入數(shù)字正射衛(wèi)星影像與二維模型生成的淹沒柵格圖層，在ArcScene中校準三者的投影坐標系，構(gòu)建了研究區(qū)域的三維降雨徑流模型。采用該三維降雨徑流模型，對研究區(qū)域在在十年一遇降雨情景進行模擬，得到最大淹沒面積約為426 m2，發(fā)生在研究區(qū)域靠近內(nèi)湖的西側(cè)；最大水深為0.14m，發(fā)生

5、在研究區(qū)域中部。災害最大點距離北方出入口的距離約為220m，距離南方出入口的距離約為263m。
　　其次，為規(guī)范化LID設施選址，基于三維降雨徑流模型，以GIS空間分析技術為基礎，結(jié)合海綿城市工程建設規(guī)范以及滿足景觀功能等要求，提出了一種能同時滿足降雨徑流控制、用地類型、坡度、景觀功能、面積等要求的LID設施的優(yōu)化選址方法。采用該選址方法對研究區(qū)域布局LID設施后，采用十年一遇典型降雨曲線進行模擬，結(jié)果表明，研究區(qū)域的徑流總量和綜

6、合徑流系數(shù)分別為45.0mm和0.48，相比城市化后削減了42.9%，接近城市化前的徑流總量和綜合徑流系數(shù)；峰值流量為2.40m3/s，峰現(xiàn)時刻相對于城市化后延遲了15分鐘。開發(fā)建設后的自然水文狀態(tài)接近開發(fā)建設前，達到了LID設施建設的初衷。
　　最后，為實現(xiàn)LID設施優(yōu)化選址方法的流程化，使選址方法能夠簡單、快速地應用于任意建設項目中，在ArcGIS中構(gòu)建了Model Builder通用工具插件。對于新建項目，輸入對應的地理信息