城市三維降雨徑流模擬與LID設(shè)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(shè)施，維持和保護(hù)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(fù)荷加重的城市雨水管理理念。LID設(shè)施選址是一個(gè)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(shí)體和項(xiàng)目背景相關(guān)。針對現(xiàn)有LID設(shè)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(fù)荷和海綿城市建設(shè)相關(guān)工程建設(shè)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(jì)方法，提出一種能同時(shí)滿足地表徑流控制和LID設(shè)施用地類型、坡度的規(guī)范要求，并發(fā)揮設(shè)施景觀效益的一種優(yōu)化選址方法。為實(shí)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(shè)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(chǔ)上，采用實(shí)測降雨量和出水口徑流量，對

3、模型進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，監(jiān)測點(diǎn)各時(shí)刻流量絕對誤差在10％以內(nèi)，洪峰流量誤差為4.15%，洪峰時(shí)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(shí)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(shí)間持續(xù)了1小時(shí)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(shè)計(jì)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(dǎo)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(zhǔn)三者的投影坐標(biāo)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(jìn)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(zāi)害最大點(diǎn)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(shè)施選址，基于三維降雨徑流模型，以GIS空間分析技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合海綿城市工程建設(shè)規(guī)范以及滿足景觀功能等要求，提出了一種能同時(shí)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(shè)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(shè)施后，采用十年一遇典型降雨曲線進(jìn)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(shí)刻相對于城市化后延遲了15分鐘。開發(fā)建設(shè)后的自然水文狀態(tài)接近開發(fā)建設(shè)前，達(dá)到了LID設(shè)施建設(shè)的初衷。
　　最后，為實(shí)現(xiàn)LID設(shè)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(yīng)用于任意建設(shè)項(xiàng)目中，在ArcGIS中構(gòu)建了Model Builder通用工具插件。對于新建項(xiàng)目，輸入對應(yīng)的地理信息