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随着我国经济的飞速发展,城市化进程也在不断加快,加之全球气候变化,极端降雨事件频发,导致我国城市内涝现象频发,给人民生命和财产安全带来了极大的威胁。极端降雨天气引发的城市内涝,一方面是由于城镇化的飞速发展使得城市地表硬化面积不断增大,从而增大地表不透水率,径流量因此而增加;另一方面是因为城市部分排水管网设计标准达不到相关规范要求,在遭遇一定年限的极端降雨时管网排水能力不足。因此,应用数学模型评估城市目前排水能力,预测可能发生内涝的区域,可为城市降低内涝风险提供科学依据。
本研究以重庆市秀山县县城海绵城市建成区为研究区域,结合Mike Flood耦合Mike Urban一维管网模型和Mike21二维地表漫流模型,模拟不同降雨强度条件下城市内涝情形,并提出相关建议。主要内容如下:
(1)基于收集的基础资料,成功构建Mike Urban一维管流模型和Mike21二维地表模型。通过Mike Flood人孔连接成功耦合。通过实测降雨和监测雨水节点的水位变化,率定和验证模型水文水动力参数,通过实测降雨和当天积水点的积水深度和积水位置,验证了耦合模型的准确性。率定水文水力参数时分析了参数的敏感性,
(2)分别以短历时3h,重现期1a、2a、3a、5a为降雨边界条件,雨水管道溢流值和雨水节点溢流值为评估标准通过Mike Urban模型模拟分析,一维管网的排水系统的排水能力,其中排水能力小于1a的管长为6.32km,排水能力在1a-5a的管长为7.28km,大于5a的管长为47.54km,分别占总管长的10.34%、11.91%、77.76%。溢流节点个数1a时37个,2a时61个,3a时72个,5a时84个,分别占总数的6.29%、10.37%、12.24%、14.29%。整体上秀山县城排水效果良好,但在细节上,城市的主干道雨水管道排水能力设计重现期低于1a,在地形低洼区域易形成内涝。
(3)分别以短历时3h,重现期20a、30a和50a一遇为降雨边界条件,积水深度、积水时间为评估指标,划分了内涝风险区域等级分别为内涝无风险区域、内涝轻风险区域、为内涝低风险区域、为内涝中风险区域、为内涝高风险区域。利用基于Mike Flood耦合模型的情景模拟评估法以对研究区域内涝风险进行评估。对比三个重现期的内涝风险区域分布,识别出三处易内涝区域,分别为渝秀大道和凤翔路交界处的丁字路口;陵园路;凤翔路与石莲路交界处往石莲路方向约200米路段。其他区域中低风险内涝区域增幅最大,内涝中风险区域增幅最小。并对内涝高风险区域产生的原因进行分析,三处易内涝区域受处地势低洼、周边建筑物较多、雨水管网等多种因素影响导致排水能力不足。
(4)为有效的防治城市内涝,从工程性措施和非工程性措施出发。在工程措施中提出了提升雨水管道的设计标准和增加“绿色”措施降低易内涝区的不透水率的建议,并提出两种防涝方案,方案一为增加“绿色”措施,方案二在方案一的基础上增加“灰色”措施,以短历时3h,重新期30a为边界条件模拟两种防涝方案,方案二的模拟结果显著优于方案一,其中内涝中风险区的削减率最高。在非工程措施中,提出了完善日常管理和应急管理建议。
本研究以重庆市秀山县县城海绵城市建成区为研究区域,结合Mike Flood耦合Mike Urban一维管网模型和Mike21二维地表漫流模型,模拟不同降雨强度条件下城市内涝情形,并提出相关建议。主要内容如下:
(1)基于收集的基础资料,成功构建Mike Urban一维管流模型和Mike21二维地表模型。通过Mike Flood人孔连接成功耦合。通过实测降雨和监测雨水节点的水位变化,率定和验证模型水文水动力参数,通过实测降雨和当天积水点的积水深度和积水位置,验证了耦合模型的准确性。率定水文水力参数时分析了参数的敏感性,
(2)分别以短历时3h,重现期1a、2a、3a、5a为降雨边界条件,雨水管道溢流值和雨水节点溢流值为评估标准通过Mike Urban模型模拟分析,一维管网的排水系统的排水能力,其中排水能力小于1a的管长为6.32km,排水能力在1a-5a的管长为7.28km,大于5a的管长为47.54km,分别占总管长的10.34%、11.91%、77.76%。溢流节点个数1a时37个,2a时61个,3a时72个,5a时84个,分别占总数的6.29%、10.37%、12.24%、14.29%。整体上秀山县城排水效果良好,但在细节上,城市的主干道雨水管道排水能力设计重现期低于1a,在地形低洼区域易形成内涝。
(3)分别以短历时3h,重现期20a、30a和50a一遇为降雨边界条件,积水深度、积水时间为评估指标,划分了内涝风险区域等级分别为内涝无风险区域、内涝轻风险区域、为内涝低风险区域、为内涝中风险区域、为内涝高风险区域。利用基于Mike Flood耦合模型的情景模拟评估法以对研究区域内涝风险进行评估。对比三个重现期的内涝风险区域分布,识别出三处易内涝区域,分别为渝秀大道和凤翔路交界处的丁字路口;陵园路;凤翔路与石莲路交界处往石莲路方向约200米路段。其他区域中低风险内涝区域增幅最大,内涝中风险区域增幅最小。并对内涝高风险区域产生的原因进行分析,三处易内涝区域受处地势低洼、周边建筑物较多、雨水管网等多种因素影响导致排水能力不足。
(4)为有效的防治城市内涝,从工程性措施和非工程性措施出发。在工程措施中提出了提升雨水管道的设计标准和增加“绿色”措施降低易内涝区的不透水率的建议,并提出两种防涝方案,方案一为增加“绿色”措施,方案二在方案一的基础上增加“灰色”措施,以短历时3h,重新期30a为边界条件模拟两种防涝方案,方案二的模拟结果显著优于方案一,其中内涝中风险区的削减率最高。在非工程措施中,提出了完善日常管理和应急管理建议。