论文部分内容阅读
在城市化和气候变化的综合影响下,城市水综合管理系统面临的压力与日俱增,为此我国广泛开展了以低影响开发（LID）系统构建为核心内容的海绵城市建设,通过调控雨水径流排放和截留污染物,缓解城市降雨和不透水面积增加带来的不良影响。综合评估LID对径流控制效应的有效性和适应性,需植根于水量平衡基本原理,研究并揭示LID对径流和污染控制的相关规律,为海绵城市建设策略制定提供科学的指导意见。因此,本文针对城市径流削减和非点源污染控制两大核心问题,以LID性能模拟技术和LID规模效益优化方法为研究重点,构建了基于优化算法和方案优选技术的LID成本效益综合评价体系,以广州市天河智慧城为主要研究区域加以应用分析,研究取得的主要成果如下:（1）利用研究区域内径流水量和水质的同步监测数据,对所构建的SWMM模型参数进行率定和验证,并基于Morris方法对模型参数进行敏感性分析,结果表明,构建的SWMM模型对研究区域的降雨径流和污染物浓度变化过程的模拟具有较高精度,其中影响径流量、峰值流量和污染负荷模拟结果的最敏感参数分别为最大下渗速率（Max Rate）、不透水区的曼宁系数（N-Imperv）和冲刷指数（Exponent）,同时指出前期干旱天数对水质结果的影响比水量结果大,充分了解模型参数对模拟结果的影响程度,为该模型的应用和分析打下扎实的基础。（2）根据广州市1980-2012年的33年历史降雨数据统计分析了研究区域的降雨特征,指出其场次降雨量、降雨历时和降雨时间间隔的频率服从指数型概率密度函数分布。结合解析概率模型探讨LID措施在长期降雨条件下的水量平衡原理,并求解LID措施的平均径流削减率,进而利用NAGA-II算法对不同LID措施的建设规模进行优化分析,为LID措施的合理规划提供科学与简便的方法。分析结果表明,单位面积的LID措施中,生物滞留池径流削减能力最大;而透水铺装具有建设规模优势,整体的效益大于生物滞留池。此外,增大投资成本以设置具有蓄水层的LID措施,有利于减小LID建设规模。（3）基于主成分分析法分析研究区域内不同下垫面的径流污染物特征及其相关性,并对径流污染物的初期冲刷效应进行定性和定量描述,明确其初期冲刷效益相关规律,进一步利用SWMM模型模拟分析LID措施对径流污染负荷和初期冲刷效应的影响,充分研究LID措施对径流污染控制的有效性。分析结果表明,径流污染物中COD与BOD5显著相关,TN与NH3-H显著相关;不同下垫面的径流污染排放过程中,屋顶排放浓度比道路和停车场排放更为稳定,此外,道路和停车场的初期冲刷发生频率较高且强度较强,通过设置LID措施能有效削减道路和停车场径流污染物的EMC值,同时削减初期冲刷效应强度,且LID设置比例越大,削减效果越明显。（4）统筹LID措施的径流量、峰值流量和污染负荷的削减率及其生命周期成本分析,基于TOPSIS分析法对8种典型LID建设方案进行综合评价与方案优选,并结合气候变化条件,进一步探讨LID措施应对未来降雨情景下的适应性和有效性。分析结果表明,在成本权重较大时,选择生物滞留池和植草沟为主的方案更能节约成本;在径流削减率权重较大时,选择透水铺装和绿色屋顶为主的方案更能提高径流削减率。在气候变化条件下降雨增加使LID成本效益降低,为应对气候变化的影响,需合理增加LID的建设规模。因应实际情况的不同对LID建设方案进行优化,有效提高LID建设决策过程的适应性、灵活性和目标导向性。