基于InfoWorks ICM模型的小区海绵及城市内涝系统研究

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由于城市化进程的加快,城市不透水下垫面面积增大,导致城市管网排水能力和河道行洪能力大大降低,城市内涝频发。海绵城市作为新一代雨洪管理理念,在应对城市内涝中起着重要的作用,住宅建筑小区作为海绵城市建设工作中的一部分,对于实现整体建设目标具有重要意义。计算机模拟软件可以高效地对城市雨洪过程进行模拟,对城市应对暴雨袭击具有十分积极的作用。本文基于海绵城市理论,从雨洪管理的角度出发,以吉安市吉州区为研究对象,借助InfoWorks ICM模型软件,通过以小区海绵设施、市政排水管网以及河道改造三个方面为例对雨水控制和内涝防治进行研究。研究成果对于调节雨洪、控制地表径流、平衡城市人居环境与生态环境具有重要的作用,对吉安市海绵城市的建设具有参考意义,可以为城市内涝防治提供数据支持。主要研究内容与成果如下:(1)总结了国内外城市雨洪管理和雨洪模型的现状,根据吉安市暴雨强度公式,使用采用芝加哥法的降雨雨型生成器,得到在一年一遇、三年一遇、五年一遇、十年一遇及二十年一遇重现期下的降雨间隔为5分钟时的2小时雨型图,采用同频率分析法得到最小间隔为5分钟的三十年一遇24小时设计降雨雨型图。(2)以吉安市吉州区平安佳苑小区为案例,借助CAD、ArcGIS、InfoWorks ICM等软件建立了小区的管网模型和下垫面模型,完成了无海绵设施的小区情景模型的搭建,对建模过程进行了详细介绍。模拟小区在无海绵设施的情况下,在五个不同设计降雨重现期下,最靠近出水口的两个节点N2和N20的洪水量和洪水深度变化情况以及最靠近出水口的两条管道N2.1和N20.1的超负荷状态、流量和水深的变化情况。(3)在无海绵设施的小区情景模型的基础上,将小区的海绵设施分别进行单个添加,然后进行SUDS水文参数的设置,分别建立小区海绵设施仅为透水砖、植草砖、雨水花园时的单个海绵设施小区情景模型。通过对节点洪水量、节点洪水深度、管道超负荷状态、管道流量和管道水深共五个方面进行模拟结果对比分析,分析得出对于平安佳苑小区雨水控制效果最佳的海绵设施为植草砖。(4)将透水砖、植草砖、雨水花园三种海绵设施全部添加到无海绵设施的小区情景模型中,通过对SUDS水文参数的设置,建立完整海绵设施时的小区情景模型。在完整海绵设施时的小区情景模型的基础上,结合对于平安佳苑小区雨水控制效果最佳的海绵设施植草砖进行改进,提出对于雨水控制效果更佳的海绵布置改进方案。建立海绵布置改进方案的小区情景模型,将其与完整海绵设施时的小区情景模型进行模拟结果对比分析,研究海绵布置改进方案的效果,同时进行经济效益分析。发现海绵布置改进方案相比于完整海绵设施时的小区海绵布置方案而言,在取得更好的雨水控制效果的同时还能够节省下129700元的经济成本。(5)以吉安市吉州区螺子山公园北部部分区域作为研究区域,建立InfoWorks ICM模型。对研究区域进行节点溢流情况分析,发现溢流的节点大部分位于研究区域的南部,主要集中于井冈山北大道和螺子山北路交叉口一带。选取溢流节点较多的两条管道进行纵断面分析,对研究区域进行内涝风险评估,得出内涝风险区域。结合节点溢流情况分析、管道纵断面分析和内涝风险评估提出改造方案,对改造后的两条管道进行纵断面分析,发现经过改造后的两条管道所有节点均未出现溢流,改造效果良好。进行改造后内涝风险评估,发现改造后积水范围与改造前相比有明显减小,积水程度大大降低,说明改造措施具有较为明显的效果。(6)针对调查发现的吉安市吉州区后河东支(三中段)廻龙桥排涝泵站进水渠道过水不足的问题,经过分析发现主要原因是渠道上的构筑物阻碍了行洪,以及渠道的拐弯半径不足。结合收集的资料建立了InfoWorks ICM模型,对现状进行了模拟。针对性地提出了三种改造方案,采用三种改造方案分别进行了模拟。结合改造后的效果进行了方案比选,发现三种方案都能保证廻龙桥排涝泵站正常起排,其中方案二后河和廻龙桥前池水位水位差最小,效果最佳。
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