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基于SWMM的南宁市良庆区海绵城市属性工程硕士研究

  • 发布日期:2018-10-09
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本文是一篇工程硕士论文,工程硕士(全日制)侧重于学术理论与实践;工学硕士侧重于学术理论与应用;工程硕士(非全日制)侧重于学术实践。工程硕士(全日制)与工学硕士属于统一教育体系,只是类型不同,而工程硕士(非全日制)属于不同教育体系。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇工程硕士论文,供大家参考。
 
第一章 绪论
 
1.1 选题背景与研究意义
城市规划是指依据城市发展现状及前景目标对城市基础设计、建设的综合部署,目的是通过综合考虑城市与周边地区的整体融合及相互影响,为居民提供良好的生活、工作环境。人类社会的进步,正是通过城市的日趋发展及城市规划的日趋完善来表现。2015 年底,全球城市人口已达 39 亿,到 2050 年将达到约 64亿。全球超过 54%的人口居住在城市,其中城区人口数超过 1000 万的超级大城市数量从 1990 年的 10 个迅速上升至 28 个。改革开放近 40 年来,我国经济迅猛发展,城市化进程加快(杨阳,2010)。经济迅猛发展的另一面,是人口密集、资源匮乏、环境污染、交通拥挤等城市病频发,在阻碍经济发展、社会进步的同时,给人们生命与财产安全产生威胁(吴丹洁,2016)。快速的城市发展,建设用地不断扩张,“开山掩水”式建设发展忽略了下垫面变化对水环境的影响。原有透水性良好的地表、森林、河流等渐渐被建筑物及道路取代。可透水性下垫面的减少使得土地对雨水的截留与下渗作用减弱,原本利用土壤含蓄水源的途径被缩减,大部分降水只能以地表径流的形式排出区域,使得城市排水管网在强降雨季节压力大增(Wu et al., 2012;Park S Y et al., 2008)。城市内涝灾害的频繁发生不仅阻碍了经济的发展,而且给人民财产造成极大损失。国家防汛办数据显示,2016 年我国全国范围内涝城市 154 座,2010 年由住建部主持的国内城市专项调研数据显示,在 2008-2010 三年间,我国超 60%的城市发生过内涝,其中近一半的城市最长积水超 12 小时(刘洪伟,2014)。另据国家防汛抗旱总指挥部办公室统计,2010 年我国有 258 座城市受淹,大多数为暴雨内涝。2012 年“7.21”特大暴雨造成房屋倒塌 10660 间,160.2 万人受灾,经济损失 116.4 亿元,79 人罹难,城市排涝问题压力空前。近年来中国首份城市内涝研究报告——《城市防洪工作现状、问题及其对策》指出,到 2010 年为止全国范围内仍有 340 座城市未达规定防洪标准,比例高达 53%。同时,新兴经济开发区和新城市的防洪工程建设严重滞后。依照我国 2006 年城镇排水设施建设标准《室外排水设计规范》的要求,一般城市的排水设施的设计暴雨重现期为 0.5~3年,重要地区为 3~5 年。我国 70%以上的城市排水系统建设的设计暴雨重现期小于1年,90%的老城区的重点区域设计标准甚至低于要求标准的下限(武春丽,2014)。我们现有的雨水资源管理思维,已不能统筹雨水、城市排水管网及超标准雨水三者之间的关系。
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1.2 研究意义
 
1.2.1 理论意义
在发展建设过程中,从规划、设计、实践等环节都面临着很多困难与技术难题,特别是实践过程中的具有操作缺乏可以量化的指标进行指导,使得建设中的许多问题不够直白,无法准确地解决问题。《海绵城市建设技术指南》明确了海绵城市的理念、控制目标及发展要求,未来城市的发展方向将是以低影响开发为基础的生态文明建设。由国内学者对海绵城市建设的研究现状及全国试点实践情况可知,我国在低影响开发研究与应用方面的工作开展较早,虽已有一众专家学者加入进来,开启从学术界向管理层面的迈进,取得了一定的成果,但在海绵城市理念和发展建设方面仍处于起步阶段(张毅等,2016)。本文以南宁市良庆区某建设区为例,从区域特性出发,通过对该区域特性数据整合、处理、分析后,将区域特性数字化,在得到系统化特性后,结合收集的排水管网数据,建立研究区域的雨水管理模型,进而对城市现有排水管网能力进行分析,设计基于海绵城市理论的不同城市低影响开发模式,并对不同模式下防洪排涝效果进行评估,对地区的海绵城市建设具有重要意义。
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第二章 海绵城市建设内容的研究与分析
 
2.1 海绵城市理论基础
“海绵城市”(Sponge CIty)是指在阴雨天气,城市能够通过城市“海绵体”设施的蓄水、渗水等作用对自然降水与径流等进行收集与净化,在城市需水时又能将“海绵体”中存蓄的降水释放出来,从而完成对降水的循环使用,促进降水资源的回收利用与生态保护(Geiger et al. 2015;蔡庆拟等,2017)。这种像海绵弹性一样的压缩与恢复性能,可很好的应对自然灾害、环境变化等问题,从而缓解城市内洪涝灾害,将城市基础设施的功效发挥到最大,达到兴利除害的目的。其建设内容主要包括透水铺装、绿地、绿色屋顶、雨水花园等配套设施,同时也包括城市的河流水系等,鉴于国内城市强度高人口密度大的特点,国内的海绵城市的建设还应与城市排水系统紧密结合(周慧,2017)。海绵城市建设的本质是尊重区域的自然特性,同时将区域资源的循环利用与生态环境的和谐发展融合。这符合现今城市发展理念的转变方向,在传统的城市建设中,人类的态度决定了城市的发展模式(Jian H et al. 2015)。起初,人们站在“人必胜天”的高度想要战胜自然、超越自然,使得工业化、城镇化快速发展,城市病、生态问题的高频出现,促使人类可持续发展的思考,开始推行与自然和谐相处的海绵城市建设发展理念,例如土地利用,海绵城市建设与传统模式下城市土地开发利用相比,更遵循原生态、破坏率最小化原则,并尽力恢复遭到破坏的生态环境;在水文特性上,海绵城市建设时,尽可能增加并恢复下垫面对降水的拦蓄能力;在环境治理上,海绵城市建设时,尽可能减少城市的面源污染,努力恢复城市水系健康。
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2.2 海绵城市建设目标
一是要保护城市原有的生态系统。通过规划界限来确定城市地表水体保护和控制的地域,对开发边界及保护区域进行科学合理的划分,并对城市范围内原有的生态体系提供最大限度的保护,使其能恢复至城市开发利用以前的水文特征。二是修复在城市建设中遭到破坏的水生态。运用先进技术修复传统开发模式对环境造成的损害,通过整治受污染水体、退耕还林等方式恢复生态环境,维护生态空间比例(徐芃,2015)。三是以低影响开发为根本目的。
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第三章 低影响开发模型的原理及构建.....21
3.1 低影响开发模型..........21
3.2 SWMM 模型构建.........22
3.3 SWMM 模型的理论基础.......24
3.4 模型参数获取及校准.............26
3.5 本章小结.............28
第四章 良庆区某建设分区案例分析.........30
4.1 研究区概况........30
4.2 研究区控制目标及指标确定..........38
4.3 排水分区类型....41
4.4 代表区模型设计..........45
4.5 低影响开发控制模拟............57
4.6 低影响开发效果评估............62
4.7 本章小结............63
第五章 结论与建议.......65
5.1 结论 .........65
5.2 建议 .........66
 
第四章 良庆区某建设分区案例分析
 
4.1 研究区概况
南宁市为低山丘陵环绕的椭圆形盆地,邕江蜿蜒曲折流经盆地中央,邕江河谷对称呈 U 型,冲积平原沿邕江两岸分布,形成多级明显的阶地及超漫滩内叠阶地。南宁市地貌特点是以邕江广大河谷为中心的盆地形态,盆地向东开口(刘洁等,2016)。南宁市的海绵基底可以概括为:南宁市地处盆地,四周为低山丘陵,邕江与其他众多支流及周边水库、池塘构成了以邕江为主干的庞大水系网络。全市森林覆盖率较高,城市中心城区育有大小湖泊水面 100 个,大的几个湖泊均与城市内河相连(罗国卿等,2017;张伟等,2016)。近 20 年的时间,南宁市摊大饼式的发展,建设用地迅速增加。2000 初,十年间南宁市土地利用中建设用地占比持续上升,林地、水域占比呈波动状态,耕地、未利用土地占比下降(方捷,2015)。1995 年南宁市中心城区建设规模为94.33km2,2014 年建设用地规模已达 250.76km2。20 年间,建设用地翻了 2.5 倍,城市的快速发展带来了水环境污染、水资源短缺、水安全隐患、水文化流失等一系列问题。主要体现在以下几个方面:(1)灰色建筑、不透水面积大。依据南宁市下垫面数据分析,城市现有建设用地面积约 289.3km2。城区内建筑密度高,灰色建筑、路面等不透水面积所占比例较大。(2)水质恶劣。南宁市 18 条内河中 17 条水质为 V 类或劣 V 类。(3)开山广,掩水重,随着城市建设的快速扩张及蔓延,原有水域及绿地生态空间被侵蚀,海绵基底逐渐丧失。其一是河湖水系被填埋,自然海绵体遭侵占。其二,城市内河驳岸被硬化,绿色空间锐减。(4)溢流频发。旧城区南宁市尚有大量的雨洪合流制管网,且合流制排水管网的截流倍数较低,强降雨天气条件下很容易造成污水外溢,年溢流频率达50-60 次,污染物地表径流直接排入城市内河,造成内河的污染(彭斌等,2017)。
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结论
 
本次研究是以南宁市良庆区某建设区为研究区域,借助 SWMM 软件,结合研究区域水文地质、土壤特性、用地规划、城市技术设施建设等属性,结合国内外先进雨洪管理理念,选取适合研究区域的低影响开发措施,依照国家层面海绵城市建设标准及地方层面管道规划标准,设计三种不同的开发模式,传统开发模式、经济适用型低影响开发模式及效果最优型低影响开发模式。对不同降雨重现期下的不同开发模式进行模拟、分析与评价,得到以下结论:
(1)我国海绵城市建设,虽然仍处于建设实施的起步阶段,但许多国内外优秀理念及实践方法可以通过与研究区域特性相结合,得到适合研究区域的海绵城市开发控制系统。其中要结合研究区域的水文地质、土壤类型、用地种类、城市基础设施建设等要素,综合考虑国家及地方层面对海绵城市建设的标准。
(2)通过对不同降雨重现期下从系统径流排放、排放口深度及管渠流量三方面对三种开发模式进行模拟分析,得到不同重现期下,布设的低影响开发设施对系统径流有很好的控制作用,对排放口径流的变化有推延作用及对管渠各部分及节点内径流量的削减作用。但经济适用型与效果最优型相对于传统开发模式的优势,会随着降雨重现期的增大而逐渐减小。
(3)以良庆区某建设区为研究区域,设计适合研究区特性及海绵城市建设标准要求的城市蓄排水系统,在不同降雨重现期(P=0.5a、P=1a、P=3a、P=5a、P=10a)下对传统式开发、经济适用型开发模式、效果最优型开发模式进行模拟模拟,通过对不同重现期下不同开发模式的模拟与分析,得到低影开发措施对区域径流流量有很好的控制作用,对降雨峰值及管渠流量具有明显的削减作用。对低影响开发进行效果评估,得出经济适用型开发模式与效果最优化开发模式均满足国家层面的海绵城市建设要求,当降雨重现期为 3 年时,效果最优型开发模式在年径流总量控制率上具有更高的优势。推荐采用效果最优型开发模式来实施研究区域海绵城市理论下,低影响控制系统的规划建设。
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