CN108288102B - 基于海绵城市建设的低影响开发设施优化配置方法 - Google Patents

基于海绵城市建设的低影响开发设施优化配置方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于海绵城市建设的低影响开发设施优化配置方法，该方法步骤如下：选取重现期、径流系数和LID设施面积比例，分别对现状、传统开发和LID情形模拟，得出对应的径流系数及洪峰流量；依次改变LID设施面积比例、径流系数、重现期，重复以上步骤,得到不同开发模式下的一系列数据，算出年径流总量控制率、洪峰流量接近度；根据海绵城市建设指标的相关参数，确定LID面积比例；选择洪峰流量接近度最趋近1的LID设施面积比例为最优比例。本发明可对低影响开发设施实现最优配置，在海绵城市建设中,可根据地块情况和指标要求迅速选择最优化的低影响开发设施组合，减少多次试算的劳动量，提高效率，促进低影响开发建设的实施和推广。

Description

基于海绵城市建设的低影响开发设施优化配置方法
技术领域
本发明涉及基于海绵城市建设的低影响开发设施优化配置方法，属于雨水工程规划设计领域。
背景技术
城市内涝问题是当前行业关注的重点和热点。低影响开发(Low ImpactDevelopment,LID)是解决和减缓城市内涝的重要设施和手段，也是海绵城市建设的重要内容。目前虽然对低影响开发设施运行已有定性的模拟研究，但还没有对低影响开发设施的优化配置方法的相关研究，多数基于雨洪模型的模拟结果较随机，还不足以指导低影响开发设施的设计、实施以及海绵城市建设的大力推广。
《海绵城市建设技术指南》建议通过指标分解的方法落实低影响开发控制目标，步骤如下：根据年径流总量控制率目标确定下沉绿地率、透水铺装率等单一或组合控制指标，加权得到径流系数，计算得到总调节容积和设计降雨量，查出相应的年径流总量控制率，加权得到地块总控制率。重复以上步骤直到满足目标要求；中国专利文201510563320.2公开了雨水低影响开发的规划方法和装置，采用径流系数法结合各影响因子的权重，计算和判断地块加入雨水设施前、后的年径流系数和径流峰值，然后对雨水设施的布局进行相应的优化和调整；中国专利文201610513218.6公开了一种基于内涝风险评估的雨水低影响开发规划方法，评估规划区的内涝风险，将规划区径流系数控制的总目标分派至各所述单元区块，直至各单元区块加权核算确定的总径流系数满足规划区径流系数控制的总目标。以上的方法均需进行多次的试算，整个过程工作量太大，耗时过长，效率低，不利于LID设施在工程中的具体实施；没有考虑LID设施本身的技术参数对其运行效果的影响；仅限于随机的定性评价，缺乏对低影响开发设施的优化配置的研究。
发明内容
为了克服了现有技术中的低影响设施规划方法工作量太大，耗时长，效率低，且没有考虑LID设施本身的参数对其运行效果的影响的问题，本发明提供了一种基于海绵城市建设的低影响开发设施优化配置方法，实现在大量低影响开发设施中迅速选择最优化设施，可大大减少工作量，提高效率；对具有很强的重复性的工程规划设计及实施更具有较大的帮助，可促进低影响开发设施的应用和推广，加快海绵城市建设的步伐。
低影响开发的设计目标及核心要求是在场地开发过程中通过采用源头、分散式设施，维持或恢复场地开发前的水文机制，即场地开发前后水文特征接近，主要体现在雨水的径流总量控制、径流峰值控制。
一种基于海绵城市建设的低影响开发设施优化配置方法，包括以下步骤：
S1：取重现期P＝n年，n可取任意值；
S2；取现状径流系数Ψi，Ψi可取0～1之间的任意值；
S3：现状情形模拟：得出地块的现状洪峰流量Qi，i＝1、2、3、……；
S4：传统开发情形模拟：得出城市化开后地块的径流系数Ψic及洪峰流量Qic，i＝1、2、3、……；
S5：取LID设施的面积比例为Ai，Ai可取0～1之间的任意值，i＝1、2、3、……；
S6：LID情形模拟：得出加入LID设施后的径流系数Ψil及洪峰流量Qil，i＝1、2、3、……；
S7：依次改变LID设施的面积比例，得出不同的LID设施面积比例对应的径流系数Ψil及洪峰流量Qil；
S8：依次改变径流系数Ψi,重复步骤S3～S7；
S9：依次改变重现期P，重复步骤S2～S8。
S10：通过以上步骤得到一系列关于不同开发模式下,不同重现期、径流系数和洪峰流量的表格，算出各自的年径流总量控制率Ψil/Ψic和洪峰流量接近度Qil/Qi。
S11：海绵城市建设的规划阶段控制指标有综合径流系数指标和年径流总量控制率，综合径流系数和年径流总量控制率为分别为Ψil和Ψil/Ψic，根据指标要求查Ψil和Ψil/Ψic，确定LID设施的面积比例；
S12：在满足步骤S11指标的情况下，选择洪峰流量Qil与现状洪峰流量Qi之比接近1的LID设施面积比例。至此，最优的LID设施面积比例已经确定，按此进行工程实施。
步骤S5中，所述的LID设施包括单项设施和组合设施，单项设施有：透水铺装、绿色屋顶、下沉式绿地、生物滞留设施、渗透塘、渗井、湿塘、雨水湿地、蓄水池、雨水罐、调节塘、调节池、植草沟、渗管或渗渠、植被缓冲带、初期雨水弃流设施、人工土壤渗滤等；组合设施可根据当地情况选取若干单项设施进行组合。
本发明所采用的LID设施，其构造做法选用LID设施国家标准图集的做法。国家标准图集规定了技术参数和做法，是设计和实施的依据，只有采用标准做法，才能真正实现量化，做到进一步重复减少劳动量。
步骤S8中，所述的径流系数可选任意介于0～1之间的数值进行模拟。当地块径流系数处于所选的模拟数值之间时，使用内插法得出相应的径流系数和洪峰流量。
步骤S9中，所述的重现期可选任意重现期进行模拟，当地块重现期处于所选重现期之间时，采用内插法得出相应的径流系数和洪峰流量。
步骤S11中，雨水设计径流总量的计算公式：
W＝10ΨchyF
式中：W——雨水设计径流总量(m3)；
Ψc——雨量径流系数；
hy——设计降雨厚度(mm)；
F——汇水面积(hm2)。
传统开发和LID的径流系数分别为Ψic、Ψil，LID模式下的年径流总量控制率为总径流量(LID)/总径流量(传统开发)，综合径流系数＝总径流量/总降雨量，当地块面积一定时，总降雨量不变，因此年径流总量控制率可转化为Ψil/Ψic。
步骤S12中，洪峰流量计算公式：
QS＝ΨmqF
式中：QS——雨水设计流量(L/s)；q——设计暴雨强度[L/(s·hm2)]；Ψm—流量径流系数；F——汇水面积(hm2)。
同一地块中汇水面积F保持不变，而由于LID设施的加入引起Ψm的减小，从而洪峰流量减少。传统开发情况下，洪峰流量增大，难以实现开发前后水文特征维持基本不变，通过借助LID设施，使开发后洪峰流量尽量接近于现状洪峰流量。LID设施要满足年径流总量控制率，同时，因受到用地限制设施规模处于一定的范围之内，在此范围内选取洪峰流量尽量接近现状洪峰流量的规模为最佳，即令Qil/Qi尽量接近1。
步骤S1～S10属于建立数据库(一系列表格)的过程，此过程是一次性的工作，在建立数据库之后，本技术领域人员在具体应用时可以直接按步骤S11～S12查表,不需进行多次反复试算与比选，效率大大得到提高。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：对低影响开发设施实现最优配置，在海绵城市建设中,可以根据地块情况和指标要求迅速选择最优化的低影响开发设施组合，大量节省时间，减少多次试算的重复劳动量，提高效率，促进低影响开发建设的实施；对低影响开放发设施进行标准化，有利广泛推广。
附图说明
图1为基于海绵城市建设的低影响开发设施优化配置方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明的技术方案。
本实施例提供一种基于海绵城市建设的低影响开发设施优化配置方法，包括以下步骤：
S1：取重现期P＝2年；
S2；取径流系数Ψ1＝0.15；
S3：现状情形模拟：得出地块的现状洪峰流量Q1；
S4：传统开发情形模拟：得出城市化开发后地块的径流系数Ψ1c及洪峰流量Q1c；
S5：取LID设施的面积比例为10％；
S6：LID情形模拟：得出加入LID设施后的径流系数Ψ1l及洪峰流量Q1l；
S7：依次取LID设施的面积比例Ai为20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％，模拟得出地块的径流系数Ψ2l、Ψ3l、Ψ4l、Ψ5l、Ψ6l、Ψ7l、Ψ8l、Ψ9l及洪峰流量Q2l、Q3l、Q4l、Q5l、Q6l、Q7l、Q8l、Q9l；
S8：依次取现状径流系数Ψi为0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70、0.80、0.90,重复步骤S3～S7；
S9：依次取重现期P为3、5、10、50年，重复步骤S2～S8。
S10：通过以上步骤得到一系列关于不同开发模式下,不同重现期、径流系数和洪峰流量的表格，算出各自的年径流总量控制率Ψil/Ψic和洪峰流量接近度Qil/Qi，如表1所示。
表1低影响开发年径流总量及洪峰流量。
Figure GDA0003458528580000071
S11：海绵城市建设的规划阶段控制指标有综合径流系数指标和年径流总量控制率，综合径流系数和年径流总量控制率为分别为Ψil和Ψil/Ψic，根据指标要求查表格中符合的Ψil和Ψil/Ψic，确定LID设施的面积比例。符合要求的LID设施面积比例有若干个；
S12：在以上满足S11指标的LID设施面积比例中，选择洪峰流量Qil与现状洪峰流量Qi之比Qil/Qi接近1的LID设施比例。至此，最优的LID设施面积比例已经确定，按此进行工程实施。
步骤S5中，所述LID设施包括单项设施和组合设施。单项设施有：透水铺装、绿色屋顶、下沉式绿地、生物滞留设施、渗透塘、渗井、湿塘、雨水湿地、蓄水池、雨水罐、调节塘、调节池、植草沟、渗管或渗渠、植被缓冲带、初期雨水弃流设施、人工土壤渗滤等；组合设施可根据当地情况选取若干单项设施进行组合。
标准图集规定了技术参数和做法，是设计和施工的依据，只有采用标准做法，才能真正实现量化和广泛推广。本发明所采用的LID设施，其构造做法选用行业内现有LID设施标准图集《[2015]号广西低影响开发雨水控制及利用工程设计标准图集(试行)》的做法。
步骤S8中，所述径流系数可选任意介于0～1之间的数值。本实施例考虑工程实际情况，径流系数等于0.15时为自然绿地情况，而硬屋面的径流系数为0.8～0.9，城市化开发后地块的径流系数最大取0.9即可。地块径流系数处于以上数值之间时，使用内插法得出相应的径流系数和洪峰流量。
步骤S9中，所述的重现期可选任意重现期。在本实施例中选用低影响开发施工图设计阶段地块的常用重现期P＝2、3、5、10、50年。当地块重现期处于以上所选重现期之间时，采用内插法得出相应的径流系数和洪峰流量。
步骤S11中，雨水设计径流总量的计算公式：
W＝10ΨchyF
式中：W——雨水设计径流总量(m3)；
Ψc——雨量径流系数；
hy——设计降雨厚度(mm)；
F——汇水面积(hm2)。
传统开发和LID的径流系数分别为Ψic、Ψil，LID模式下的年径流总量控制率为总径流量(LID)/总径流量(传统开发)，综合径流系数＝总径流量/总降雨量，当地块面积一定时，总降雨量不变，因此年径流总量控制率可转化为Ψil/Ψic。
步骤S12中，洪峰流量计算公式：
QS＝ΨmqF
式中：QS——雨水设计流量(L/s)；q——设计暴雨强度[L/(s·hm2)]；Ψm—流量径流系数；F——汇水面积(hm2)。
同一地块中汇水面积F保持不变，而由于LID设施的加入引起Ψm的减小，从而洪峰流量减少。传统开发情况下，洪峰流量增大，难以实现开发前后水文特征维持基本不变，通过借助LID设施，使开发后洪峰流量尽量接近于现状洪峰流量。LID设施要满足年径流总量控制率，同时，因受到用地限制设施规模处于一定的范围之内，在此范围内选取洪峰流量尽量接近现状洪峰流量的规模为最佳，即令Qil/Qi尽量接近1。
本发明提供的方法没有限定地块的面积，是因为地块的径流系数与地块的面积无直接关系，而与地面的设施配置情况有关。理论上洪峰流量与面积成正比，但本发明只需要关注洪峰流量与现状洪峰流量的接近程度，期望Qil/Qi接近1。
可见，本实施例能够：对低影响开发设施实现最优配置，在海绵城市建设中,可以根据地块情况和指标要求迅速选择最优化的低影响开发设施组合，大量节省时间，减少多次试算的重复劳动量，提高效率，可促进低影响开发建设的实施和推广。
不同地区的地表类型、土壤性质、地形地貌、植被覆盖率不同，当地水资源禀赋情况、降雨规律、开发强度、低影响开发设施的利用效率等也不相同，使用本发明的方法模拟结果必不相同。各地区可按本发明提供的方法因地制宜地选择LID设施，编制符合自己地区情况的数据库。应当理解，本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于海绵城市建设的低影响开发设施优化配置方法，包括以下步骤：
S1：取重现期P＝n年，n可取任意值；
S2；取径流系数Ψi，Ψi可取0～1之间的任意值；
S3：现状情形模拟：得出地块的现状洪峰流量Qi，i＝1、2、3、……；
S4：传统开发情形模拟：得出城市化开后地块的径流系数Ψic及洪峰流量Qic，i＝1、2、3、……；
S5：取LID设施的面积比例为Ai，Ai可取0～1之间的任意值，i＝1、2、3、……；
S6：LID情形模拟：得出加入LID设施后的径流系数Ψil及洪峰流量Qil，i＝1、2、3、……；
S7：依次改变LID设施的面积比例，得出不同的LID设施面积比例对应的径流系数Ψil及洪峰流量Qil；
S8：依次改变径流系数Ψi,重复步骤S3～S7；
S9：依次改变重现期P，重复步骤S2～S8；
S10：通过以上步骤得到一系列关于不同开发模式下,不同重现期、径流系数和洪峰流量的表格，算出各自的年径流总量控制率Ψil/Ψic和洪峰流量接近度Qil/Qi；
S11：海绵城市建设的规划阶段控制指标有综合径流系数指标和年径流总量控制率，综合径流系数和年径流总量控制率为分别为Ψil和Ψil/Ψic，根据指标要求查Ψil和Ψil/Ψic，确定LID设施的面积比例；
S12：在满足步骤S11指标的情况下，选择洪峰流量Qil与现状洪峰流量Qi之比接近1的LID设施面积比例，至此，最优的LID设施面积比例已经确定，按此进行工程实施。
2.根据权利要求1所述的一种基于海绵城市建设的低影响开发设施优化配置方法，其特征在于：
步骤S5中，所述的LID设施包括单项设施和组合设施，单项设施有：透水铺装、绿色屋顶、下沉式绿地、生物滞留设施、渗透塘、渗井、湿塘、雨水湿地、蓄水池、雨水罐、调节塘、调节池、植草沟、渗管或渗渠、植被缓冲带、初期雨水弃流设施、人工土壤渗滤；组合设施可根据当地情况选取若干单项设施进行组合。
3.根据权利要求1所述的一种基于海绵城市建设的低影响开发设施优化配置方法，其特征在于：步骤S8中，所述的径流系数可选任意介于0～1之间的数值进行模拟，当地块径流系数处于所选的模拟数值之间时，使用内插法得出相应的径流系数和洪峰流量。
4.根据权利要求1所述的一种基于海绵城市建设的低影响开发设施优化配置方法，其特征在于：步骤S9中，所述的重现期可选任意重现期进行模拟，当地块重现期处于所选重现期之间时，采用内插法得出相应的径流系数和洪峰流量。
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