黄土高原沟壑区城市LID建设的径流响应特征研究

发布时间：2020-03-28 05:57

【摘要】：黄土高原地区缺水、干旱阻碍着这一地区的社会、经济的发展。近年来,气候变化和强烈人类活动干扰共同作用,引起城市水文循环过程发生变化,使得黄土高原地区极端降雨事件增多,城市内涝事件时有发生,不仅给人们的生产、生活带来了不利影响,同时制约着城市的发展。城市建设过程中的城市地表自然渗透能力减弱,城市老旧排水设施不能满足城市发展需求,使得城市区域径流量不断增大,城市区域洪涝灾害发生频次增加。城市暴雨洪水设计是城市防洪排涝等工程项目建设的重要依据。海绵城市建设是解决城市内涝问题的有效途径之一。目前,如何科学推求城市暴雨洪水设计结果是指导黄土高原沟壑区海绵城市建设,使得海绵城市建设真正能够发挥其相应效果的关键。本文以甘肃省庆阳市西峰区为例,探讨海绵城市建设过程中LID措施对径流的调控变化特征。通过对庆阳市历史降雨资料的收集与整理,推求庆阳市暴雨强度公式,设计不同重现期下短历时降雨雨型。利用暴雨洪水管理模型(SWMM),通过水文模型模拟与实测验证,分析研究现状条件下城市雨洪关系及存在问题,并选取较为适用的低影响开发措施(LID)定量分析不同设计降雨重现期下(2a、10a、20a、50a)LID措施对于径流的调控作用,提出最合理低影响开发措施。主要结论如下:(1)统计国家气象局甘肃省西峰站1960年~2003年、2005年~2014年的降雨数据,建立暴雨极值序列。采用耿贝尔分布曲线与皮尔逊-Ⅲ分布曲线对降雨资料进行频率拟合分析,通过误差对比分析,择优选择耿贝尔分布曲线为最优极值序列拟合线型,并利用最小二乘法得到庆阳市设计暴雨公式。通过对比分析不同雨型,选择芝加哥雨型为设计雨型,对历史降雨数据的峰值系数进行统计,得到庆阳市综合峰值系数r=0.38。最终得到不同重现期下设计降雨过程。(2)利用ArcGIS软件对庆阳市下垫面数据、管网数据等资料进行前期处理,构建研究区域暴雨洪水管理模型(SWMM)。通过庆阳市两场实测降雨,以及排放口实测径流资料对于模型参数进行率定与模拟结果验证。结果表明,模型模拟的纳什效率系数分别为0.89和0.85,洪峰流量相对误差分别为5%,7%。模型模拟结果与实测较为吻合,模型较为可靠。(3)通过分析不同重现期下暴雨洪水计算结果,排查与解析城市现状地表径流及管网负荷情况下存在主要问题。例如,当重现期超过2a时,董志塬大道由于地势较低,排水管网设计标准偏低等原因导致地表径流量较大,且随着重现期的增大,董志塬大道与秦直东路地表径流交汇,导致道路十字产生严重的内涝情况,J95节点溢流时间、溢流深度为该路段最为严重节点等。(4)基于黄土高原沟壑区特殊的地形地貌、庆阳市城市建设等资料,构建暴雨洪水管理模型(SWMM)。对比分析海绵城市建设“渗”、“滞”、“蓄”、“净”、“用”、“排”六种技术措施在黄土高原沟壑区城市建设的适用性,结合地区土壤下渗特性,选择出透水铺装和雨水花园措施作为本次模拟研究采用的两种LID措施。分别从两种措施相较于现状情况下的径流总量控制率,径流峰值削减率,径流系数减小率,滞峰时间进行对比,分析不同LID措施城市雨洪过程变化特征。结果显示雨水花园相较于透水铺装对于径流的控制效果更为明显。透水铺装对于峰值的延迟效果较差,雨水花园对于峰值的延迟有明显的效果。随着降雨重现期的增大,LID措施对于径流的控制效果逐渐降低。
【图文】：

技术路线图

庆阳市

长安大学硕士学位论文2.1.2 地形地貌庆阳市属于黄河中游黄土高原沟壑区，境内沟壑纵横，丘陵起伏，地形地貌复杂，主要由塬、沟、梁、茆、丘陵、山地组成。总的地势是北高南低，东西高，中间低，海拔高程在 885～2082m 之间，高差 1027m，西部有六盘山地，为泾河、渭河分水岭；西北有毛井梁与清水河分界；东部有子午岭与北洛河分界，黄土覆盖最高层可达 100m 以上，塬面在泾河及其支流的切割作用下，呈现出沟谷纵横的丘陵地貌，南部残存的平整塬面则相对较多，塬面面积多在 140～680km2之间，其余诸塬面积均小于 100km2；北部侵蚀切割十分严重，呈梁、茆、沟壑等地貌。山间、河谷切割约在 200～300m，除去四周山脉及马Uc山为石质山地或土石山地之外，其余均为黄土山岭，，黄土区域分布广泛，厚 10～100m，局部地区超过 100m，呈山峰起伏，梁茆纵横的地形，图 2.2 为庆阳市地形地貌图。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU992

【参考文献】