华南地区典型土壤渗透性的改良配置研究

为改善我国华南地区土壤黏性大、渗透性差的问题,研究华南地区土壤与落地灰、砾石、沸石、海砂、草根和枯树叶等多种材料的改良配置,测试不同重量配比下试验土壤的渗透性,获取不同有机、无机材料对典型土壤自然入渗能力的改善效果(包括各种材料的单独作用和择优性混合作用效果)。结果表明:单材料试验中,低重量配比的草根和枯树叶试验土壤的峰值入渗速率分别为0.178 mL/s和0.163 mL/s,且有机材料的改良效果优于无机材料。高重量配比的5~9 mm砾石和5~9 mm落地灰试验土壤分别在重量配比为40%和60%情况下,峰值入渗速率达0.338 mL/s和0.717 mL/s,在同重量配比的所有材料里具有最佳入渗效果。多材料混合试验中,枯树叶、5~9 mm砾石和5~9 mm落地灰相结合的试验土壤实现最佳入渗效果。研究成果为改善华南地区土壤渗透性能提供科学依据。

1D/1D及1D/2D耦合水动力模型构建方法研究

为实现高速率、精细化的洪涝模拟,以丹麦R市A区的排水系统为研究对象,构建和比较基于GIS空域建模技术及SWMM水动力耦合的1D/1D(双一维)排水模型与基于MIKE URBAN的1D/2D(—维管流和二维洪涝)耦合排水模型,对研究区的排水系统进行暴雨洪涝模拟及评估比较.研究两种模型的建模过程、模拟精度及计算效率,描述两种模型的优劣性和适用条件。结果表明:1D/1D排水模型可实现地表淹没的拓展分析,同时确保较高的稳定度和运算速度,且在较低重现期下具有较高的计算精度,适用于大尺度、应急管理且模拟精度要求相对较低的情景;1D/2D排水模型能实现地表积水的双向流动计算,具有良好的精细度,但其信息处理和计算时间较长,适用于计算环境和模拟精度要求较高的情景。研究结果将为不同情景、不同尺度的洪涝模拟提供科学依据.

地块尺度下海绵措施低冲击布设优化研究

针对我国海绵城市低冲击开发(LID)普遍缺乏规划指引的问题,制定一种综合考量径流水量削减、水质控制、措施布设潜力等多重影响因素的低冲击布设优化框架,主要包含基于地理信息系统(GIS)的地理分析与空间规划模块,该模块借助GIS水文分析、矢量计算和空间聚合等工具,获取研究区域的水文、用地、水环境约束及措施布设潜力描述、基于模糊综合评价法(FCE)的评级模块,该模块用于构建优先级排序系统,协助海绵城市建设目标在地块内的调控和分配、基于遗传算法(GA)的优化模块,该模块通过计算满足多个目标函数的帕累托(Pareto)最优解集,描述不同分配方案之间的权衡关系,完成地块内LID布设的优化配置。示范区结果表明,提出的规划框架能够实现地块尺度下LID措施的科学选择和布局优化,可为海绵城市建设提供指引。

海绵城市建设下LID模拟研究综述及案例分析

低影响开发(Low Impact Development, LID)模式以自然水文、源头调控、分散管理的设计理念为核心,更加符合我国海绵城市建设的雨水管理战略.融合LID建模的城市雨洪模拟是海绵城市雨水体系建设的关键技术之一,然而现阶段针对LID模型设置和参数分析的研究十分有限.本文通过对近几年在主流期刊上发表的LID模拟文献进行汇总和梳理,选取6种常见LID模型进行模块分析和参数收集,旨在通过系统调研和综述,提供适用于不同地区LID模拟的数据支持.最后,选取两类相关的LID措施(绿色屋顶和透水路面),在研究区域实现了LID模型建立、雨水调控模拟和效能评估的目的.

GIS支持下地表洪涝积水演进的计算方法及分析

提出一种基于GIS支撑体系下的地表洪涝积水演进计算方法。基于GIS的水文分析工具获取地表水网结构属性;设定最优阈值,通过栅格计算、叠置分析、空间聚合等相关工具提取洼地拓扑数据;以最佳空域结构模型描述地表洼地特性,实现地表洼地的精细化表征;利用GIS空域数据库进行积水演进计算,实现洪涝模拟的二维淹没显示。该方法能够利用有限数据,快速且较为精准地模拟地表洪涝过程,获取地表的易涝区域、危险径流通路及淹没范围的描述,适合运用在数据有限、大尺度模拟且应急评估的情形下,能够为防涝规划、风险评估、灾害预警提供科学的依据。

基于GIS水文建模的易涝区识别优化方法

针对我国洪涝模拟数据较为缺乏的现状,提出一种GIS (地理信息系统)水文建模用于易涝区识别的优化方法。采用GIS空域建模、水文分析及TWI (地形湿度指数)提取技术,获取城市低洼区域、蓄水空间、径流通路等特征信息;构建空域面积、汇流累积量、TWI值和融合距离的阈值组合,对空域、水网和TWI进行筛选、融合;借助实例分析,通过与传统空域提取法和TWI提取法进行对比,验证提出优化方法的合理性。结果显示,提出的方法既能够有效识别更多关键易涝区,且能够实现易涝区的扩展分析,可为大尺度洪涝规划及应急管理提供支持。

考虑成本-弹性-水质的供水管网多目标协同设计方法

基于多目标优化的思想提出一种统筹考虑经济性、弹性和水质状况的供水管网协同设计方法。首先,在满足多个工况(最高日最高时、典型日和多种消防事件)及约束条件下,以管网总成本(包含建设与运营成本)、管网弹性力指数和水龄作为优化目标,建立供水管网多目标设计的数学模型。然后,采用自适应多目标进化算法(Borg)对优化模型进行求解,获得帕累托(Pareto)最优解集。最后,以Anytown管网为研究对象,通过与基于NSGA-Ⅱ的优化计算结果以及仅考虑成本和弹性的优化计算结果进行对比,验证所提出的协同设计方法的合理性。结果显示,上述协同设计方法既能揭示成本、弹性和水质的权衡关系,又可在满足多种条件的同时显著改善管网水质状况,从而为决策者提供综合效益更优的管网设计方案。

基于GIS空域表征的双层排水系统构建方法

提出基于GIS和SWMM的双层排水系统构建方法。采用GIS水文分析、栅格计算和叠置分析等工具,提取地表洼地的空域结构属性和连接水网特征,构建地表一维排水模型。采用SWMM水文和水力建模,研究地表排水模型与地下管流模型的水动力耦合方式和机制,构建双层耦合排水系统。结合GIS空域数据库和SWMM水动力计算结果,完成地表积水的演进计算,实现二维淹没的动态显示。结果表明,提出的双层排水模型既可保留一维模型在计算上的高效性和稳定性,又可调控地表洪涝的模拟精度,显示地表易涝区的淹没范围和水深,可为城市洪涝模拟提供选择方案和工具。

GIS几何分析法在易涝区识别和空域构建中的应用

在城市内涝灾损评估过程中,为分析地表溢流和淹没范围,常需借助地表空域建模和空间分析构建地表洼地和径流通路。基于地理信息分析系统ArcGIS和地理高程模型DEM,采用GIS洼地分析方法识别地表易积水区域,提出了地表洼地结构的特征提取方法及表征阈值的优化方案,准确识别和提取易于造成地表淹没的地形特征。采用7种标准立体几何对地表的洼地结构进行空域表征,结果显示,以面积阈值作为地表溢流区域的提取参数时,与实测易涝区匹配度最高,体积作为提取参数次之,深度的匹配结果最差。对于洼地空域结构的构型,采用标准圆台7等分体得到的体积偏差最小,即圆台最适用于描述常见地表洼地结构。

地表Ⅰ类水长距离输水初期水质稳定性研究

为确定长距离输送的地表Ⅰ类水的水质稳定性,采用内衬砂浆球墨铸铁管制作循环管道来模拟长距离输水,通入不同初始pH值的模拟地表Ⅰ类水,监测流动52 h、流行距离约为110km的沿程水质变化情况。结果表明:初始余氯为1. 0 mg/L的自配水在长距离输送过程中水质稳定性良好,总体变化规律为pH值沿程升高、DO浓度沿程降低、浊度沿程降低、NH_4^+-N浓度略有下降、NO_2^--N浓度略有上升、COD_(Mn)浓度保持平稳。地表Ⅰ类水经输送110 km后大部分指标仍符合Ⅰ类水标准,但DO有降至劣于Ⅰ类水标准的可能。pH值是影响DO消耗速率的一个重要因素,弱碱性条件下DO的消耗速率较弱酸性及中性条件下更慢。pH值也对浊度降低速率和下降量有一定影响,当pH值为7. 0～7. 5时浊度降低最快,最低降至0. 31 NTU。