徑流調(diào)蓄設(shè)施對洪澇調(diào)控作用模擬研究

1、徑流調(diào)蓄設(shè)施對洪澇調(diào)控作用模擬研究近年來 , 全球氣候變化下由極端降雨等誘因?qū)е潞闈尺^程頻發(fā),雨水本身作為資源現(xiàn)如今卻變成了一大安全隱患, 我國作為水災(zāi)害頻發(fā)的國家之一。因此, 解決洪澇問題是中國當(dāng)下的重大社會需求。調(diào)蓄設(shè)施作為一種可以減輕洪澇災(zāi)害, 控制面源污染的重要技術(shù)措施已被廣泛使用。實(shí)踐證明, 調(diào)蓄設(shè)施具有顯著的社會, 環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益,是三者的有效統(tǒng)一。目前對于調(diào)蓄設(shè)施的研究主要集中在合理確定適合具體地方調(diào)蓄設(shè)施的容積和調(diào)蓄設(shè)施經(jīng)濟(jì)效益的研究; 為了更深入的了解調(diào)蓄設(shè)施對于地表徑流的影響, 從而做到調(diào)蓄設(shè)施的優(yōu)化。本文通過模擬分析了調(diào)蓄設(shè)施的調(diào)蓄能力對理想河道的坡度、降雨強(qiáng)度、位置變化

2、的響應(yīng)規(guī)律; 同時(shí) , 選擇西咸新區(qū)海綿城市建設(shè)核心示范區(qū)與王茂溝流域?qū)φ{(diào)蓄設(shè)施位置排布的優(yōu)化分析, 以期所得結(jié)果對城市湖泊對城市內(nèi)澇災(zāi)害的調(diào)蓄作用、海綿城市雨水調(diào)蓄池理論、流域洪水的削減有所啟發(fā)。本文主要研究工作和結(jié)論如下:1. 在西安理工大學(xué)開發(fā)的GAST 模型 (GPU Accelerated Surface Water Flow andTransport Model) 的基礎(chǔ)上 , 耦合了徑流調(diào)蓄設(shè)施模塊, 通過輸入高分辨率地形數(shù)據(jù)以表征土地利用類型的基本參數(shù)的基礎(chǔ)上, 通過顯卡實(shí)現(xiàn)加速運(yùn)算, 借助此模型模擬分析影響調(diào)蓄設(shè)施調(diào)蓄能力的因素。2.采用GAST莫型模擬分析了調(diào)蓄設(shè)施對于降雨

3、形成的地表產(chǎn)匯流過程的影響 ; 采用城市雨洪實(shí)驗(yàn)平臺和已發(fā)表研究成果的解析解進(jìn)行了模型驗(yàn)證；建立“V”型理想流域模型，在此基礎(chǔ)分析影響調(diào)蓄設(shè)施調(diào)蓄能力的因素; 在本文設(shè)計(jì)的調(diào)蓄設(shè)施和降雨工況下, 不同調(diào)蓄設(shè)施類型可緩解最大洪峰流量的1.86%15.91%;而調(diào)蓄設(shè)施的位置變化可減少最大洪峰流量的1.64%20.29%并由模擬結(jié)果得出：(1)不同類型的調(diào)蓄設(shè)施對于流域洪水過程的調(diào)蓄能力大小影響不同, 通過添加徑流分水槽的調(diào)蓄效果從滯洪流量和調(diào)節(jié)峰現(xiàn)時(shí)間來說效果均優(yōu)于河道滯洪設(shè)施(2) 隨著設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度增大, 調(diào)蓄設(shè)施的調(diào)蓄能力逐漸增加 ,(3) 當(dāng)調(diào)蓄設(shè)施位于整個(gè)流域的下游時(shí), 其調(diào)蓄能力最大

4、,(4) 當(dāng)主河道的坡度越小時(shí), 調(diào)蓄設(shè)施的調(diào)蓄能力越強(qiáng)。3. 以王茂溝流域的實(shí)際地形數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、降雨數(shù)據(jù)以及形成洪水時(shí)出口斷面的流量為基礎(chǔ); 采用 2012 年 7 月 15 日降雨場次下形成的實(shí)測洪水流量數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果進(jìn)行了對比, 以此驗(yàn)證了模型可用于王茂溝流域洪水演進(jìn)模擬。模擬了兩種方案在2012 年 7 月 15 日場次降雨條件下的洪水演進(jìn)過程, 通過與斷面出口處的實(shí)測流量進(jìn)行對比。由此得出在添加調(diào)蓄設(shè)施的兩種方案下, 可削減洪峰流量的8.3%和27.5%。4.采用西咸新區(qū)海綿城市建設(shè) 3.68km2核心示范區(qū)作為研究區(qū)域，根據(jù)實(shí)測降雨形成的城市內(nèi)澇面積和積水水深與本文模型模擬的結(jié)果進(jìn)行對比 , 量化驗(yàn)證本文模型的合理性。根據(jù)研究區(qū)域的地形高程將區(qū)域劃分為上、中 , 下游 , 并在區(qū)域的不同位置處設(shè)置了不同面積的湖泊 , 通過模擬大、中、 小三種設(shè)計(jì)降雨, 對比分析了各種工況下的內(nèi)澇積水總量 , 內(nèi)澇積水面積和重度積水面積三種量化數(shù)據(jù)結(jié)果。由此得出研究區(qū)域內(nèi)湖面面積由0.5024km2減少至U 0.00785km2時(shí)，其積水總量峰值增加12.71%18.21%,重度內(nèi)澇面積增加11.71%25.66%;不同位置處的湖泊對區(qū)域內(nèi)澇的影響程度各異, 如當(dāng)降雨重現(xiàn)期為100 年、湖泊面積為0.5024km2時(shí),湖泊位于研究匯水