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低影响开发设施选址布局改进方法探索

日期:2020-09-21 23:01 作者:上海论文网 编辑:若诗 点击次数:106
销售价格:150 论文编号:el2020091713442320857 论文字数:4329 所属栏目:环境工程论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是环境工程论文,根据近年来广泛应用的雨洪措施管理和规划决策支持系统,基于EPA于2009年推出的城市降雨径流控制的模拟与分析集成系统SUSTAIN,构建了基于成本效益优化管理的LID设施规划体系,作为进行LID选址布局规划实践的理论依据和系统指导。

本研究所获得的主要成果和结论如下:(1)通过查阅国内外各类LID设施选址文献资料,确定了适宜度评价指标的选取原则和目标,并根据研究区特点选定高程、坡度、土地利用类型和空间需求(包括道路缓冲距离、建筑物缓冲距离和河流缓冲距离)四个指标作为LID设施选址适宜度评价指标,再运用AHP层次分析法计算各评价指标的权重分别为0.1238、0.5334、0.1614和0.1814,然后基于GIS的多因子加权法进行LID设施选址适宜度评价研究,取74~80~98~100区段作为综合适宜度分级评价标准,除去不适宜建设用地后,将研究区LID设施建设适宜区域分为最适宜用地、比较适宜用地、一般适宜用地三种类型。基于适宜度评价总评分与选址适宜度分析成果图,对四种LID设施的具体适宜布局区域的地理位置分布情况和原因进行了详细分析,结果表明,研究区LID设施的适宜建设用地较多,但分布不均匀。

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第1章绪论

 

为了解决当前海绵城市建设过程中用地紧张的问题,同时降低建设费用和难度、发挥其最优效果,本文通过对雨洪管理体系内涵与目标发展过程的综述,建立起选址适宜性评价指标体系,选定镇江市城市排水规划北部排水分区之一作为研究区,运用GIS多因子加权叠加分析法和层次分析法等方法进行低影响开发设施选址的适宜度评价研究,识别和提取适合建设或改造的区域,通过对比分析研究区开发前情景和开发后未应用LID设施情景下的地表径流量,结合镇江市海绵城市规划设计的需求和条件,以年径流总量削减率为绩效对象,以先前提取出的适宜度较高地块的数量和位置作为变量,运用SUSTAIN模型进行模拟,得到一系列最具成本—效益的布局方案,最终为城市低影响开发设施的有效利用提供参考,以及为海绵城市建设的选址布局工作提供科学的量化分析和决策依据。具体研究内容如下:(1)文献综述:搜集相关文献和相关案例项目资料。针对本研究核心科学问题即低影响开发设施的选址布局进行综述,查阅近年关于LID设施的有关概念定义、LID设施的研究现状、海绵城市建设的技术指南、海绵城市规划设计等多个方面的文献与书籍,包含学术和会议论文、期刊杂志、书籍专著、技术要求、规范性文件等多种类别,在针对性的综述中提炼最适合该研究的方法。

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第2章研究方法的选择与研究范围

 

2.1研究区基础资料
研究区内主要高点集中在西南部西津渡景区和南部山林地带,保留了自然山体地形地貌特征,高程变化自然,其余区域标高均在5m以下,整体标高介于3.42~66.29m之间,且无不良地质作用,稳定性较好,具体高程范围见图2-4。通过DEM提取地面坡度信息,显示坡度大的区域与标高高的区域重合,研究区大部分区域地形较为平缓,在5%以下,整体坡度介于0%~84.76%之间。研究区土地利用类型主要包括设施、房屋建筑、交通运输用地、广场、水域、裸地、林地和草地。研究区总面积1.23km2,其中房屋建筑、设施面积0.43km2,建筑密度35%;道路、广场面积0.15km2,占比12.2%;裸地、草地和林地面积共0.62km2,占比50.4%;水域面积0.03km2,占比2.4%。如图2-6所示:
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2.2数据与方法
文献综述法即搜集相关文献和相关案例项目资料。针对本研究核心科学问题即低影响开发设施的选址布局进行综述,查阅近年关于LID设施的有关概念定义、LID设施的研究现状、海绵城市建设的技术指南、海绵城市规划设计等多个方面的文献与书籍,包含学术和会议论文、期刊杂志、书籍专著、技术要求、规范性文件等多种类别,在针对性的综述中提炼最适合该研究的方法。城市规划工作进行适宜度分析时,最常用的方法是叠加分析法。叠加分析法[50]是通过叠加各个因子评价层的计算结果,最终形成综合叠加分析评价图的一种方法。叠加分析方法从开始的直接叠加法发展到后来的因子加权评分法和因子组合法。本文因筛选出的指标对LID设施选址的适宜度影响程度较大,所以选用因子加权评分法,为对选址适宜度影响较大的指标赋予较大的权重。不同的评价指标分级量化后进行加权求和,得到所有栅格单元的选址适宜度评价的总评分,其中得分大小就代表了适宜程度。在进行因子加权评分法时,有时采用主观经验法、回归分析法,但因研究者对各因子的认识不同会造成权重的赋予各不相同,所以通常还是采用专家打分法、层次分析法等方法计算权重,确保因子权重分配的准确性,保障分析结果的正确性。

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第3章基于空间分析的LID设施选址适宜度评价.....................................20
3.1LID设施选址适宜度评价体系构建..........................................................................20
3.2选址适宜性区域提取................................................................................................23
第4章基于SUSTAIN的成本效益优化布局研究.......................................31
4.1基于成本效益优化管理的LID设施规划体系构建.................................................31
4.2研究区概化...............................................................................................................33
4.3SUSTAIN模型参数...................................................................................................35
4.4研究区域基础情景模拟与分析.................................................................................39
4.5LID设施布局规划研究.............................................................................................40
4.6LID设施经济效益分析.............................................................................................42
4.7本章小结...................................................................................................................47
结论与讨论.....................................................................................................48

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第4章基于SUSTAIN的成本效益优化布局研究

 

4.1基于成本效益优化管理的LID设施规划体系构建
在运用SUSTAIN模型模拟前,需要根据研究区地表径流的实际情况和区域总体规划对汇水区进行划分,将其划分为多个子汇水区,从而使得模型可以精确地模拟各子汇水区内的地表产流、汇流和管网系统径流的动态变化过程。由于城市下垫面类型众多,径流系数各不相同,高程也有一定差别,而降雨径流汇流过程受下垫面类型和地形影响较大,所以需要结合实际情况合理划分子汇水区,在进行子汇水区划分时应注意:尽量将同一土地利用类型或下垫面类型划分到同一子汇水区内,更准确地表达子汇水区的不透水率等情况;各个子汇水区的地表径流都有明确的排放路径,并且被相应地分配至排水系统的雨水收集装置中。本文运用DEM(数字高程模型)和ArcGIS水文模块模拟研究区的地表径流,并结合研究区排水管网图以及概化后的节点,基于泰森多边形对汇水区进行详细的划分,使得各子汇水区相应地分配至排水系统的雨水收集装置中,模拟更接近实际研究区的水文过程。
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4.2研究区概化
城市排水系统由雨水及污水组成,雨水口、雨水井、排水管、检查井、篦子等是城市排水系统的基本单元,它们相互链接构成复杂的排水系统网络。SUSTAIN模型的LID/BMP模拟模块将检查井、雨水井等基本单元概化为节点或虚拟出口,径流输送模块将用户输入的雨水管线概化为输送管道,模拟降雨过程各子汇水区产生径流后,径流汇集到节点处,通过管道收集后输送到出水口,即将整个排水管网简化为“节点-管道-出口”的网络系统。为了提高模型运行效率,需要进行系统简化即排水管网概化,根据研究区管网资料和精度需求,合并不影响最终模拟结果的管网节点和雨水管线。在排水管网概化时需要注意[67]:当雨水管线长度过长或管道拐点未设置节点时,应适当增加节点;保留改变管道类型和管径的节点;在易积水处增设雨水节点,以反映积水情况。由于研究区面积较小、汇流时间较短,管道沿程损失或进出口损失等不足以影响模型大体的精确性,为了大幅提升模型运算速度,可将各节点间的管道输送过程设定为虚拟连接。综合考虑城市下垫面类型、地形、坡度等,最终将研究区概化为29个节点、29条管道、1个出水口(评估点),概化后的排水管网如图4-2所示。
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结论与讨论
为了解决当前海绵城市建设过程中用地紧张的问题,同时降低建设费用和难度、发挥其最优效果,本文通过对国内外雨洪管理体系内涵与目标发展过程的综述,以镇江市北部排水片区为例,尝试以适宜度的量化分析评价和基于SUSTAIN的成本效益优化为主体进行LID设施选址布局研究,探索了从规划决策层面进行LID设施选址布局的空间可视的量化研究方法,创新性地运用了智慧城市的定量分析手段,为海绵城市规划决策提供了科学有效的依据。(3)以镇江市2019年全年每日每小时降雨数据作为前端输入,通过SUSTAIN模型模拟得到开发前情景的年径流输出为113470.1m3,基础情景(即开发后未应用LID设施)的径流输出为351682.5m3,城市建设开发过程中下垫面性质的变化导致了年径流量成倍增加。
参考文献(略)
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