一种基于未来风险的雨洪调蓄空间优化布局方法技术

本发明专利技术公开了一种基于未来风险的雨洪调蓄空间优化布局方法，包括以下步骤：S1、识别现状研究区的高淹没区和潜在雨水廊道；S2、通过预留现状调蓄容量高的区域，初步优化现状雨洪调蓄空间；S3、预测步骤S2中预留现状高淹没区及正常规划的未来用地分布；S4、计算不同情景的内涝风险及实际淹没容量，验证初步优化效果；S5、基于预留现状高淹没区的未来内涝风险对现状雨洪调蓄空间进行优化布局。本发明专利技术运用SCS模型和PLUS模型，利用PLUS模型能够结合规划需求预测出未来土地利用变化分布的优点和SCS模型数据需求量少且能基于用地情况动态计算风险的优点，在保证未来建设用地总量达到规划需求的情况下，通过PLUS模型对未来用地进行预测。预测。预测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于未来风险的雨洪调蓄空间优化布局方法


[0001]本专利技术涉及内涝预测和规划领域，具体为一种基于未来风险的雨洪调蓄空间优化布局方法。

技术介绍

[0002]随城镇化的快速发展，城市规模不断扩大，城市建设过程中不适当的开发造成城市原有的自然调蓄水体、低洼地等被不透水地面填埋，蓄滞洪构成的天然排水系统被道路和硬质地表截断取而代之的是以人工程管网为主、绿地为辅的排水系统。近年来我国倡导海绵城市，通过具有海绵体功能的绿地一定程度上缓解了内涝风险，但现状绿地的布局多为见缝插绿，没有考虑自然地表径流走向从系统上进行布局，导致现状绿地调蓄能力差。在面对河流汛期及极端暴雨时，海绵城市无法解决城市内涝的问题；再者，目前城市人工管网的建设是以快排为主，要求市政管网在短时间内排出雨水。当河流汛期和极端暴雨来临时，大量雨水排入管网，导致管网和泵站等排水设施蓄满负荷，无法外排发挥不了作用。已有不少研究表明，城市规划能切实缓解城市内涝风险，预测未来土地提前预知未来内涝风险有利于缓解城市内涝风险。在城市规划之前提前预知未来风险，根据未来内涝风险调整现状雨洪调蓄空间规划，有利于缓解未来城市内涝风险。
[0003]目前对优化雨洪调蓄空间已有不少研究。在小尺度上，焦胜采用ArcGIS和SCS水文模型，模拟极端降雨的雨洪淹没区和雨洪廊道，根据研究区海绵城市年径流总量目标结合模型模拟确定低影响开发设施位置及规模；在大尺度上，陈刚运用Strahlcr—Horton定律和ArcGIS技术，提取水系、集水区，综合考虑土地利用等因素初步确定湿地位置，再通过海绵城市年径流总量、城市防洪目标确定湿地的规模从而实现了小流域雨洪调蓄；喻丁一以子汇水区为单位，结合产汇流过程，将现有的雨洪调蓄目标容量量化转为可落地的雨洪调蓄空间规划方案。
[0004]在运用预测模型预测内涝风险方面，主要集中在LULC变化现状与城市内涝之间的关系、未来土地利用变化对城市内涝的影响。有学者通过耦合最大熵(MAXENT)和未来土地利用模拟(FLUS)模型预测未来内涝风险。杨可欣以海宁市为例，利用土地利用预测模型(CLUMondo)获得2030年的土地利用模拟结果。利用水动力模型(InfoWorks ICM)模拟未来城市内涝；权瑞松利用Terraset CA
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Markov模型模拟和预测了2030年上海市土地利用的空间分布，利用SCS模型计算了地表径流，并预测和分析了未来土地利用变化对地表径流的影响(权瑞松,2018)。但很少研究将雨洪调蓄空间的优化布局与预测的未来城市风险结合起来，基于未来内涝风险缓解现状城市内涝风险。故本方法通过SCS模型和PLUS模型将雨洪调蓄空间的优化布局与预测的未来城市风险结合起来，基于未来内涝风险缓解城市内涝风险。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于未来风险的雨洪调蓄空间优化布局方法，以解决
上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于未来风险的雨洪调蓄空间优化布局方法，包括以下步骤：
[0007]S1、识别现状研究区的高淹没区和潜在雨水廊道；
[0008]S2、预留现状雨洪调蓄容量高的区域，初步优化现状雨洪调蓄空间；
[0009]根据现状淹没深度图，运用ARCGIS空间分析工具,提取现状高淹没区，将确定为高淹没区的区域与现状非建设用地叠加，得到现状调蓄潜力高的雨洪调蓄空间为蓄滞洪场所，通过预留现状雨洪调蓄容量高的区域初步优化现状雨洪调蓄空间；通过PLUS模型将限制因子的格式转化成“unsigned char”数据，并将预留现状调蓄潜力高的雨洪调蓄空间情景定义为情景一、没有预留现状调蓄潜力高的区域雨洪调蓄空间为情景二；
[0010]S3、预测步骤S2中情景一，情景二的未来用地分布；
[0011]S4、计算不同情景的内涝风险及实际淹没容量，验证初步调整效果；
[0012]S5、基于未来风险对现状雨洪调蓄空间进行调整布局。
[0013]优选的，本申请提供的一种基于未来风险的雨洪调蓄空间优化布局方法，其中，所述步骤S1的具体过程为：
[0014]S1.1识别现状城市新区的潜在雨水廊道及确定其宽度
[0015]基于现状DEM数据利用ArcGIS水文分析工具，提取地表径流模型的流量、流向、生成无洼地DEM、提取河流网络并结合实际河流情况提取现状潜在雨水廊道，确定研究区不同等级的潜在雨水廊道的宽度；
[0016]S1.2确定研究区的降雨量
[0017]根据该城市最新住建部公布的城镇内涝防治设计标准确定暴雨强度的降雨情景，并通过该城市的暴雨强度公式和芝加哥曲线公式或当地降雨资料确定降雨量；
[0018]S1.3将降雨量输入SCS模型，确定直接径流量Q
[0019]将确定的高淹没区降雨量，通栅格计算器完成SCS模型的计算，得到直接径流量Q；
[0020]S1.4子汇水区划分
[0021]基于水文分析提取河网之后对研究区的流域进行分割等得到子汇水区图，接着计算现状积水总量，在ARCGIS里面通过“分区统计”统计每个子汇水区的径流总量，使用转换工具“Spatial analyst—数学分析—转为整型”，再用栅格计算器统计各个栅格的积水总量；
[0022]S1.5运用等体积法计算现状用地淹没深度
[0023]根据已有的研究和规范将内涝淹没深度划分为3等级，等级划分方式如下，
[0024]当积水深小于15cm时，儿童行走困难，对居民生活有影响，未造成经济损失划定为低淹没区；
[0025]当积水深度超过15cm时，水进入屋内造成财产损失划定为中淹没区；
[0026]当平均积水深度大于40cm时，交通瘫痪，并威胁儿童生命安全，建筑低层进水财产损失巨大，严重积水，威胁儿童安全，划定为高淹没区。
[0027]优选的，本申请提供的一种基于未来风险的雨洪调蓄空间优化布局方法，其中，所述步骤S13中，SCS模型的建立基于水平衡方程以及两个基本假设，即比例相等假设和初损值关系假设；
[0028]SCS模型的主要方程有如下几个：
[0029]P＝I
a
+F+Q
[0030][0031]I
a
＝λ
·
S
[0032]其中，P为总降雨量(mm)，Ia为初损量(mm)，包括截流、表层蓄水，F为不包括Ia的累计下渗量(mm)，Q为直接径流量(mm)，S为当时可能最大滞留量(mm)，λ为区域参数(0.1≤λ≤0.3)，本模块中采用常用值λ＝0.2；
[0033]当P≥0.2S时：
[0034][0035]当P＜0.2S时：
[0036]Q＝0
[0037]为计算S，引入一个参数CN土壤最大蓄水能力；
[0038][0039]CN是曲线数值，一个无量纲参数，理论取值范围是[0，100]，CN值反应了流域下垫面单元的产流能力，径流模型中关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于未来风险的雨洪调蓄空间优化布局方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、识别现状研究区的高淹没区和潜在雨水廊道；S2、预留现状雨洪调蓄容量高的区域，初步优化现状雨洪调蓄空间；根据现状淹没深度图，运用ARCGIS空间分析工具,提取现状高淹没区，将确定为高淹没区的区域与现状非建设用地叠加，得到现状调蓄潜力高的雨洪调蓄空间为蓄滞洪场所，通过预留现状雨洪调蓄容量高的区域初步优化现状雨洪调蓄空间；通过PLUS模型将限制因子的格式转化成“unsigned char”数据，并将预留现状调蓄潜力高的雨洪调蓄空间情景定义为情景一、没有预留现状调蓄潜力高的区域雨洪调蓄空间为情景二；S3、预测步骤S2中情景一，情景二的未来用地分布；S4、计算不同情景的内涝风险及实际淹没容量，验证初步调整效果；S5、基于未来风险对现状雨洪调蓄空间进行调整布局。2.根据权利要求1所述的一种基于未来风险的雨洪调蓄空间优化布局方法，其特征在于，所述步骤S1的具体过程为：S1.1识别现状城市新区的潜在雨水廊道及确定其宽度基于现状DEM数据利用ArcGIS水文分析工具，提取地表径流模型的流量、流向、生成无洼地DEM、提取河流网络并结合实际河流情况提取现状潜在雨水廊道，确定研究区不同等级的潜在雨水廊道的宽度；S1.2确定研究区的降雨量根据该城市最新住建部公布的城镇内涝防治设计标准确定暴雨强度的降雨情景，并通过该城市的暴雨强度公式和芝加哥曲线公式或当地降雨资料确定降雨量；S1.3将降雨量输入SCS模型，确定直接径流量Q将确定的高淹没区降雨量，通栅格计算器完成SCS模型的计算，得到直接径流量Q；S1.4子汇水区划分基于水文分析提取河网之后对研究区的流域进行分割等得到子汇水区图，接着计算现状积水总量，在ARCGIS里面通过“分区统计”统计每个子汇水区的径流总量，使用转换工具“Spatialanalyst—数学分析—转为整型”，再用栅格计算器统计各个栅格的积水总量；S1.5运用等体积法计算现状用地淹没深度根据已有的研究和规范将内涝淹没深度划分为3等级，等级划分方式如下，当积水深小于15cm时，儿童行走困难，对居民生活有影响，未造成经济损失划定为低淹没区；当积水深度超过15cm时，水进入屋内造成财产损失划定为中淹没区；当平均积水深度大于40cm时，交通瘫痪，并威胁儿童生命安全，建筑低层进水财产损失巨大，严重积水，威胁儿童安全，划定为高淹...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦胜，唐少珍，牛彦合，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：