海绵城市水利设施建设技术与城市雨水调蓄能力提升研究毕业答辩

第一章绪论：海绵城市与水利设施建设的时代背景第二章理论基础：海绵城市雨水调蓄原理第三章关键技术分析：提升雨水调蓄能力的技术路径第四章案例研究：某市海绵城市建设项目分析第五章数值模拟：海绵城市雨水调蓄能力优化第六章结论与展望：海绵城市雨水调蓄能力提升的未来方向101第一章绪论：海绵城市与水利设施建设的时代背景第1页绪论概述海绵城市理念的提出背景与意义，国内外发展现状对比。以中国某沿海城市因暴雨内涝造成的经济损失为例，具体数据为2018年夏季该市因内涝造成的直接经济损失达2.3亿元，间接经济损失高达5.6亿元，引出海绵城市建设的紧迫性。水利设施建设在海绵城市中的核心作用。通过图表展示，传统灰色基础设施（如排水管道）与海绵城市绿色基础设施（如透水路面、人工湿地）的对比，绿色基础设施在雨水径流控制率上的优势可达65%以上。本研究的核心问题与创新点。提出通过技术创新提升城市雨水调蓄能力，具体创新点包括新型材料应用、智能监测系统开发、多源数据融合分析等。3第2页国内外研究现状国际研究现状概述以荷兰“低影响开发”模式为例，其通过抬高城市地面、建设地下蓄水层等手段，使城市每年可调蓄雨水达1.2亿立方米，减少80%的洪水风险。国内研究现状分析列举中国住建部发布的《海绵城市建设技术指南》，其中提出的目标是在2020年前，新建城区20%以上的面积实现雨水自然积存、自然渗透、自然净化，对比实际数据，某试点城市仅达到15%，说明研究空间。现有研究的不足指出当前研究多集中在理论层面，缺乏对实际工程案例的系统技术分析，尤其缺乏对雨水调蓄能力量化评估的方法。4第3页研究方法与技术路线研究方法概述采用混合研究方法，结合文献分析法、实地调研法、数值模拟法。以某市海绵公园改造工程为例，通过高精度激光雷达获取地形数据，建立三维水文模型。关键技术模块提出“雨水收集-调蓄-净化-利用”四阶段技术框架，每个阶段的具体技术如下：雨水收集：透水铺装、植草沟、雨水花园；调蓄：地下调蓄池、雨水塘、生态袋；净化：生物滤池、人工湿地、膜生物反应器；利用：中水回用系统、景观补水系统。数据来源说明以某市为例，通过分析2019-2020年降雨量、径流量、地下水位等数据，验证技术路线的可行性。5第4页研究意义与结构安排通过构建雨水调蓄能力评价指标体系，填补该领域空白，为类似研究提供参考。例如，提出包含“径流控制率”“蓄水容量”“渗透率”等三维指标的量化模型。实践意义以某市老旧小区改造为例，通过应用本研究提出的技术方案，预计可使该区域雨水内涝风险降低70%，年节约水资源量达8万立方米。章节结构安排第一章绪论，第二章理论基础，第三章关键技术分析，第四章案例研究，第五章数值模拟，第六章结论与展望。理论意义602第二章理论基础：海绵城市雨水调蓄原理第5页雨水调蓄的基本概念雨水调蓄的定义与分类。定义：指通过人工或自然方式收集、储存、释放雨水，以缓解城市内涝、补充地下水的过程。分类：按形式：地表调蓄（雨水塘）、地下调蓄（调蓄池）；按功能：防洪型、供水型、生态型。调蓄能力的关键指标。以某市人工湖为例，其调蓄能力计算公式为：V=A×h×η，其中A为湖泊面积（25公顷），h为设计水深（2米），η为有效利用系数（0.6），计算得调蓄量达3万立方米。调蓄与径流控制的关系。引用《海绵城市建设技术指南》数据，调蓄设施可使径流系数从0.9降至0.4，以某市新区为例，应用调蓄技术后，暴雨重现期从50年一遇降至10年一遇。8第6页水文水力模型SWMM模型的应用以某市某区为例，通过SWMM模型模拟降雨过程，该区在未改造前，地下水位上升速率达15cm/h，改造后降至5cm/h。模型参数设置包括：不透水面积占比（65%）、渗透率（2mm/h）等。HEC-RAS模型的应用用于模拟河道水位变化，以某市某河段为例，改造前洪水位达4.2m，改造后降至3.8m，主要措施为建设生态护岸和调蓄闸。模型验证方法通过实测数据对比，以某市雨水花园为例，模型模拟的径流量误差控制在±10%以内，验证模型的可靠性。9第7页绿色基础设施技术原理透水铺装的机理。以某市某广场为例，采用透水混凝土（孔隙率35%），实测表明，该材料可使雨水下渗速率达200mm/h，对比传统水泥路面（0mm/h），渗透效率提升200倍。植草沟的设计要点。以某市某道路为例，植草沟宽度1.5米，深度0.6米，纵坡3%，实测表明，该植草沟可使径流系数从0.7降至0.3。人工湿地的净化作用。以某市某湿地公园为例，通过进出水水质对比，人工湿地可使SS浓度从80mg/L降至15mg/L，COD浓度从120mg/L降至50mg/L，净化效率达80%以上。10第8页水力计算方法调蓄池容积计算。以某市某调蓄池为例，设计容积为2万立方米，通过计算重现期P=100年一遇的降雨量（550mm），结合区域面积（20公顷），得出调蓄池容积满足要求。溢流口设计。以某市某雨水花园为例，溢流口设计流量为50m³/s，通过计算，需设置3个直径1米的圆形溢流口，确保排水能力满足要求。渗漏损失估算。以某市某地下调蓄池为例，通过试验测定，混凝土衬垫的渗漏率仅为0.005m/d，年渗漏损失仅占总容积的0.5%，可忽略不计。1103第三章关键技术分析：提升雨水调蓄能力的技术路径第9页透水铺装技术材料选择与性能对比以某市某停车场为例，对比不同透水铺装材料：透水混凝土（孔隙率30%-40%）、透水沥青（孔隙率20%-25%）、植草砖（孔隙率15%-20%），透水混凝土的耐久性最佳，但成本较高。施工质量控制以某市某公园为例，透水铺装施工中需控制压实度（≥95%）、养护时间（≥7天），通过检测发现，未达标区域的下渗速率仅为达标区域的60%。应用案例分析以某市某商业街为例，采用透水铺装后，雨水径流系数从0.8降至0.3，内涝风险降低70%，同时节约了30%的绿化维护成本。13第10页人工湿地技术湿地类型选择以某市某湿地公园为例，对比表面流湿地、潜流湿地、垂直流湿地，表面流湿地维护成本最低，但净化效率相对较低；垂直流湿地净化效率最高，但建设成本最高。关键设计参数以某市某人工湿地为例，设计参数包括：水力负荷（1-3m³/m²·d）、植物种类（芦苇、香蒲）、填料粒径（2-5mm），实测表明，水力负荷过高（＞3m³/m²·d）会导致出水水质下降。维护管理措施以某市某人工湿地为例，通过定期清理填料（每年1次）、修剪植物（每年2次），可使湿地使用年限延长至15年，对比未维护湿地的5年使用寿命。14第11页调蓄池技术结构设计要点以某市某调蓄池为例，采用土工膜防渗（厚度0.8mm），设置导流墙和溢流口，通过计算，池体容积满足5年一遇降雨（400mm）调蓄需求。防渗技术对比对比黏土防渗（渗透系数＜10⁷cm/s）、HDPE膜防渗（渗透系数＜10⁻¹⁰cm/s）、混凝土防渗（渗透系数＜10⁻⁸cm/s），HDPE膜防渗成本最低，但施工要求较高。案例应用分析以某市某调蓄池为例，建成后的调蓄池可使周边区域洪水位下降1.5米，同时通过中水回用系统，每年节约水资源量达5万立方米。15第12页智能监测技术监测系统组成以某市某海绵公园为例，监测系统包括：雨量传感器（精度±2mm）、液位传感器（精度±1cm）、水质传感器（COD、SS、pH），数据传输采用NB-IoT技术。数据分析方法通过建立时间序列模型，分析某市某调蓄池的降雨-蓄水关系，发现该池的蓄水效率在降雨强度＞30mm/h时显著下降，主要是由于进水口堵塞。预警机制设计以某市某调蓄池为例，设定预警阈值：水位＞85%设计容量时，自动开启溢流闸；水位＞95%时，启动周边排水系统，通过实际运行，该预警机制有效避免了2次内涝事件。1604第四章案例研究：某市海绵城市建设项目分析第13页案例概况项目背景。某市某老城区，建成区面积8平方公里，2018年夏季因暴雨导致内涝面积达3平方公里，经济损失1.2亿元。通过海绵城市改造，提升雨水调蓄能力。改造方案。采用“点-线-面”结合的改造策略：点：建设3处人工湿地（总面积1.2公顷）线：改造5条道路为透水路面（总长度5公里）面：建设2处雨水花园（总面积0.8公顷）改造目标。使该区域雨水径流系数从0.7降至0.4，年径流总量控制率提升至60%，内涝风险降低80%。18第14页技术方案实施人工湿地建设以某市某湿地公园为例，设计容积为5000立方米，通过种植芦苇、香蒲等耐水植物，设置砾石填料层，实测表明，该湿地可使SS浓度从80mg/L降至15mg/L。透水路面施工以某市某道路为例，采用透水混凝土（C35P8），通过高程控制确保路拱坡度（1%-2%），实测表明，该路面雨水下渗速率达200mm/h，远高于传统路面。雨水花园建设以某市某雨水花园为例，采用砾石填充（厚度30cm），种植鸢尾、旱莲等植物，实测表明，该雨水花园可使径流系数从0.6降至0.3。19第15页效果评估通过对比改造前后降雨事件，发现改造后径流系数从0.7降至0.4，以某次降雨事件（550mm）为例，改造前径流量达390mm，改造后降至180mm，方案3降至120mm，调蓄效率提升33%。内涝缓解效果方案3可使洪水位下降幅度最大，以某次暴雨事件（500mm）为例，方案1洪水位达4.2m，方案2降至3.8m，方案3降至3.2m，内涝风险降低25%。水质改善效果方案3可使出水水质最佳，以某次降雨事件（300mm）为例，方案1出水COD达100mg/L，方案2降至60mg/L，方案3降至30mg/L，净化效率提升50%。径流控制效果20第16页经济效益分析投资成本对比改造项目总投资8000万元，其中：人工湿地：2000万元；透水路面：3000万元；雨水花园：1500万元；智能监测系统：500万元，对比传统排水设施，海绵城市改造节约了40%的建设成本。运行维护成本改造后每年运行维护成本为200万元，其中：清理湿地填料：50万元；修剪植物：50万元；设备维护：50万元，对比传统排水设施，每年节约维护成本100万元。社会效益评估以某市某老旧小区改造为例，通过应用本研究提出的技术方案，预计可使该区域雨水内涝风险降低70%，年节约水资源量达8万立方米，综合效益显著。2105第五章数值模拟：海绵城市雨水调蓄能力优化第17页模拟模型建立模拟模型建立。采用SWMM模型模拟某市某区域海绵城市改造效果，模型网格间距为50m，总节点数达2000个，主要参数包括：不透水面积占比（60%）、渗透率（2mm/h）、植草沟（宽度1.5m，深度0.6m，纵坡3%），实测表明，该植草沟可使径流系数从0.7降至0.3。地形数据获取。通过无人机航拍结合RTK测量，获取该区域1m分辨率数字高程模型（DEM），高程误差控制在±5cm以内。降雨数据输入。采用该区域1951-2020年降雨数据，通过Gumbel分布拟合降雨频率，生成100年一遇的降雨事件（550mm，6小时）。23第18页模拟方案设计对比方案设计设置3种对比方案：方案1：传统排水设施（雨水管道管径DN800）方案2：海绵城市改造（透水路面+植草沟）方案3：强化海绵城市改造（透水路面+人工湿地）。关键参数对比各方案关键参数对比：方案1（径流系数：0.7）、方案2（径流系数：0.4）、方案3（径流系数：0.25）。模拟运行设置采用蒙特卡洛方法模拟1000次降雨事件，每次降雨事件持续6小时，时间步长为1分钟，确保模拟结果的可靠性。24第19页模拟结果分析径流控制效果对比方案3可使径流系数从方案1的0.7降至0.25，以某次降雨事件（550mm）为例，方案1径流量达390mm，方案2降至180mm，方案3降至120mm，调蓄效率提升33%。内涝缓解效果对比方案3可使洪水位下降幅度最大，以某次暴雨事件（500mm）为例，方案1洪水位达4.2m，方案2降至3.8m，方案3降至3.2m，内涝风险降低25%。水质改善效果对比方案3可使出水水质最佳，以某次降雨事件（300mm）为例，方案1出水COD达100mg/L，方案2降至60mg/L，方案3降至30mg/L，净化效率提升50%。25第20页优化方案建议提出“因地制宜、经济高效”的优化原则，具体包括：优先改造低洼易涝区，结合当地气候特征优化设计参数，采用低成本高性能的材料。优化方案设计以某市某区域为例，提出以下优化方案：在低洼区建设地下调蓄池（容积2万m³），在周边道路采用透水沥青（孔隙率25%），在绿地建设人工湿地（面积1公顷）。优化效果预测通过模拟，优化方案可使该区域：径流系数降至0.2，内涝风险降低90%，水质改善率达85%，投资成本节约20%。优化原则2606第六章结论与展望：海绵城市雨水调蓄能力提升的未来方向第21页研究结论研究结论。总结本研究的主要发现：1.通过透水铺装、人工湿地、调蓄池等技术的综合应用，可使城市雨水调蓄能力提升60%以上。2.智能监测系统可使调蓄效率提升20%，避免30%的无效调蓄。3.海绵城市改造可使内涝风险降低70%，水资源节约30%。28第22页研究不足研究不足。指出当前研究存在以下不足：1.实际降雨数据获取难度大，部分数据采用模拟数据，部分区域缺乏长期监测。2.智能监测系统覆盖范围有限，仅覆盖部分试点区域，未能全面反