摘要
在极端气候频发和城市化快速发展的双重影响下，城市内涝灾害问题日益严峻，严重威胁居民生命财产安全及社会经济发展。内涝灾害风险评估是防灾减灾的重要非工程措施，海绵城市建设是内涝治理的重要工程措施，科学地开展内涝灾害风险评估、深入研究海绵设施优化配置问题对城市防洪排涝具有重要意义。本文以西安市小寨区域为研究对象，从内涝问题的形成出发，开展多因素内涝灾害风险评估；从内涝问题的治理入手，研究海绵设施多目标优化配置问题。主要的成果和结论如下： (1)构建了小寨区域排水管网和地表漫流模型，通过MIKEFLOOD将二者进行耦合，完成了城市内涝耦合模型构建。基于研究区实测土壤数据，进行模型集水区水文参数的设置，根据实际地表积水监测资料，运用典型最大积水深度勘测法进行模型参数的率定和验证，模拟水深与实测水深的相对误差均小于10%，表明模型能够准确模拟小寨区域城市雨洪过程。 (2)构建了基于“危险性-易损性”的城市内涝灾害风险评估指标体系，将“情景模拟法-指标体系法-GIS法”联用，实现了考虑多因素的城市内涝灾害风险评估。通过对危险性区划图分析得出，随着降雨重现期的增加，内涝灾害风险整体呈明显增大趋势，研究区西北部较东南部危险性高；通过对易损性区划图分析得出，地铁口附近、土地利用经济价值高的地区易损性风险较高；通过对综合风险区划图分析得出，低降雨重现期下，整体内涝灾害风险主要以低风险为主，随着重现期的增加，中风险区面积增大最为明显。当降雨重现期从5a增加到50a时，低、中、高风险区面积分别增加2.0倍、15.9倍、6.2倍。可见，中风险区是防洪排涝重点防范区域。 (3)提出了基于多项式拟合的海绵设施配置．效果目标函数构建方法，设计了122种灰色设施模拟工况和40种绿色设施模拟工况，研究灰、绿设施的不同配置规模对内涝积水削减和径流控制的影响，使用多项式曲线拟合法构建了灰-绿设施配置-效果函数。通过分析可知，灰、绿设施对内涝积水削减和径流控制的调控效果良好，但是不同设施种类及不同布设位置所体现的效果差异性较大，其中绿色设施对内涝积水削减效果不如灰色设施，灰色设施不同布设位置的积水削减效果也不同。对于构建的灰-绿设施配置-效果函数，不同灰绿设施均表现出配置规模与效果之间良好的响应关系，多项式函数拟合效果良好，R2均大于0.99。 (4)以多项式曲线拟合法构建的灰-绿设施配置-效果函数作为多目标优化模型的目标函数，考虑不同海绵设施的建设成本，采用NSGA-Ⅲ算法进行灰-绿组合海绵设施最优配置求解。基于研究区域海绵建设详规标准对Pareto前沿解集进行剖析，探求适合研究区域最优海绵配置方案。经验证，最优方案均满足内涝积水削减和径流控制要求，与未建海绵设施时相比径流控制从54%提高到85%，内涝积水基本消退；与未优化的初步设计方案相比，成本节约了1.27亿元；对改造后方案进行风险评估得出，优化后的灰-绿组合海绵配置方案一定程度上降低暴雨事件带来的内涝灾害。
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