一种海绵服务区典型LID设施布设面积优化方法技术

本发明专利技术提供了一种海绵服务区典型LID设施布设面积优化方法，包括以下步骤：以研究区域年径流总量、LID设施污染物综合去除率、LID设施建设养护费用和LID设施综合效益为目标函数，以LID设施的设计调蓄容积和各LID设施的可建面积为约束条件，构建海绵服务区LID设施的多目标优化设计模型；利用MOEA/D算法程序进行多目标求解，得到LID设施布设面积优化方案。本发明专利技术面向高速公路服务区提供的海绵服务区典型LID设施布设面积优化方法，能够为海绵服务区建设寻求满足年径流总量控制率的条件下，污染物去除率最大、LID设施总费用最少和综合效益最大的最优方案。益最大的最优方案。益最大的最优方案。

【技术实现步骤摘要】
一种海绵服务区典型LID设施布设面积优化方法


[0001]本专利技术属于海绵服务区规划建设领域，涉及一种海绵服务区典型LID设施布设面积优化方法。

技术介绍

[0002]作为高速公路的重要附属设施，服务区的用地类型、基础设施、功能布局等方面与城市类似，其本质为中小尺度城市，因此很多研究学者已经将海绵城市理念引入服务区的规划建设中。高速公路服务区内道路、停车场和建筑物等这类硬质下垫面面积较大，低影响开发设施(LID设施)开发区域面积有限，因此，服务区内组合LID设施的布设面积研究对建设海绵服务区具有重要意义。
[0003]现有技术中，大多数的研究都是主观划定各项LID设施的规模和布局，在此基础上进行径流控制效果评估。这种方法在工程应用中存在以下两点不足：一是仅仅关注单一的径流控制目标，未考虑各项LID设施的径流污染削减效果以及各项LID设施的建设养护费用；二是需要进行多次LID设施的设计、建模、计算等，大大降低LID设施的布设效率。为了解决这一问题，已有研究学者在Grasshopper平台导入SWMM计算引擎并运用NSGA
‑Ⅱ
算法，以径流控制效果和建设成本为目标，构建了LID设施规模优化求解模型；陶涛等则以LID设施的总费用和年径流总量控制率为目标函数，利用NSGA
‑Ⅱ
算法对透水铺装和生物滞留两种LID设施进行优化求解；中国专利CN110984333A公开了一种以凹式绿地、雨水花园、绿色屋顶及透水铺装为研究对象，以最大吸收雨量及最少综合费用为优化目标，以场地内实际可建设面积为约束条件的绿色基础设施规模优化模型。以上这些LID设施优化模型考虑了径流控制效果和成本双重目标，但是其均未考虑径流污染控制目标和LID设施的综合效益，不符合当下海绵服务区承载径流污染控制功能及低碳要求的现状。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的是现有技术中的组合LID设施的布设面积研究方法未考虑径流污染控制目标和LID设施的综合效益的技术问题，进而提供一种新的海绵服务区典型LID设施布设面积优化方法。
[0005]本申请解决上述技术为题采用的技术方案为：
[0006]一种海绵服务区典型LID设施布设面积优化方法，包括以下步骤：
[0007]以研究区域年径流总量、LID设施污染物综合去除率、LID设施建设养护费用和LID设施综合效益为目标函数，以LID设施的设计调蓄容积和各LID设施的可建面积为约束条件，构建海绵服务区LID设施的多目标优化设计模型；
[0008]利用MOEA/D算法程序进行多目标求解，得到LID设施布设面积优化方案。区域年径流总量的计算模型为：
[0009]f1＝∑V
i
[0010]其中，V
i
为第i种LID设施的调蓄雨水径流总量。
[0011]LID设施污染物综合去除率的计算模型为：
[0012][0013]其中，β
ij
为第i种LID设施对第j种污染物的去除率；σ
j
为第j种污染物的污染物综合权重；A
i
为第i种LID设施建设面积，m2；S为服务区总面积，m2。LID设施总建设养护费用的计算模型为：
[0014]f3＝∑A
i
×
C
i
ꢀꢀ
(3)
[0015]其中，C
i
为第i种LID设施单位面积的建设养护费用，元/m2。
[0016]所述LID设施综合效益的计算模型为：
[0017][0018]其中B1、B2、B3、B4分别为雨水回收利用效益、减少传统雨水管网运行费用、地下水补给效益、大气环境治理效益。
[0019]所述目标函数为：
[0020][0021]约束条件为：
[0022][0023]其中，V
max
为研究区域年径流总量控制率对应的总调蓄容积；S
pb
、S
gr
、S
leg
、S
rb
分别为服务区内透水铺装、绿色屋顶、下凹式绿地、雨水桶的可建面积，m2。
[0024]本申请所述的海绵服务区典型LID设施布设面积优化方法，优点在于：
[0025]本申请针对海绵服务区建设，选取透水铺装、绿色屋顶、下凹式绿地、雨水桶4种典型的服务区LID设施，同时兼顾经济有效的实施原则，以组合LID的径流控制效果、径流污染物削减效果、总建设养护费用和综合效益为目标函数，利用MOEA/D算法对组合LID设施进行多目标优选，提出一种海绵服务区典型LID设施布设面积优化方法。
[0026]本申请中的海绵服务区典型LID设施布设面积优化方法充分考虑了径流污染控制目标和LID设施全生命周期的综合效益，符合海绵服务区承载径流污染控制功能及低碳要求的需求，有助于在海绵服务区的设计阶段对海绵服务区的布设面积进行有效的评估，从而为海绵服务区的设计建设提供依据。
[0027]为了使本专利技术所述的海绵服务区典型LID设施布设面积优化方法的技术方案更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。
附图说明
[0028]如图1所示是实施方式中的MOEA/D算法流程图。
具体实施方式
[0029]本实施方式提供了一种海绵服务区典型LID设施布设面积优化方法，具体包括以下步骤：
[0030](1)计算研究区域年径流总量，本实施方式中的典型LID设施包括透水铺装、绿色屋顶、下凹式绿地和雨水桶，区域年径流总量的计算模型为：
[0031]f1＝∑V
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0032]其中，V
i
为第i种LID设施的调蓄雨水径流总量。
[0033]各LID设施的调蓄雨水径流量主要由渗透量和蓄水量组成，第i种LID设施的调蓄雨水径流量为：
[0034]V
i
＝W
Pi
+W
Si
ꢀꢀ
(2)
[0035]渗透量采用达西定律进行计算，第i种LID设施的渗透量W
Pi
计算公式为：
[0036]W
Pi
＝K
i
JA
i
t
ꢀꢀ
(3)
[0037]其中，K
i
为第i种LID设施的土壤渗透系数，m/s；J为水力坡度，一般取为1；A
i
为第i种LID设施的有效渗透面积，m2；t为渗透时间，s，是指降雨过程中LID设施的渗透历时，一般取2h。
[0038]第i种LID设施蓄水量W
Si
的计算公式为：
[0039]W
Si
＝n
i
A
i
d
i
ꢀꢀ
(4)
[0040]其中，n
i
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海绵服务区典型LID设施布设面积优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以研究区域年径流总量、LID设施污染物综合去除率、LID设施建设养护费用和LID设施综合效益为目标函数，以LID设施的设计调蓄容积和各LID设施的可建面积为约束条件，构建海绵服务区LID设施的多目标优化设计模型；(2)利用MOEA/D算法程序进行多目标求解，得到LID设施布设面积优化方案。2.根据权利要求1所述的海绵服务区典型LID设施布设面积优化方法，其特征在于，典型LID设施包括透水铺装、绿色屋顶、下凹式绿地和雨水桶。3.根据权利要求1或2所述的海绵服务区典型LID设施布设面积优化方法，其特征在于，所述区域年径流总量的计算模型为：f1＝∑V
i
其中，V
i
为第i种LID设施的调蓄雨水径流总量。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的海绵服务区典型LID设施布设面积优化方法，其特征在于，所述LID设施污染物综合去除率的计算模型为：其中，β
ij
为第i种LID设施对第j种污染物的去除率；σ
j
为第j种污染物的污染物综合权重；A
i
为第i种LID设施建设面...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢树志，王笑，张杰，韦龙芬，胡安技，罗少辉，张晓东，
申请(专利权)人：交通运输部公路科学研究所，
类型：发明
国别省市：