Thiết kế bền vững của hệ thống thoát nước mưa đô thị bằng cách áp dụng biện pháp bể chứa và phát triển tác động thấp cho kiểm soát rủi ro ngập lụt và quản lý chất lượng nước

Fei Li1, Xu-Feng Yan2, Huan-Feng Duan1
1Department of Civil and Environmental Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, Kowloon, Hong Kong
2State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering, Sichuan University, Chengdu, China

Tóm tắt

Với sự gia tăng tầm quan trọng và ứng dụng của các biện pháp kiểm soát và giảm thiểu ngập lụt từ bể chứa (DT) và phát triển tác động thấp (LID) trong các hệ thống thoát nước mưa đô thị (USDS), quá trình chảy nước phức tạp và các vấn đề chất lượng nước tương ứng cũng đã thu hút được nhiều sự quan tâm và chú ý từ các nhà nghiên cứu và thực tiễn. Bài báo này đóng góp vào nghiên cứu kiểm soát ngập lụt đô thị và quản lý chất lượng nước với việc thực hiện DTs và LIDs trong USDS. Một khung thiết kế và phương pháp phân tích dựa trên tối ưu hóa nhiều mục tiêu (MOO) được phát triển để đạt được bốn mục tiêu thiết kế USDS. Một hệ thống USDS thực tế được áp dụng cho nghiên cứu trường hợp, trong đó các DTs và LIDs được triển khai bằng phương pháp thiết kế dựa trên MOO mở rộng này nhằm đạt được kết quả tối ưu trong việc kiểm soát rủi ro ngập lụt và cải thiện chất lượng nước. Các kết quả thu được được phân tích thêm về các đặc điểm của kiểm soát rủi ro ngập lụt và sự tiến triển của các yếu tố chất lượng nước trong USDS. Kết quả và phân tích cho thấy hiệu quả và khả năng áp dụng của các DTs và LIDs đã được thiết kế để giảm thiểu rủi ro ngập lụt và cải thiện chất lượng nước trong USDS.

Từ khóa

#thiết kế bền vững #hệ thống thoát nước mưa đô thị #kiểm soát ngập lụt #quản lý chất lượng nước #bể chứa #phát triển tác động thấp

Tài liệu tham khảo

CDOWE (Code for Design of Outdoor Wastewater Engineering) (2014). Design manuel for outdoor wastewater engineering. The People's Republic of China Ministry of Housing and Urban Rural Development, pp 12–28

Chan K, Tam K, Leung Y (2010) Integrated planning and design of a flood relief project for sheung wan low-lying area. HKIE Civil Division Conference – Infrastructure Solutions for Tomorrow, 12-14 April 2010, Hong Kong

Chui TFM, Liu X, Zhan W (2016) Assessing cost-effectiveness of specific LID practice designs in response to large storm events. J Hydrol 533:353–364

CURCNC (Committee of Urban and Rural Construction of Nanning City of China) (2015) Construction Technology for Sponge City in Nanning City of China – Standard Atlas of LID-Based Rainwater Control and Engineering Design (Trial). CURCNC. http://www.nnjs.gov.cn/

Deb K, Agrawal S, Pratap A, Meyarivan T (2000) A fast elitist non-dominated sorting genetic algorithm for multi-objective optimization: NSGA-II. Lect Notes Comput Sci 1917:849–858

DSDHK (Drainage Services Department of Hong Kong Government) (2019) DSDHK. http://www.dsd.gov.hk/EN/Home/index.html. Accessed May 2019

Duan HF, Li F, Tao T (2016a) Multi-objective optimal design of detention tanks in the urban stormwater drainage system: uncertainty and sensitivity analysis. Water Resour Manag 30(7):2213–2226

Duan HF, Li F, Yan H (2016b) Multi-objective optimal design of detention tanks in the urban stormwater drainage system: LID implementation and analysis. Water Resour Manag 30(13):4635–4648

Elliott AH, Trowsdale SA (2007) A review of models for low impact urban stormwater drainage. Environ Model Softw 22(2007):394–405

Field R, Pitt RE (1990) Urban storm-induced discharge impacts: US Environmental Protection Agency research program review. Water Sci Technol 22(10-11):1–7

Guo Y, Adams BJ (1999) An analytical probabilistic approach to sizing flood control detention facilities. Water Resour Res 35(8):2457–2468

IPCC (2014) Climate change 2014: impacts, adaptation, and vulnerability. Part a: global and sectoral aspects. In: Field, Barros et al (eds) Contribution of working group II to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. Cambridge University Press, Cambridge

Li X (2003) A non-dominated sorting particle swarm optimizer for multiobjective optimization. In: Genetic and evolutionary computation – GECCO, Springer Berlin Heidelberg, pp 37–48

Li H, Li T (2006) Study on the characterization of combined sewer overflow from the high density residential area in Shanghai (in Chinese). Environ Sci 27(8):1565–1569

Li F, Duan HF, Tao T, Yan HX (2015) Multi-objective optimal design of detention tanks in the urban stormwater drainage system: framework development and case study. Water Resour Manag 29(7):2125–2137

Lin LF (2006) Monitoring and characterization of urban runoff pollution in Shanghai. MPhil Thesis (Chinese), Tongji University, Shanghai, China

Mays LW, Bedient PB (1982) Model for optimal size and location of detention. J Water Resour Plan Manag, ASCE 108(3):270–285

MHURDC (Ministry of Housing and Urban-Rural Development of China) (2014) Manuel of Construction Technology for Sponge City in China – LID-Based Rainwater System (Trial). MHURDC. http://www.mohurd.gov.cn/

Rossman LA (2004) Storm water management model (Ver5.0). National Risk Management Research Laboratory, United States Environmental Protection Agency, Cincinnati

Tao T, Wang J, Xin K, Li S (2014) Multi-objective optimal layout of distributed storm-water detention. International Journal of Environmental Science & Technology 11(5):1473–1480

Travis QB, Mays LW (2008) Optimizing retention basin networks. J Water Resour Plan Manag, ASCE 134(5):432–439

Tsihrintzis VA, Hamid R (1997) Modeling and management of urban stormwater runoff quality: a review. Water Resour Manag 11(2):136–164

Vogel JR, Moore TL, Coffman RR, Rodie SN, Hutchinson SL, McDonough KR, McLemore AJ, McMaine JT (2015) Critical review of technical questions facing low impact development and green infrastructure: a perspective from the great plains. Water Environ Res 87(9):849–862

Willems P (2013) Revision of urban drainage design rules after assessment of climate change impacts on precipitation extremes at Uccle, Belgium. J Hydrol 496:166–177

Zhou Q (2014) A review of sustainable urban drainage systems considering the climate change and urbanization impacts. Water, MDPI 6:976–992