城市绿地产流影响因素与径流系数取值的多方法比较

为明确城市绿地产流过程的影响因素,比较不同径流系数计算方法的原理和特征,以北京城市绿地为例,采用理论计算、模型模拟和试验实测3类方法,比较KW(kinematic wave)方程、SCS-CN(soil conservation service curve number)算法、Hydrus-1D模型和试验测试4种方式,定量分析在不同降雨、土壤、地形条件下的产流过程、影响因素及其对应的径流系数。研究表明,降雨量(重现期)、雨型、土壤物理性质(渗透性、前期湿润程度等)、绿地坡度等因素对产流过程有较大影响,不同条件和算法下绿地径流系数取值为0~0.53。建议在工程应用中,应结合场地条件和设计目标,选择适宜的径流系数确定方法和模型参数。研究成果可为我国城市绿地的径流系数研究提供参考。     

基于运动波计算模型的北京城市土壤渗透性对雨量径流系数的影响分析

土壤的物理性质作为影响降雨与径流关系的重要因素,直接关系到雨量径流系数的取值。采用运动波计算模型推导出的无量纲体积比值公式算法,针对北京城市典型砂质土的土质特征,在城市透水区域雨水入渗的动态过程中,分层计算不同重现期和降雨历时下的雨量径流系数。结果表明:在相同降雨条件下,不透水区域比例增大,径流系数从0开始线性增加,土壤的入渗量是决定径流系数大小的重要因素。此外,土壤厚度和孔隙率也对其径流系数具有制约关系。研究结果可为北京地区雨量径流系数的修正,以及海绵城市雨水系统规划设计提供理论参考。     

自然失水条件下土壤的入渗特性研究

下凹绿地、雨水花园等生物滞留设施可参与雨水和地表径流的自然下渗与调节,是海绵城市建设的重要组成部分,雨水入渗对削减雨水外排具有重要作用。目前对土壤渗流的设计主要基于达西定律,但对非饱和土壤来说,达西定律并不广泛适用。对不同初始含水率土壤进行变水头渗透试验,得出其变水头渗透速度与时间的关系,并与达西定律计算结果进行对比,变水头渗透速度与时间的关系式可为海绵城市中土壤入渗的设计计算提供参考。     

海绵城市透水砖铺装雨水入渗模型及产流分析

透水砖铺装系统的入渗特征是海绵城市建设中产流控制的重要影响因素。以海绵城市试点庄河市为例,通过渗流试验,构建不同土基土壤土水特征曲线,建立适用于透水砖铺装系统各层的入渗模型,揭示系统雨水入渗规律,阐明结构层厚度和土基土壤特性对产流控制的影响。研究表明:土壤粒径对产流控制影响程度最大;特大暴雨时,粗砂土壤作为土基,相比细砂土壤和粉质黏土作为土基,可以延长产流时间,但随着雨强继续增大,产流时间延长作用逐渐减弱;以粉质黏土作为土基,基层与垫层厚度比约为3∶2,以砂质土壤作为土基时,基层与垫层厚度比约为4∶1时,透水砖铺装系统产流控制效果最好。     

光纤传感技术在雨水径流监测中的应用

鉴于海绵城市建设中海绵设施效能监测不足、手段复杂且精度低的问题,将光纤传感技术应用于海绵城市透水铺装中,以光纤光栅温度传感器为监测手段,以外界量改变引发透水面层上下铺设传感器输出波长信号变化为基本原理,得出雨水渗透速率,并以此为核心指标。以湖北省暴雨资料为基础,模拟不同重现期（1,5,10,50,100 a）下不同透水铺装对雨水径流量的削减实验,结合实验数据,建立了雨水渗透速度与透水铺装径流量削减指标的线性拟合关系。结果表明:渗透速度与径流量削减率、产流时刻均有较好相关性（R2>0.93、R2>0.92）。该技术在鄂西地区高铁站成功应用,证明利用渗透速率监测产流时刻与径流量削减率是可行的。     

河北坝上与坝下不同土地利用类型土壤入渗特征及其影响因素

为查明河北省坝上与坝下不同土地利用类型土壤入渗能力,选择张北县（坝上风蚀区）和阳原县（坝下水蚀区）作为典型研究区,采用微型圆盘入渗仪测量土壤入渗特性,并分析其主要影响因素。研究结果表明：（1）阳原县不同土地利用类型土壤渗透性能表现为：高盖度草地>低盖度草地>耕地>林地,张北县表现为：草地>耕地>灌木林地>防护林地;（2）不同入渗模型拟合度之间存在显著差异,其中Philip模型拟合效果最佳;（3）土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、稳定入渗时间与容重呈极显著负相关关系,而与总孔隙度均呈极显著正相关关系。结果表明,该区草地土壤入渗能力最强,后期开展生态工程建设时应更加重视草地涵养水源的作用。     

基于新型径流采集方法的城市不同非渗透下垫面径流系数解析

通过构建人工模拟降雨与下垫面径流收集体系,解析城市不同非渗透下垫面径流系数.下垫面径流系数分析结果显示:城市道路平均径流系数为0.82,低于其他非渗透下垫面(0.87～0.89),这主要是由于沥青材质的城市道路具有更强的渗透性,其粗孔隙对水流具有较强的吸收能力.降雨历时和降雨强度是影响下垫面径流系数的关键因素.降雨历时...     

紫色丘陵区不同弃土弃渣下垫面入渗特征及影响因素

采用环刀法研究了紫色丘陵区不同碎石含量弃土弃渣下垫面的入渗特征及影响因素.结果表明,不同弃土弃渣下垫面入渗性能随碎石含量的增加而差异显著,其中,碎石含量为40%的弃土弃渣下垫面初始入渗率、稳定入渗率及平均入渗率分别是土质弃渣下垫面的1.30、1.13和1.54倍.不同下垫面初始入渗率和稳定入渗率与弃渣初始含水率、容重呈显著负相关,与下垫面总孔隙度、非毛管孔隙度呈显著正相关.其中,初始入渗率与初始含水率相关系数在-0.689~-0.912之间,稳定入渗率与容重相关系数为-0.745~-0.999,且稳定入渗率随非毛管孔隙度增加而显著提高.Horton模型对不同弃土弃渣下垫面入渗率与时间拟合的可决系数在0.899以上,且Horton模型计算入渗率与实测入渗率的相对误差在0.07%~6.60%之间,是紫色丘陵区分析不同弃土弃渣下垫面入渗过程的适宜性模型.研究结果可为紫色丘陵区弃土弃渣水土流失量预测和评价提供技术参数.     

非饱和红壤土降雨入渗室内模拟试验

以江西省域范围内典型红壤土为研究对象,利用自行研制开发的降雨模拟试验设备与渗透试验装置,设计了大雨工况下土体初始含水率、干密度、降雨累积时间及降雨后土体静置时间等对其渗透性影响的室内试验。试验结果显示,土体渗透性随初始含水率的升高逐渐降低,给出的宏观渗透系数公式定量化描述了不同初始含水率的可渗透性强弱程度;在初始含水率相对固定的情况下,土体渗透性随干密度的增大逐渐减小,且干密度增大到一定程度后其渗透性锐减,各水平之间的差异性不再明显;累积降雨时间会显著影响深部土体的渗透性,降雨历时越长,深部土体的含水率越高;雨水的在降雨过程停止后继续沿土体纵深入渗,致使表层含水率降低,深部含水率提高,含水率特征曲线趋向竖直。     

废弃尾矿坡面产流产沙影响因素分析

为明确不同影响因素对产流产沙的作用效果,采用废弃尾矿土进行人工模拟降雨实验,分析了植被覆盖率(0、40%、80%、100%)、雨强(20、60、100、220 mm/h)、坡度(15°、30°)对尾矿坝坡面初始产流时间的作用效果及其与产流产沙的关联度。结果表明:三种因素对产沙率及产流率的关联度规律一致,当三者共同作用时,按影响程度排序依次为雨强、坡度、植被覆盖率;初始产流时间与雨强及坡度表现为负相关关系,与植被覆盖率之间表现为正相关关系;三种因素对初始产流时间的相关性极显著;覆盖率的增加对产流时间的延缓存在积极作用。     

Rainwater utilization and storm pollution control based on urban runoff characterization

The characteristics of urban runoffs and their impact on rainwater utilization and storm pollution control were investigated in three different functional areas of Zhengzhou City, China. The results showed that in the same rain event the pollutant loads (chemical oxygen demand (COD) and total suspended solids (TSS)) in the sampling areas were in the order of industrial area > commercial area > residential area, and within the same area the COD and TSS concentrations of road runoffs were higher than those of roof runoffs. The first flush effects in roof and road runoffs were observed, hence the initial rainwater should be treated separately to reduce rainwater utilization cost and control storm pollution. The initial roof rainfall of 2 mm in residential area, 5 mm in commercial area and 10 mm in industrial area, and the initial road rainfall of 4 mm in residential area and all the road rainfall in commercial and industrial areas should be collected and treated accordingly before direct discharge or utilization. Based on the strong correlation between COD and TSS (R~2, 0.87-0.95) and the low biodegradation capacity (biochemical oxygen demand BOD_5/COD < 0.3), a sedimentation process and an effective filtration system composed of soil and slag were designed to treat the initial rainwater, which could remove over 90% of the pollutant loads. The above results may help to develop better rainwater utilization and pollution control strategies for cities with water shortages.     

Reducing non-point source pollution with enhancing infiltration

The rainfall system was set up on a slope land, which was used with some materials to enhance soil infiltration. The results showed that it was effective to enhance the infiltration of rainwater in soil and reduce the pollutants of surface runoff. After the soil meliorated by the lignin polymer and zeolite, runoff was delayed about 10 min and reduced by 44.40%--50.00%, synchronously, the pollutant loads, such as total suspended solids （TSS）, chemical oxygen demand by ditromate （CODCr）, total nitroger （TN） and total phosphorus （TP）, were reduced on averages by 44.58%, 37.80%, 51.62% and 44.11%, respectively. It is an available technique to control the pollution of non-point source from sources.     

Response of runoff and soil loss to reforestation and rainfall type in red soil region of southern China

To evaluate the long-term effects of reforestation types on soil erosion on degraded land, vegetation and soil properties under conventional sloping farmland (CSF) and three different reforestation types including a Pinus massoniana secondary forest (PSF), an Eucommia ulmoides artificial economic forest (EEF) and a natural succession type forest (NST), were investigated at runoff plot scale over a six-year period in a red soil region of southern China. One hundred and thirty erosive rainfall events generating runoff in plots were grouped into four rainfall types by means of K-mean clustering method. Erosive rainfall type I is the dominant rainfall type. The amount of runoff and the soil loss under erosive rainfall type III were the most, followed by rain-fall type II, IV and I. Compared with CSF treatment, reforestation treatments decreased the average annual runoff depth and the soil loss by 25.5%–61.8% and 93.9%– 96.2% during the study period respectively. Meanwhile, runoff depth at PSF and EEF treatments was significantly lower than that in NST treatment, but no significant difference existed in soil erosion modulus among the three reforestation treatments. This is mainly due to the improved vegetation properties (i.e., vegetation coverage, biomass of above- and below-ground and litter-fall mass) and soil properties (i.e., bulk density, total porosity, infiltration rate and organic carbon content) in the three reforestation treatments compared to CSF treatment. The PSF and EEF are recommended as the preferred reforestation types to control runoff and soil erosion in the red soil region of southern China, with the NST potentially being used as an important supplement.     

北京市六环内绿色空间滞蓄雨水径流功能的变化评估

面对日益频发的城市内涝问题,科学认识绿色空间控制雨水径流的作用具有重要意义。论文以北京市六环内区域为研究区,评估了2000-2010年绿色空间滞蓄雨水径流的功能及其变化。结果表明：2000-2010年北京城市绿色空间减少198.49 km²,主要表现为农田和荒草地面积减小,五到六环内绿色空间缩减最为严重,且最大斑块指数（LPI）和聚集度指数（AI）均减小,景观破碎化趋势明显。绿色空间夏季滞蓄雨水径流量由2000年的1.32×10⁸ m³增加到2010年的1.46×10⁸ m³,但雨水滞蓄率相应地由23.43%下降到16.89%,这与绿色空间面积减小和景观格局变化有关。此外,五到六环内绿色空间滞蓄雨水径流能力最高,滞蓄率高达22%~32%,且逐年呈降低趋势;二到三环内绿色空间滞蓄雨水能力最低,需要重点加强暴雨内涝防治。这主要与不同环路内绿色空间的面积和斑块连通性有关。因此,建议优化调整北京市六环内绿色空间的组成结构和景观格局,充分发挥其滞蓄雨水径流功能,以降低城市内涝风险。     

环洞庭湖丘岗地区雨水资源和管理策略

环洞庭湖丘岗地区是我国南方丘陵农林复合生态系统的典型板块。雨水资源对生态系统水环境、水平衡具有不可替代性。生态系统水环境要素的定位观测和小流域水平衡监测研究表明:该地区雨水资源呈季节性配置,系统水平衡过程有明显盈(季节性水富余311.3mm)、亏(季节性水亏缺134.7mm)现象。本地区自然降雨大约有76%产生派生资源参与系统水分循环,其余部分主要以径流形式溢泄入下游水域;雨水侵蚀使该地区每年流失或向洞庭湖水域输送水1.31×1010m3、泥沙1.64×106m3、养分(N、P、K)0.89×104t。集雨利用是本地区农业雨水管理的基本形式,据研究估测,可利用的集雨水量为现今农业可用地灌溉水需求量的2.41倍;可集雨水量和农业集雨需求量的比值与系统尺度有关。影响生态系统水平衡和农业集雨利用有两大因子,即人工蓄调雨水的局限性和坡地生态系统构建。因此,雨水资源的生态管理重在坡地系统构建---地表植被植物群落的组配和土壤生产力持续性保护。     

不同降雨特征下缓冲带水分及TN分配规律

以3种典型植被缓冲带为研究对象,基于现场监测、质量平衡、相关分析等方法,探明缓冲带水分分配与降雨、土壤因子的关联性,确定水分及总氮(TN)污染负荷去除分配系数.结果表明,径流与降雨量呈高度正相关(0.980～0.987,P<0.01),渗流与降雨量、降雨历时呈显著正相关(0.595～0.828,P<0.01).植被缓冲...     

南宁市道路初期雨水径流污染物浓度分析

初期雨水污染是雨水径流污染的主要贡献者,掌握初期雨水的污染特征,对于城市雨水处理设施建设尤为重要。以南宁市为例,开展了城市初期雨水径流污染特性分析,旨在为南宁市海绵城市建设以及雨水处理措施提供参考。选取6个采样点的8场降雨,对常规水质指标(COD、NH3-N、TN、TP、SS)进行分析,揭示了降雨过程中污染物的瞬时浓度分布。结果表明:建成区污染物浓度范围和污染物平均水平均明显高于规划区;不同雨型下,雨水初期冲刷效果强弱顺序为暴雨>大雨>中雨>小雨;除小雨外,其他雨型在降雨20 min左右时污染物浓度达到平衡;暴雨情况下,污染物浓度在5 min内降低50%,15 min内70%~80%的污染物随雨水直排或进入城市管网。