高地下水位地区透水停车场的水文控制效果

为确定高地下水位地区透水铺装对路面径流的水文控制效果,在上海市区建造了4个实验性透水铺装单元与1个不透水铺装对照,其中3个为设有防水衬底的不透型设施分别为透水混凝土铺装(设施Ⅰ)、水泥稳定碎石基层/缝隙透水砖面层(设施Ⅱ)、碎石基层/缝隙透水砖面层(设施Ⅲ),1个普通缝隙透水砖铺装(设施Ⅳ),以及1个不透水混凝土对照(设施0).历时1年监测了实际降雨条件下4种实验设施的表面径流、排水管出流流量及表面渗透速率,考察不同设施的径流总量削减率、峰值削减及峰现延迟能力.结果表明,缝隙透水砖面层的表面稳定渗透速率明显小于透水混凝土面层,使用1年后,2种面层表面稳定渗透速率均明显下降;4种设施的表面产流均无显著差异;3种不透型设施的就地消纳水量能力均较弱,年径流总量控制率分别为24.2%、28.5%、28.4%,排水管不发生出流的控制降雨量分别为5.2 mm、7.8 mm、7.8 mm;设施Ⅰ的峰值削减与峰现延迟效果弱于设施Ⅱ及设施Ⅲ,且3种设施的峰值削减率和峰现延迟时间与降雨强度呈现显著负相关性.     

新型透水铺装对雨水径流水量和水质控制效果现场研究

前期研究表明,新型透水铺装通过在结构层引入毛细柱,不仅可有效提高设施在高地下水位地区应用的水文控制效果从而缓解城市内涝风险,还能够有效缓解城市热岛从而调节城市热环境。为了探讨新型透水铺装对于城市雨水径流污染的控制效果,实验构建了新型透水铺装(IPP)、传统混凝土砖缝隙透水铺装(PICP)和不透水混凝土路面(CP)3种不同的停车场现场设施,基于全年实际降雨条件下监测数据,分析对比了IPP和PICP对于雨水径流水质净化的效果差异,评估了2种设施全年所排放的城市面源污染负荷。实验结果表明：与PICP设施相比,IPP对NO^-₃-N、TN的总污染负荷控制率分别从14.4%、37.3%提高至45.6%、58.8%,对TSS和COD总污染负荷控制率分别从81.9%、84.2%提高至97.5%和96.7%;PICP和IPP 2种设施对于TP的去除效果均较好,其总污染负荷控制率分别为82.5%、86.2%。统计结果显示,新型透水铺装IPP可明显减少NO^-₃-N、TN、TSS、COD污染物的排放,从而有效缓解雨水径流导...     

基于SUSTAIN模拟技术的低影响开发雨水设施规划应用研究

模拟技术是城市低影响开发雨水设施规划设计和研究的重要方法,采用城市暴雨处理及分析集成模型系统(SUSTAIN)对某市A地块的低影响开发雨水设施规划进行研究,分析了低影响开发雨水设施在不同降雨重现期条件下的峰值径流量、径流总量及径流系数的削减效果。结果表明,按照一定比例设置的绿色屋顶、透水铺装、下凹绿地、雨水花园、干草沟等低影响开发雨水设施可以通过下渗和滞蓄作用削减降雨峰值径流量和径流总量,降低了地面径流系数,其中1~5年一遇降雨的径流量和峰值流量基本达到100%削减,10~100年一遇的降雨则有不同程度削减,可显著减少下游渠道和市政管网的外排水量,缓解城市排水系统和河道泄洪的负荷,为城市低影响开发雨水设施的有效利用提供参考。     

透水砖铺装面层抗冻性能实验

透水铺装是雨水源头减排的重要技术之一,其在寒冷地区冻胀损坏是亟待解决的突出问题。透水砖是广泛采用的透水铺装材料,通过冻融循环实验,对透水砖铺装面层不同孔隙率、水饱和度及不同透水基层厚度条件下的面层抗冻性进行研究,结果表明:面层孔隙率与其抗冻性能呈负相关,孔隙率越高,面层抗冻性能越差。面层水饱和度与其抗冻性能呈负相关,水饱和度越高,抗冻性能越差;面层水饱和度90%是产生冻胀损坏的临界值,当面层水饱和度<90%时,其抗冻性能受损较小;当面层水饱和度>90%时,其抗冻性能明显变差。透水基层厚度对透水砖铺装面层抗冻性的影响较小。3个主要因素对透水砖铺装面层抗冻性能影响程度顺序为:面层水饱和度 > 面层孔隙率 > 透水基层厚度。     

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。     

透水砖系统堵塞失效全过程对径流重金属控制效果的评价

针对透水砖系统堵塞失效对径流控制效果衰减的问题,考察了透水砖堵塞失效演化全过程时雨水径流重金属的输出变化特征,并采用综合污染指数法对不同堵塞节点透水砖铺装径流重金属污染进行风险评价。结果表明:透水砖堵塞程度增加可显著增大其表面径流溶解态和颗粒态重金属输出,且在透水砖堵塞程度达到30%后的场次降雨输出的重金属浓度明显上升;不同堵塞程度透水砖径流中重金属均出现了初期冲刷现象,初期冲刷效应强弱与透水砖堵塞程度呈正相关。透水砖堵塞前期各历时径流重金属污染风险较低,但随着堵塞加剧初期径流重金属污染风险变高,其中Cd和Pb是主要风险源。     

高地下水位地区透水铺装控制径流污染的现场实验

为确定高地下水位地区使用透水铺装对地下水水质的影响,在上海市区建造了3种实验性透水铺装停车场及1个不透水铺装对照,监测实际降雨条件下3种实验设施进、出水水质,考察其对径流中污染物的去除效果并评价设施对地下水造成污染的可能性.结果表明,3种设施对TP、TSS、COD、Cr、Mn、Cu、Zn、Pb及石油类均有良好的去除效果,而对TN的去除效果较差;3种设施中均发生了明显的NO-3-N释放现象;以水泥稳定碎石为基层的缝隙透水砖铺面以及碎石基层的缝隙透水砖铺面对NH+4-N去除效果明显好于透水混凝土铺面;不同透水铺装设施出水水质除NH+4-N之外无显著差异;现场地下水质总体上劣于上海市地下水背景值,而3种透水铺装出水总体上劣于现场地下水,且多项指标属于或接近地下水V类标准.在高地下水位地区使用无防渗衬垫透水铺装存在污染地下水的风险.     

渗透铺装控制城市非点源污染的研究进展

渗透铺装在部分发达国家已得到广泛应用。作为城市雨洪调控的技术之一,渗透铺装不仅可以削减雨水径流量,减缓径流速度,还可以有效地控制部分城市非点源污染,改善径流水质。根据国内外近年的研究情况,从渗透铺装对城市雨水径流水质的净化方面介绍了渗透铺装在控制城市非点源污染中的应用研究情况。研究结果表明:渗透铺装对雨水径流中的总悬浮固体、磷、重金属有较好的去除效果,而对氮的去除效果不稳定。最后,对渗透铺装的研究和应用方向进行了展望。     

北京典型汇水区域雨水径流温度特征及影响因素分析

城市化发展导致不透水地表面积率大幅攀升,由此带来的一系列问题逐渐受到人们关注,夏季城市汇水区域地表产生高温径流后汇入下游受纳水体所造成的雨水径流热污染,对水生态、水环境造成不良影响的风险尤为突出。选取北京市典型汇水区域,对2021—2022年多场降雨径流出流温度进行监测与分析,并对气象因素、下垫面温度及管道内径流热量等数据进行同步采集,运用皮尔逊相关系数法分析其影响因素。结果表明：研究区域夏季降雨常出现雨水径流温度升高现象,降水量小于12.5mm、降雨历时短于250 min的降雨场次更易于升温,升温幅度最高可达4.1℃;径流温度升高往往出现在径流过程初期,温度达峰平均时间为38 min;径流是否升温与降雨强度峰值位置之间没有明显关系;气温、不透水地表初始时刻温度、降雨历时及降水量是雨水径流温度的极显著影响因素（P<0.01）;降雨期间气温、降雨历时、不透水地表初始时刻温度和管道内壁温度4个指标,可以基本解释研究区域96.7%的径流温度输出情况。     

海绵城市透水砖铺装系统雨水入渗及重金属污染物迁移模拟

海绵城市透水砖铺装系统（PBPS）入渗特征是产流控制及径流污染物去除的重要影响因素之一。通过渗流实验,构建系统土壤层土水特征曲线,建立降雨入渗及径流重金属污染物迁移数学模型,以阐明找平层土壤粒径、基层与垫层厚度比对产流时间及径流重金属污染物去除的影响。研究表明:综合考虑延迟产流与径流重金属去除能力,中砂作为找平层介质最佳;依据结构层出水重金属污染物浓度,基层与垫层厚度比为15∶4时,PBPS对径流中重金属污染物吸附效率最高、去除效果较好。     

透水铺装类型对径流重金属去除效能的影响机制

研究了不同类型透水铺装系统对径流重金属的去除效能和机制.在实验室搭建了3种典型透水铺装系统(陶瓷透水砖、透水沥青和透水混凝土),研究了其对5种常见径流重金属(Cu、Zn、Cd、Mn、Ni)的去除效能和机制,并分析了不同降雨重现期(2,3,5年)对透水铺装系统去除径流重金属的影响.结果 表明:3种透水铺装系统对5种径流重...     

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...     

北京城区不同下垫面降雨径流产污特征分析

通过对北京城区3类不同下垫面的降雨径流水质进行监测以及对实验数据进行皮尔森(Pearson)统计分析,探讨了沥青路面、硬质屋顶及草地屋顶的雨水径流污染物历时变化规律,计算了各场次降雨径流污染物的事件平均浓度(EMCs),分析了径流水质的主要影响因素.结果表明,相对于沥青路面与硬质屋顶,草地屋顶对除磷外的其他径流污染物浓度有明显削减作用;初期降雨径流中CODcr、NH3-N、NO3-N、TP、Pb、Cu、Zn的EMC值大多超出V类国家地表水标准,3类重金属污染物监测结果也表明城区暴雨径流污染明显;统计分析结果表明污染物质与前期晴天数、降雨历时呈现正相关关系,与降雨量、降雨强度呈现负相关关系,通过控制初期径流污染、加强清扫及屋顶绿化可以从源头减少城市降雨径流污染.     

雨洪管理措施的水环境效应差异——基于Meta的中国案例分析

雨洪管理措施的应用可有效控制雨水径流量及其污染物,系统分析雨洪管理措施对径流及其污染物的影响有助于理解雨洪管理的水环境效应。本文基于Meta方法整理国内已发表的文献案例,通过提取雨洪管理措施的类型、应用尺度、降雨特征及径流量和污染物削减率等信息,综述了雨洪管理措施应用后径流量和污染物的变化。结果表明：（1）不同雨洪管理措施所产生的水环境效应存在差异,样本中屋顶绿化的径流削减能力最强,透水铺装的径流污染物削减效果最佳;（2）雨洪管理措施对水环境的影响具有尺度效应,大尺度区域内雨洪管理措施对径流量削减作用较弱,而小尺度区域内径流污染物削减作用较弱;（3）雨洪管理措施对径流量及其污染物的削减能力随降雨量增加呈下降趋势。结合案例数据,系统分析了雨洪管理措施在径流量及其污染物控制效果上的差异及成因,可为径流调控与污染治理等实践提供理论参考。     

雨水径流热污染的危害及控制策略分析

在城市化地区,雨水径流往往携带大量不透水下垫面富集的热量汇入受纳水体,从而对其造成热污染。目前,针对雨水径流热污染危害的研究及其控制标准和技术手段等方面均存在缺失。阐述了雨水径流热污染产生的原因及其对水生生物和水体环境的影响,对评价热污染负荷的常用参数、控制径流热污染的政策标准和技术手段等进行了分析,提出了雨水设施、项目或片区径流热污染负荷削减控制的量化计算方法,对目前我国常用雨水源头减排设施对径流热污染的控制效能进行了适用性分析,并结合我国实情给出了雨水径流热污染防治的对策和建议。     

岛屿硬化集水面雨水弃流方案与分质收集策略研究

通过研究海南岛文昌市水泥屋顶和水泥路面上的雨水径流特征,建立了岛屿地区不同硬化集水面的雨水弃流方案和分质收集策略.在降雨初期,水泥路面和水泥屋顶均发生明显的冲刷效应,水泥路面雨水径流污染物浓度远高于水泥屋顶,且不同硬化集水面上前30%雨水中的污染物浓度均高于后70%的雨水.通过与相关水质指标对比得出,水泥屋顶雨水径流可作为饮用水水源,水泥路面雨水径流经处理可作为城市杂用水使用.通过建立雨水径流污染物累积-冲刷经验模型,可计算不同硬化集水面的弃流雨量,并以此为依据制定了弃流方案.以两种典型硬质化集水面径流污染物传输特征、水质特征和弃流方案为基础,分别提出了屋顶雨水收集方案和多种生态方法协同作用的路面雨水收集方案,可为岛屿地区的雨水收集利用方案提供参考依据.     

重庆市不同材质路面径流污染特征分析

通过采集和监测2010年雨季重庆市同一区域的2条不同材质公路的3次降雨径流过程水样,研究了沥青路面和水泥路面径流的污染特征和差异.结果表明,2种材质路面径流中化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)的次降雨平均浓度(EMC)均超过国家地表水环境质量V类水质标准(GB 3838—2002);沥青路面径流中总悬浮物(TSS)、COD和TP的浓度明显高于水泥路面,分别为水泥路面的2.05、1.35和1.27倍;沥青路面污染物的初始浓度普遍高于水泥路面,TSS和TP浓度最大值的出现时间滞后于水泥路面.在2010年6月19日、7月4日和7月9日的3场降雨事件中,沥青路面30%径流量与此时径流污染物浓度之比的平均值(FF₃₀)分别为水泥路面的1.26、1.07和1.32倍.沥青路面坑槽较多和成分复杂是导致其表现出不同于水泥路面的径流污染特征的重要原因.     

极端降雨下绿基和灰基联用的雨洪控制效果

以福州大学为例,选取3种绿色基础措施（绿色屋顶、植被浅沟、渗透铺装）与2种灰色基础设施（增大管径、蓄水池）组合,设计了9种雨水系统改造措施方案,并根据3场不同历时极端天气降雨的实测数据,运用暴雨洪水管理模型（SWMM）模拟分析不同雨水系统改造措施方案对径流深、节点和管道的雨洪控制效果.情景模拟结果表明：3场强降雨下,绿色基础措施组合（SS7）在所有用地布局情景中对径流深的控制效果均为最优,其中中长历时强降雨下的削减比最高,达到了78%;在节点控制方面,由于3种绿色基础措施与增大管径组合措施（SS8）具备下渗、滞留和快排等特性,在3场降雨中,对节点的洪流流量和洪流时间的控制效果均为最优,接近100%;在管道控制方面,3种含绿色基础措施的组合方案（SS7,8,9）对管道满流时间与峰值流量发生时间的控制较好.通过对比这3种组合措施方案发现,在短历时强降雨中,3种绿色基础措施与蓄水池组合措施方案下（SS9）管道满流时间最短,峰值流量发生时间最迟;中长历时强降雨中3者差别不大;长历时强降雨中3种绿色基础措施组合下（SS7）管道满流时间最短,峰值流量发生时间最迟.