不同降雨条件下植被对绿色屋顶径流调控效益影响

植被是绿色屋顶的重要组成部分,可通过截留雨水和蒸散耗水等过程影响绿色屋顶的径流调控效益.本文基于太阳花(Portulaca grandiflora)、佛甲草(Sedum lineare)、高羊茅(Festuca elata)和无植被等4种植被覆盖类型绿色屋顶2017年雨季26场降雨径流过程的监测数据,从径流和洪峰削减、产流和峰现时间延迟四方面定量分析植被在不同降雨条件下对绿色屋顶径流调控效益的影响.结果表明,绿色屋顶径流削减率与降雨量呈显著负相关(P 0. 01),降雨量10 mm时,绿色屋顶径流削减率等于或接近100%;降雨量超过30 mm,所有绿色屋顶的径流削减率降低到70%以下;当降雨量达到监测期内最大的81. 4 mm时,各绿色屋顶径流削减率都低于55%.植被覆盖类型对绿色屋顶径流调控效益的影响随降雨条件而改变,大雨条件下不同植被覆盖类型绿色屋顶的径流削减率差异最大,中雨和暴雨条件下次之,小雨条件下因各绿色屋顶几乎都不产流而无明显差异.在中雨、大雨和暴雨条件下,有植被覆盖绿色屋顶的径流削减率、洪峰削减率、产流和峰现时间延迟等4个指标都明显优于无植被覆盖的绿色屋顶.株高和单位面积地上生物量最高的太阳花绿色屋顶的径流调控效益优于佛甲草绿色屋顶.     

绿色屋顶雨洪调控能力与效益评价

日益频发的城市内涝灾害引起了社会各界的广泛关注,其主要原因是快速城市化导致的不透水面增加.绿色屋顶能够有效增加城市透水面面积,进而从源头上控制雨水径流,具有重要的生态环境效益.本文以南京市金陵小学行政楼的绿色屋顶为研究区,收集了17个月（2016-06~2017-10）中的76起降雨与径流数据,探讨了场地尺度上绿色屋顶的综合径流调控能力,辨识了影响其径流调控能力的主要因素,并基于生命周期评价理论与方法对其30年生命周期下的雨洪调控效益进行了定量评价.结果表明：①该绿色屋顶的平均截流率为62.7%,可有效削减雨水径流量和洪峰流量、延缓径流发生时间和峰现时间.②绿色屋顶对于中小型降雨具有较强的截流能力,但当其滞留能力达到饱和状态或未完全恢复时,即使是小型降雨,其截流能力也会大幅降低.③绿色屋顶径流调控能力的主要影响因素为降雨量、降雨强度和生长基质含水量.④绿色屋顶建设的成本效率为12.51元·m^-3,费效比为5/12（0.41）,经济效益较高.本研究结果可为绿色屋顶的规划建设、推广普及政策制定提供重要的科学依据和决策参考.     

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。     

透水混凝土路面对径流水量削减试验

透水混凝土路面作为低影响开发技术之一,对雨洪的管理与控制具有重要作用。对透水混凝土路面对径流的控制作用进行试验,结果表明:基于设计路面和北京降雨参数,降雨历时分别为30,60,120 min时,透水混凝土路面对径流总量的削减率分别达到60%、55%和40%以上,对洪峰流量的削减率分别达到65%、63%和40%以上;降雨重现期从1年增到100年,产流延迟时间从13 min降至5 min。试验表明,透水混凝土路面的雨量径流系数在0.18~0.54,远小于普通混凝土路面的雨量径流系数0.91。结果表明,透水混凝土路面对延迟产流时间、削减径流水量、削减洪峰流量以及降低径流系数具有很好的作用,可以为该低影响开发技术在国内的应用设计提供参考。     

绿色、蓝色和蓝-绿屋顶径流水质特征

屋顶占据大量城市不透水面,实施生态屋顶建设,有利于缓解城市化造成的生态和环境问题.在北京市区搭建不同类型生态屋顶(绿色屋顶、蓝色屋顶和蓝-绿屋顶),基于对2019年雨季降雨特征、各类生态屋顶径流量以及径流中营养盐和重金属浓度的监测,计算不同生态屋顶径流污染负荷和径流水质指数(RQI),定量对比分析不同类型生态屋顶径流的综合水质差异.结果表明,在2019年雨季,各生态屋顶均表现出良好的雨水滞留能力,平均径流削减率在75.7%～78.9%之间,且不同生态屋顶的径流削减率无显著差异(P>0.05);相较雨水,各生态屋顶均为NH⁺₄-N、 DZn和DCd的汇,累积负荷削减率分别在63.8%～96.4%、68.6%～90.7%和39.8%～54.5%之间,但均为NO^-₃-N、 DCr、 DFe和DNi的释放源;蓝色屋顶是DCu的汇(累积负荷削减率为21.9%),但对雨水径流中PO^3-₄-P的累积负荷无明显影响,而绿色和蓝-绿屋顶均为PO^3-     

不同配置绿色屋顶径流水质特征及综合评价

绿色屋顶是海绵城市建设的重要措施之一,但植被和基质等配置因素对其径流水质的综合影响尚不清楚,这限制了绿色屋顶的推广.通过在北京市区搭建3种植被类型［佛甲草（Sedum lineare）、大花马齿苋（Portulaca grandiflora,马齿苋）和无植被（对照）］、3种基质类型［田园土、改良土和轻质生长基质（轻质基）］和2种基质厚度（15 cm和10 cm）的12个绿色屋顶,基于2019年雨季降雨特征、各绿色屋顶径流量以及径流中营养盐和重金属浓度的监测,构建绿色屋顶径流水质指数（RQI）定量分析不同绿色屋顶配置对径流水质的综合影响.结果表明,植被可提高绿色屋顶径流削减率和有效降低径流中NO₃^--N的浓度,佛甲草和马齿苋绿色屋顶的RQI接近,径流水质均优于对照绿色屋顶;基质材料显著影响绿色屋顶径流削减率和径流中污染物浓度,轻质基绿色屋顶的径流削减率最低且径流中NH₄⁺-N、DFe、DMn和DZn的浓度均值最高,其径流水质劣于改良土和田园土绿色屋顶;基质厚度为15 cm的绿色屋顶径流削减率更高,其径流水质优于10 cm的绿色屋顶.研究结果可为绿色屋顶设计及径流水质综合评价提供科学依据.     

基于SWMM的天津市某海绵型建筑小区径流水量水质效果模拟分析

以天津市某海绵型建筑小区为研究对象,采用在线监测与模型模拟相结合的方法,开展小区尺度海绵化改造对径流水量水质效果评估的量化研究。构建暴雨雨洪管理模型,利用实测降雨、水量、水质数据进行模型关键参数的率定与验证,在设计降雨和实际场次降雨、多年连续降雨情景下,模拟分析海绵化改造对径流总量、径流峰值、径流污染的控制效果及差异。结果表明,海绵型建筑小区在2～10年一遇设计降雨重现期下,径流总量控制率为64.43%～74.10%,径流体积削减率为31.27%～40.09%,监测排口处径流峰值削减率为40.57%～41.40%。在55场实际降雨情景下,径流总量控制率为58.29%～100.00%,径流污染削减率为40.93%～83.05%。同时,总降雨量、最大小时降雨量是影响径流总量、径流污染控制效果最主要的降雨特征,存在较强的负相关(P<0.01)。多年连续降雨情景下,年径流总量控制率为78.61%,年径流体积削减率为37.18%,年径流污染削减率为45.16%。该研究成果可为科学定量评估海绵型建筑小区径流控制效果提供参考。     

简单式绿色屋顶对径流水量水质调控能力研究

通过长历时天然降雨监测以及人工模拟降雨实验研究了不同基质层及排水层材料对简单式绿色屋顶径流滞留、峰值削减、污染物浓度及负荷削减能力的影响及规律。结果表明:使用改良土作为绿色屋顶基质层材料时径流滞留能力与峰值削减能力均优于超轻量基质,而使用陶粒作为绿色屋顶排水层材料时仅会降低其峰值削减能力。3类装置对悬浮物(SS)的污染物浓度削减能力相似,但改良土装置的SS负荷削减能力更高;径流中COD负荷均高于雨水,故认为本研究中绿色屋顶是COD的源。     

不同配比基质层的雨水径流滞蓄截污效益研究

基质配比是影响粗放式绿色屋顶对雨水径流滞蓄截污效益的重要因素之一。文章采用泥炭土作为营养基质,蛭石作为吸附基质,构建了9个不同配比泥炭土蛭石基质层小试装置,研究在南昌市降雨特征的9个不同深度模拟降雨事件中,装置对雨水径流的滞蓄截污效益。结果表明,不同配比泥炭土和蛭石基质层能发挥优秀的雨水径流滞蓄效益、雨水径流中的NH4+-N削减和TP截留效益。其中20%泥炭土+80%蛭石的基质层小试装置在整个实验过程中的平均径流削减率为43.53%,平均NH4+-N削减率为75.07%,平均TP截留率为68.00%,且相对其他不同配比基质层小试装置有更强的抑制TN淋失能力。     

上海中心城区土地利用变化对区域降雨径流的影响研究

土地利用变化导致的城市下垫面改变对降雨径流关系有着重要影响。选择高度城市化的上海中心城区,利用初损和径流量修正方法并经实测数据验证后的SCS-CN修正模型,在城市集水区尺度上,初步探讨模拟了1947—2006年中心城区在0.5～10 a一遇设计暴雨重现期条件下持续1 h的降雨事件和丰、平、枯降雨年份下的径流系数,并分析了土地利用方式、前期土壤湿润程度(AMC)和降雨因素对中心城区60 a降雨径流关系的影响。结果表明:①60 a间,AMCⅠ和0.5～10 a一遇设计暴雨重现期条件下的径流系数相对增长17.21%～6.14%,枯、平和丰水年的年径流系数相对增长分别为20.49%、11.83%和10.02%;②土地利用类型、土壤入渗能力和AMC类型,与降雨强度共同构成影响降雨径流关系的两方面重要因素。随着降雨强度的增大,在AMCⅠ→Ⅲ过程中,土地利用改变对降雨径流关系的影响趋小,降雨类型起决定作用;而降雨强度越小,土壤AMC越干燥,土地利用改变对降雨径流关系影响越强;③不同降雨强度和降水年条件下的径流系数均随CN值的增大而增加,其径流系数与CN值之间分别可用线性(R20.999)和指数(R20.987)关系表示。     

基于多目标优化的低影响开发设施布局方法

以海绵城市试点区-南昌市某分流制区域为例,针对低影响开发（LID）设施的最优成本效益问题,耦合了雨水管理模型（SWMM）和非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）,对LID设施建设成本、径流SS负荷削减率、径流量削减率3个目标函数进行多目标优化.得到了一系列完整的成本效益曲线（帕累托解集）,实现了区域LID设施建设方案的自动寻优.比较不同降雨重现期（P=2、5、15 a）条件下的优化结果,发现LID设施在径流SS负荷控制方面不易受降雨重现期的影响;而在径流量控制方面,受降雨重现期影响较大,高成本LID设施建设方案也难以有效削减高重现期降雨径流.以帕累托解集中3种不同建设成本的方案为例,根据2016年实际降雨对不同方案下的水量水质的控制效果进行了模拟,决策者可以根据资金投入、控制目标、受纳水体环境容量从帕累托解集上选择适合的LID设施建设方案.     

生物滞留技术控制城市面源污染的作用与机理

生物滞留设施可以有效削减降雨径流,并通过过滤、吸附和生物降解去除雨水径流水中的氮、磷、多环芳烃、油脂、重金属、细菌和病毒等,其主要设计参数是:暴雨重现期、面积、稳定下渗率、下凹深度和淹水时间。建议改造城市附属绿地为生物滞留,加快该技术在我国的推广应用。     

基于SWMM模型的上海市松江国际生态商务区海绵城市建设效果评价

海绵城市建设旨在恢复城市自然调蓄能力,提升生态环境和城市韧性。以上海市松江国际生态商务区为研究区域建立SWMM模型,评估海绵城市建设对区域降雨径流控制和污染负荷控制效果,结果表明:较之传统开发模式,海绵城市建设能够显著滞蓄雨水、降低区域径流总量、削减入河污染负荷,有效减轻区域排涝压力和水环境压力。对于3,5,20,50 a重现期的2 h降雨,海绵城市径流总量分别削减40.8%、39.5%、37.0%、35.8%;对于5 a重现期的2 h降雨,TSS、COD、TN、TP的削减率分别为36.3%、39.4%、32.9%、47.6%。     

极端降雨条件下透水水泥混凝土路面削流除污试验研究

通过试验,对极端降雨条件下透水水泥混凝土路面在削减洪峰流量、径流总量以及去除污染物的效果进行研究。试验表明,在降雨历时60 min,降雨量为110,135,163 mm的情况下,透水水泥混凝土路面削减径流总量为55%~69%,削减洪峰流量为55%~63%;对SS、COD、TN、TP的去除率分别为82%~95%、58%~78%、31%~74%、59%~80%。结果表明,在极端降雨情况下,透水水泥混凝土路面在削流除污方面的效果较好,且与一般降雨条件下的除污效果相近,因此在暴雨情况下,也可产生较好的环境效益,表明其具有气候普适性,是一种良好的海绵城市建设技术。     

不同植被绿色屋顶径流水质年际变化特征

绿色屋顶是海绵城市建设的重要措施之一,近年来逐渐得到广泛关注.为探究植被和使用时长对绿色屋顶径流水质的影响,于北京市区搭建了3种不同植被类型[佛甲草（Sedum lineare）、大花马齿苋（Portulaca grandiflora）和无植被（对照）]的绿色屋顶.根据2017～2019年植物生长情况、雨季雨水和绿色屋顶径流水质的长期监测,定量分析不同植被绿色屋顶径流水质的年际变化特征.结果表明,相较雨水,3种绿色屋顶在监测期内均是NH⁺₄-N的汇,浓度平均削减率在50.1%～79.2%之间,但均是PO^3-₄-P、 DCr、 DCu和DNi的源;佛甲草和大花马齿苋绿色屋顶在2017年是NO^-₃-N的汇,浓度平均削减率分别为71.4%和99.5%,在2018和2019年是NO^-₃-N的源,而对照绿色屋顶在监测期均为NO^-₃-N的源;绿色屋顶的植被类型和使用时长显著影响其径...     

植被对绿色屋顶径流量和水质影响

植被是绿色屋顶的关键组成部分,也是影响绿色屋顶径流量和水质的重要因素之一.本文基于大花马齿苋(Portulaca grandiflora)、佛甲草(Sedum lineare)、高羊茅(Festuca elata)和无植被(对照组)这4种植被覆盖类型绿色屋顶2017年植物生长特征、降雨和径流过程的监测,及对雨水和各绿色屋顶径流中营养元素(NH_4~+-N、NO_3~--N、NO_2~--N和PO_4~(3-)-P)与重金属(Cr、Cd、Cu和Ni)的浓度检测,定量分析了不同植被覆盖类型对绿色屋顶径流量和污染负荷的影响.结果表明:①大花马齿苋、佛甲草、高羊茅和对照组绿色屋顶的平均径流削减率分别为51. 3%、41. 5%、36. 3%和33. 0%,大花马齿苋绿色屋顶径流削减率显著高于高羊茅和对照组绿色屋顶(P 0. 05);②大花马齿苋和佛甲草绿色屋顶是NH_4~+-N、NO_3~--N、NO_2~--N和PO_4~(3-)-P的汇,且地上生物量更大的大花马齿苋绿色屋顶对营养元素的污染负荷削减率(分别为59. 6%、99. 9%、82. 5%和25. 7%)均高于佛甲草绿色屋顶(分别为52. 5%、89. 3%、75. 3%和7. 8%),而高羊茅和对照组绿色屋顶是NH_4~+-N和NO_2~--N的汇,是NO_3~--N和PO_4~(3-)-P的源;③大花马齿苋、佛甲草、高羊茅和对照组绿色屋顶均是DCd的汇,污染负荷削减率分别为19. 2%、41. 5%、38. 4%和31. 1%,但4组绿色屋顶均是DCr、DCu和DNi的源.     

坡度对低影响开发道路水文参数的影响

近年来,海绵城市在我国得到快速发展,其中低影响开发道路是重要建设内容之一。坡度是影响低影响开发道路雨水控制利用效果的关键因素之一,尤其是山地城市道路纵坡普遍较大,目前尚缺乏系统研究。针对上述问题,在实验室搭建了1∶1物理模型,通过人工模拟降雨实验,系统研究了坡度对低影响开发道路雨水径流总量控制率、峰值削减率、径流系数等水文参数的影响。实验结果表明:低影响开发(LID)道路场次雨水径流总量和峰值流量受坡度影响较大,其削减率分别为7. 5%～73. 2%和4. 5%～52. 6%;径流系数受重现期影响较大,在低重现期时为0. 20～0. 66,在大纵坡和高重现期时均接近1。LID道路在纵坡<5%和重现期<10 a时雨水径流总量和峰值削减效果较明显,在大纵坡和高重现期时雨水外排总量和峰值削减效果较差。上述研究成果可为山地城市低影响开发城市道路设计提供技术支撑。     

下凹式绿地对城市降雨径流污染的削减效应

以现场7次降雨14组径流污染监测数据为基础,探讨了下凹式绿地对城市降雨径流污染的削减效应,分析了径流污染负荷、绿地土壤与覆被植物、降雨历时等因素对污染削减率的影响.结果表明,当COD,NH4+-N和TP的浓度分别为56.0~216.0,0.27~2.97,0.20~0.95mg/L时,下凹式绿地对COD,NH4+-N和TP的平均削减率为52.21%,48.98%和47.35%.下凹式绿地对径流污染的削减过程可分为2个阶段:初期1h的径流污染削减率符合一级动力学模式,后期径流污染削减规律可用二级动力学模式表示.降雨历时增加可提高污染物削减率,当降雨历时约从3h增加到20h时,径流污染的综合削减率可从40%上升到65%.     

绿色屋顶基质层截流减污效应分析

绿色屋顶作为"第五立面",有效地缓解了城市面源污染、排水系统的压力及屋顶的热负荷,其基质层不仅为植物提供生长营养,又起着调控径流水质、水量的作用。基质材料、厚度、屋顶坡度、降雨强度、季节、植被等因素都能够影响绿色屋顶的截流减污效应。而绿色屋顶基质层对其滞蓄、净化效果有着不可忽视的影响。简单介绍了应用较广泛的绿色屋顶基质材料及其优缺点,并根据绿色屋顶基质层截流减污效应的机制,详细分析了绿色屋顶基质材料类型、材料配比、保水剂添加及基质厚度对截流效应的影响,并探讨了绿色屋顶基质层对雨水径流水质TN、NH+4-N、TP、COD的净化效果分析。     

粗放型绿色屋顶对多环芳烃的控制效果

构建4个粗放型绿色屋顶中试设施,考察不同基质组成的设施在实际降雨条件下出水中16种多环芳烃(PAHs)质量浓度并与降雨、沥青屋面径流、空白对照设施的出水进行对比.结果表明,8场监测降雨事件中,4种模拟屋面设施出流PAHs的平均质量浓度分别为145、166、151、160 ng·L~(-1),沥青屋面和空白对照设施出流PAHs的平均质量浓度分别为900 ng·L-1和270 ng·L~(-1),4个模拟设施出流PAHs质量浓度显著低于沥青屋面和空白对照设施;从质量负荷控制的角度,4个模拟设施均能有效控制屋面径流PAHs负荷,与空白屋面相比,平均负荷削减率为71.76%.绿色屋顶对PAHs的去除机制以基质材料的截留及吸附为主,同样基质配比的情况下,增加基质层厚度,能改善设施对PAHs的去除效果.将传统沥青屋面改造为粗放型绿色屋顶,有助于控制屋面径流PAHs排放.