低影响开发(LID)雨水径流控制效果模拟

随着城市化发展,防洪工程面临严峻挑战,新版《室外排水设计规范》(GB 50014-2006)对雨洪系统提出更高要求。为研究降雨径流变化规律,利用SWMM(storm water management model)软件对开发前后场地进行径流模拟,分析径流量变化情况。LID(low impact development)是一种新型的雨洪管理理念,采用雨水源头控制技术,通过滞留、渗透作用,对降雨径流进行控制。LID对雨水径流具有明显的削减和调控作用,能够有效降低城市内涝隐患。为探究LID径流控制效果,以生物滞留池、渗渠、透水路面3种典型LID工程措施为例,模拟不同LID措施对降雨径流控制的效果,探究各措施性能特点。制定LID措施组合方案,模拟其效果,提出合理的LID使用建议。     

不同类型透水砖对雨水径流水量的控制效果

透水铺装是目前海绵城市建设中应用较广泛的技术措施之一,对雨水径流的促渗减排发挥着重要作用。选择2种不同类型透水砖为研究对象,采用人工模拟降雨实验方法,研究了降雨重现期分别为1、3、5、10 a条件下,2种不同类型透水砖对雨水径流总量控制、峰值削减和峰值延迟等方面的控制效果。结果表明:在降雨重现期小于10 a的条件下,构造透水砖和普通透水砖的场次降雨总量控制率平均值均超过95%;峰值流量均随着重现期的增加而增大,构造透水砖的峰值削减效果优于普通透水砖,平均峰值削减率提高了8.6%;构造透水砖和普通透水砖的出流延迟时间平均值分别为11.3 min和13.8 min,平均峰值延迟时间分别为6.3 min和16.3 min。构造透水砖对径流总量、峰值流量的控制效果要优于普通透水砖,因此,在透水铺装应用中,应结合项目设计目标和当地的水文地质条件,宜优先考虑采用构造透水砖铺装方式。     

海绵城市下垫面基质优化及其对模拟雨水处理效果

针对日益严重的城市内涝和雨水径流污染问题,引入沸石、蛭石、陶粒和煤渣作为海绵城市下垫面基质,采用人工调配雨水,通过渗滤柱模拟下垫面对雨水的下渗、储蓄和净化效果,比较几种不同基质组合对径流雨水的渗滤速度、最大持水量和对污染物的去除效果。结果表明:改进后的渗滤柱渗透速度可承受连续72 h大暴雨,最大持水量为39.73%,可有效削减城市径流洪峰;沸石+蛭石+陶粒分层渗滤柱对污染物的去除效果最好,出水NH4+-N浓度满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920-2002)中道路清扫、消防等各项用水指标,COD浓度满足《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》(GB 50400-2016)除娱乐性水景以外的各项用水要求;除此之外,出水中NH4+-N、TP和COD浓度均满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A要求;研究结果可为海绵城市建设提供技术支撑。     

基于AnnAGNPS模型的灞河流域非点源污染模拟研究

以灞河流域下属子流域为研究对象,运用AnnAGNPS模型对流域内非点源污染特征进行了定量分析,并以非点源污染严重的灞河中游子流域为例,提出不同的非点源污染控制方案。结果表明:AnnAGNPS模型对径流模拟效果总体良好,率定期模拟相对误差(Re)基本在-10%～0,模拟效率系数(Ens)为0.65,相关系数(R~2)为0.81,验证期模拟Re基本在-50%～0,Ens为0.68,R~2为0.71。利用5次降雨事件数据考察AnnAGNPS模型对TN、TP污染负荷的拟合精度,AnnAGNPS模型对4次降雨的TN污染负荷模拟Re控制在-13%～5%,3次TP污染负荷模拟Re维持在-12%～40%;在非点源污染控制方案中,耕地变换成林地对TN、TP污染负荷的削减效果非常显著,假设灞河中游小流域耕地变为林地的转变率分别为30%、50%、100%时,TN污染负荷削减28.20%、43.01%、78.23%,TP污染负荷分别削减33.55%、53.94%、66.81%。     

城市绿地土壤渗透性改良对雨水径流污染的削减效果及去除规律

为考察土壤渗透性改良后的径流污染削减效果和去除规律,以上海浦东某已建居住社区绿地土壤特性为样本,采用中粗砂和沸石进行渗透性改良并开展径流污染削减实验。结果表明:改良后土壤渗透性能明显提高,具有较好的截留和净化污染物作用;通过土壤成分、污染负荷、流量负荷和渗滤深度对COD、TN、TP和NH_4~+-N去除效果的影响分析,提出了不同径流污染特征下可采用不同的土壤渗透性改良方案,实现对特征污染物更有效的削减效果。研究结果可为改良城市居住社区绿地土壤渗透性,缓解初期雨水径流污染提供参考和借鉴。     

降雨入渗与地表径流污染减量模拟试验研究

针对造成水体污染的城市降雨地表径流问题,建立模拟降雨系统,选用聚合物与功能材料,改良土壤结构,提高土壤对雨水的渗透性,削减地表径流及径流携带污染物对纳污水体的污染.结果表明,复合施用PAM与沸石使降雨径流过流体土壤结构被改良,对降雨径流的削减作用明显,对土壤的降水渗透有显著的促进.数据表明,沸石与PAM配施对削减降雨地表径流与提高降雨土壤入渗的效果有协同作用.在36、72和108 mm/h不同降雨强度下,处理土壤水的入渗较对照分别提高了35%～76%、32%～66%和18%～47%,降雨后土壤的含水量较对照可提高1～5倍.     

降雨入渗与地表径流污染减量模拟试验研究

针对造成水体污染的城市降雨地表径流问题,建立模拟降雨系统,选用聚合物与功能材料,改良土壤结构,提高土壤对雨水的渗透性,削减地表径流及径流携带污染物对纳污水体的污染.结果表明,复合施用PAM与沸石使降雨径流过流体土壤结构被改良,对降雨径流的削减作用明显,对土壤的降水渗透有显著的促进.数据表明,沸石与PAM配施对削减降雨地表径流与提高降雨土壤入渗的效果有协同作用.在36、72和108 mm/h不同降雨强度下,处理土壤水的入渗较对照分别提高了35%～76%、32%～66%和18%～47%,降雨后土壤的含水量较对照可提高1～5倍.     

西安市城市主干道路面径流初期冲刷效应

以西安市城市主干道南二环太白路高架桥为路面径流采样区域,采用人工等时间间隔采样方法,在桥梁排水立管对2010年9—11月的3场径流事件进行全程采样,测试径流过程SS、COD、溶解性COD、NH3-N、Pb、溶解性Pb、Zn和溶解性Zn的浓度变化,研究路面径流的初期冲刷效应及其影响因素。结果表明,西安市城市主干道路面径流污染严重,降雨数小时后的末期径流仍具有较高的污染水平;径流过程污染物浓度变化规律与其赋存形态有关,SS、COD、Pb等以颗粒态为主的污染物的浓度随雨强变化剧烈波动,NH3-N、溶解态COD、溶解态Zn等以溶解态为主的污染物浓度变化受雨强影响较小,随径流过程呈逐渐减小趋势;路面径流初期冲刷现象并非普遍存在,与污染物的赋存状态和场次降雨特征密切相关,溶解态污染物易于出现初期冲刷现象,颗粒态污染物是否出现初期冲刷与场次降雨特征有关;测试的3场径流事件初期30%的径流携带的SS、COD、溶解性COD、NH3-N、Pb、Zn和溶解性Zn的负荷占场次径流总负荷的比例分别为21.8%～50.0%、25.5%～49.3%、36.3%～52.6%、52.6%～66.7%、26.8%～45.0%、27.2%～63.4%和36.2%～62.6%,表明仅对初期径流进行治理无法实现对西安市路面径流污染的有效控制。     

沸石渗滤床在城市初期雨水径流污染控制的应用研究

根据城市初期雨水径流的污染负荷初始冲刷效应以及主要污染物COD和N/P与SS成线性相关性的污染特点,对初期雨水的主要污染物COD和N/P开展了控制技术研究。以示范工程为基础,研究城市初期雨水径流污染控制的强化处理技术即沸石渗滤床技术,运行结果表明,对NH3-N、TP、COD都有较好的去除效果,其中对NH3-N的去除效果较为明显,进水氨氮浓度在2～5 mg/L,出水都能达到地表IV类水标准(NH3-N≤0.5 mg/L)。     

不同地表雨水径流冲刷特性分析

选择北京市某城区典型地表(校园、自行车道、商业街和高架桥)的雨水径流作为研究对象,系统分析了不同地表雨水径流的冲刷特性。分析结果表明:不同地表初期冲刷现象都比较明显,控制不同地表20%的初期雨水可以削减污染物总量的40%～60%,高架桥初期雨水径流中COD、SS和TP浓度最高,校园初期雨水径流中TN浓度最高。不同地表雨水径流的水质优劣顺序为:校园>商业街>自行车道>高架桥。校园和自行车道在整个降雨过程中D50和D90粒径大小相近,分别为30μm和50μm左右,且变化幅度都较小。高架桥和商业街在雨水径流初期D50和D90粒径有明显减小,但后期均出现较大幅度的波动,其粒径明显大于校园和自行车道。上述研究成果对于城市不同地表雨水径流污染控制和场地开发具有重要意义。     

生物滞留池对屋面径流基本污染物的控制

快速的城市化导致不透水性下垫面急剧增加,进而加剧了径流污染,尤其是屋面径流污染。生物滞留池作为低影响开发理念的核心措施之一,对径流的净化效果显著。以屋面径流为控制对象,设计了3个生物滞留池用于探究不同土壤层厚度和不同进水方式对生物滞留池出水的影响。结果表明,实验收集的屋面径流污染严重,COD和TN为《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)劣Ⅴ类。经生物滞留池处理后发现,3个生物滞留池对悬浮物(SS)的去除效果较好,去除率为92.2%～98.7%,装填20cm土壤的表层进水生物滞留池较装填15cm土壤的生物滞留池出水污染物浓度低。装填20cm土壤的表层进水和侧向进水的生物滞留池对COD、TN和TP的去除能力总体相当,表层进水和侧向进水的生物滞留池对COD的去除率分别为91.7%、90.4%,对TN的去除率分别为93.8%、86.5%,对TP的去除率分别为70.1%和72.7%。     

山地城市暴雨径流污染特性及控制对策

为了解山城重庆的暴雨径流污染特性,充实国内仍然薄弱的基础资料,对4种用地类型的4场暴雨进行了监测,测试指标包括TSS、COD、TP、TN和NH3-N。结果表明,对于坡度2.5%的交通干道和坡度30%的校园人行道,从污染物浓度降幅的角度考虑初期径流的控制量应分别为2～3 mm和1.8 mm。随降雨时间的延长,路面污染物浓度迅速降低,坡度越大,降低速率越快。对于平均浓度,校园屋顶和草坪的各污染物浓度均达到地表水环境质量Ⅴ类标准(总氮和氨氮除外)。交通干道和校园人行道的总磷平均浓度也满足地表水环境质量Ⅴ类标准,但2种下垫面的COD、TN和氨氮平均浓度分别超出地表水环境质量Ⅴ类标准的2～8倍、1.9～3.1倍和1.9～4.3倍。对于交通干道,场次降雨径流的总氮、总磷和氨氮平均浓度与初期浓度的比值和污染物浓度20 min降幅接近(分别为0.5～0.53和50%～55%)接近,而COD和TSS平均浓度与初期浓度的比值和污染物浓度20 min降幅相近(分别为0.35～0.37和78%～84%)。对于校园人行道,污染物浓度20 min降幅均达到90%以上(90%～96%),场次降雨径流的总氮、总磷、氨氮、COD和TSS的平均浓度与初期浓度的比值接近(0.3～0.4)。研究结果为山地城市暴雨径流的污染控制提供了参考。     

基于公平与效益原则的流域水污染负荷分配研究

为改善流域水环境质量，以乡镇单元为流域污染物总量控制单元，基于公平与效益原则构建了多目标水污染负荷分配模型，分别采用理想点法与基于淘汰算子的改进非支配排序遗传算法Ⅲ(NSGA-Ⅲ-EO)求解分配模型。以眉山市东坡区江东片区为研究区，对研究区COD入河总量进行分配，分析了两种求解算法的优化性能，并制定了兼顾公平与效益的污染物排放方案。研究结果表明：理想点法获得的优化分配方案具有较高的污染物削减率(16.65%);NSGA-Ⅲ-EO得到的综合最优分配方案的效益与公平性更佳，其中污染物削减率为12.70%,综合环境基尼系数为2.489 8,环境效益为37.84亿元，污染排放成本为89.89亿元。证实了流域污染总量控制中存在兼顾社会公平和效益的均衡策略，构建的优化模型可为流域污染防治提供多种可选的污染防控方案，为各利益主体提供策略参考。     

生物滞留池改善城市雨水径流水质的研究进展

如何有效控制城市雨水径流所带来的面源污染已成为城市管理工作所面临的重要难题之一.作为城市暴雨最佳管理措施(BMPs)中的技术之一,生物滞留池可有效控制城市面源污染.总结了生物滞留池在改善城市雨水径流水质方面的研究进展,简要分析了生物滞留池去除污染物的机制.研究结果表明,生物滞留池对雨水径流中的总悬浮颗粒物(TSS)、重...     

城市非点源污染逐日排放特征及控制策略研究——以昆明市北部排水片区为例

城市非点源污染的排放负荷计算及特征分析是开展相应污染控制工作的基础。基于SWMM模型开展昆明市北部排水片区2013年城市非点源污染逐日排放负荷模拟与特征分析,并选取6项评价指标对比分析了3种源头控制技术措施的径流和污染物削减潜力。结果表明:2013年研究区域排入盘龙江的非点源COD、TN和TP年排放负荷分别为2 818.39、119.24、75.21t,最大日排放负荷分别为135.41、5.69、3.86t;2013年非点源COD、TN和TP入盘龙江日平均排放值分别有171、170、215d未达到水环境功能区划目标;削减潜力分析结果表明,水质浮选雨水口对COD年总负荷超标倍数和超标日平均超标倍数的削减程度最大,屋面雨水收集则对其余指标的削减效果最好。     

西安市城市主干道路面径流污染及沉淀特性研究

在西安市城市主干道南二环路建立路面径流采样站,利用自制流量等比例采样装置,采集2009年3-11月的34场降雨径流,测试研究径流SS、COD事件平均浓度(EMC)、有机污染物赋存状态,并就降雨特征对径流污染的影响进行相关分析,还采用累积曲线法对16场径流水样进行沉淀实验,研究沉淀对径流中污染物的去除效果.结果表明,城市...     

透水路面结构对雨水持蓄及污染控制的影响

透水路面作为低冲击开发(LID)的一种重要应用措施,被认为是解决现代城市洪涝灾害、水质恶化的重要措施之一。不同透水路面结构对雨水径流的水量水质有不同的作用和影响。为此,依据天津的降雨及下垫面的具体情况建立了草皮砖,透水花砖及透水沥青3种路面结构的小试装置,采用5种降雨模式对其进行实验。结果表明,3种透水路面结构对雨水径流都有较好的削减作用,其中草皮砖结构对雨水的持蓄能力最强,各透水路面结构的总磷(TP)和化学需氧量(COD)去除率分别在90%和50%左右,草皮砖和透水沥青的总氮(TN)去除率在60%以上。     

上海市城区径流污染及控制对策

随着城市点源污染控制程度的提高,雨水径流引起的面源污染日益突出.非渗透性地表径流污染成为城市水体污染的主要来源.对上海市城区非渗透性地表径流进行了为期3年的采样调查,监测了COD、BOD5、SS、NH3-N、TP和TN等污染物指标,并估算了单位面积径流年污染负荷.结合上海市实际情况,提出了城区径流污染控制的综合策略.     

于桥水库流域污染负荷估算和管理效果评估

于桥水库流域非点源污染已成为政府高度关注的热点问题之一。使用非点源污染负荷模型PLOAD,以流域数字高程模型(DEM)、2010年土地利用现状图和不同土地利用的污染物输出系数等作为模型主要输入数据,结合流域现场调查监测等方式,对于桥水库流域的TN和TP污染负荷进行估算,分析污染物的空间分布特征,模拟实施不同管理实践下的流域TN和TP削减率。结果表明,于桥水库流域内TN和TP污染负荷分别约为223.4、19.5t/a,分布特点为"南部高于北部,河流和水库沿岸污染较重"。综合管理实践对TN和TP的削减率分别为24.49%、27.23%,其中农村人畜粪便管理、生态移民等的去除效果较显著。     

苏州市工业用地地表径流污染特性研究

对苏州新区枫桥工业园湘江路段的10场有效降雨事件的地表径流污染特性进行了研究.研究表明.地表径流水质参数COD、SS、NH3-N、TN、TP均服从对数正态分布,在95%置信水平下,SS与COD、TP、TN之问存在线性相关性(R=0.45～0.72).统计了污染物事件平均浓度(EMC),COD、SS、NH3-N、TN、TP的EMC中值分别为213、491、2.65、5.19、1.07 mg/L,相对应的单位面积污染物负荷分别为1 898、4 375、24、46、10 kg/(hm2·a).与韩国Chongju工业区和上海市相比,SS负荷高是苏州新区枫桥工业园地表径流水质的主要特点,削减SS负荷对控制其非点源污染具有重要意义.