人工湿地在天津生态城水系构建中的应用建议研究

人工湿地技术融合基质、植物、微生物及工程构造为一体,通过物理、化学、生物、生态过程的综合作用,可以对低污染水具有良好的净化效果.在总结该技术主要工程形式、应用研究进展及常见问题的基础上,结合天津生态城水环境建设现状,以景观水体水质保持为核心目标,提出了人工湿地系统多途径多层次技术的应用方案,形成以大型人工湿地工程为依托的水系构建总体工程方案,这样就可以为该技术在黑臭水体治理及海绵城市建设领域的广泛应用提供参考依据.     

中新天津生态城水资源节约利用研究

水是城市发展的基础性自然资源和战略性经济资源,而水环境则是生态城建设所依托的生态基础设施之一。为了更合理地解决城市水资源的资源性短缺和利用性短缺等问题,以中新天津生态城水资源节约利用为例,在对天津中新生态城水环境现状和水环境系统进行分析的基础上,从再生水利用、雨水收集、海水淡化等方面入手,结合景观绿地及其灌溉系统、生态城各项规划导则以及梯度水价等管理措施探索性地研究了生态城节水的各项措施,为其他城市的水资源节约利用提供借鉴。     

海绵城市建设的水质水量控制效果实证研究:以鹤壁试点区为例

首批国家海绵城市试点建设已经完成,有关海绵城市规划与模型模拟的研究也层出不穷,但是对于海绵建设区开展持续监测并进行深入分析的研究较为缺乏,而对于海绵城市实际建设区的水质水量研究是规划建设理论与实践效果差别的唯一检测器,是优化未来海绵城市规划和建设的关键。以河南省鹤壁市国家海绵城市建设试点区为研究对象,开展试点区地表水体与雨水管网的水质水量多年持续监测研究,分析海绵城市建设对地表水主要水质指标和雨水年径流总量控制率的实践作用效果。采用人工监测与设备在线监测相结合的方式,于2015-08—2018-09在海绵城市试点区地表水体10个采样点进行了16次人工采样,共计获得109个地表水样并测定了常规水质。利用试点区内20个雨水管道出口处的流量在线监测设备获得2018-01—12的分钟级流量数据。结果表明:研究区域内波动较大的水质指标为NH₃-N、TN和DO,波动较小的为pH。与海绵城市建设前相比,研究区域的地表水系水质得到改善,试点区该年度的雨水径流总量控制率达到85.7%,满足规划建设要求指标70%。但当实际场次降雨量低于设计雨量23 mm时,仍有雨水外排。不同地块的径流控制率差异明显。以上结果丰富了海绵城市建设的实践研究,可为优化海绵城市的规划与设计建设提供参考。     

基于多目标优化与综合评价的海绵城市规划设计

海绵城市源头减排设施已被广泛应用于城市雨水径流削减与污染控制,但仍缺乏一种综合评价方法来实现其科学规划设计.本研究构建了一种基于多目标优化与综合评价相耦合的海绵城市规划设计方法,以建设成本、雨水综合径流系数、污染物综合控制率为目标函数,以源头减排设施建设规模和海绵城市径流控制指标作为边界条件,建立基于快速分类的非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）的多目标优化模型;然后结合层次分析法对优化解集进行综合指标评价,得出最优化设计方案.利用该方法以研究区A为案例,构建了一套建设成本最小化、水文水质效益最大化的设计方案,并通过海绵城市建设前后的暴雨洪水管理模型（SWMM）,评估最优化方案的降雨径流控制与径流污染控制效果.研究结果表明,海绵城市建设能大幅削减雨水径流量,年径流总量控制率达70.1%;雨水峰值流量削减率超过40%,同时延后径流峰值出现时间;有效降低雨水径流污染,研究区各类污染物综合削减率均超过30%.本文提出的多目标优化与综合评价方法,能够基于特定的目标与需求,针对性提出适合区域发展的海绵建设方案,为海绵城市规划设计提供技术支持.     

基于EFDC城市景观湖泊水动力模拟研究

城市景观湖泊是生态城市建设的重要组成部分,其水流缓慢,水动力交换和自净能力较弱,水质易受城市排污、径流、人为活动等因素影响。本文应用EFDC(environment fluid dynamic code)三维模型研究分析了典型城市景观湖泊-天印湖的水动力特征,模拟了2011年9月至2013年12月水龄变化过程和时空分布,分析降雨径流和风力驱动对水龄的影响力。结果表明:天印湖的水动力主要驱动力为降雨径流,风力对水龄的影响很小。研究结论有助于理解城市景观水体的水动力特性以及进一步研究水动力对水质变化的影响,并为城市水环境建设和保护提供一定的方案支持。     

基于AQUATOX的城市景观湖泊的水环境模拟与控制

城市浅水景观湖泊因其在水循环系统中的特殊性和其景观功能容易产生富营养化污染。针对位于成都市的某小型景观水体,混合了点源污染和非点源污染多种污染源,可持续生态维护难度较大,探索了利用水生态系统模型AQUATOX来模拟和预测该景观水体的水环境状态。根据为期1年的水质参数监测数据,分析不同来源污染负荷对水体营养物质含量的影响。利用实测数据拟合模型结果,分析模型运行的敏感参数,对相关参数进行率定,以增加模型对该水体水生态演变预测的准确性。使用高度拟合模型对水体富营养化关键决定参数TP、TN以及NH₃-N对该浅水景观湖泊水质的影响,利用SWMM模型模拟LID措施对入湖雨水污染负荷的削减效果,LID措施后TP和TN的雨水径流污染负荷分别减少59.34%和58.39%,NH₃-N的负荷降低21.94%,对降低面源污染效果负荷良好。水体中TP、TN和NH₃-N含量的平均削减效果分别为38.57%、42.2%和58.31%,可为景观水体富营养化生态修复提供理论指导。     

北方城市大型景观水系水体循环净化的数值模拟

静湖是中新天津生态城最大的景观湖,并连通故道河及惠风溪等水体一起形成了生态城独特的水生态系统,是北方城市大型景观水系的代表,其水环境改善和保障问题受到较大关注。在对生态城静湖水系水体循环净化设施建设和水质提升工程运行方案实施等重点调查分析的基础上,运用Delft3D FM构建静湖水系数值模型模拟水体水动力、水质演变过程,分析评估了工程运行对水质指标的改善效果。结果表明:静湖水系水质受降雨影响明显,对比汛前、汛后各河段水质浓度变化发现,汛后COD、TP浓度可升高10%,部分河段甚至升高60%,汛后NH₃-N降低20%~30%;通过设置补水、拆除隔离坝、增加循环泵和排水泵等工程措施,静湖水系水动力条件得到较大改善,NH₃-N、TP基本能达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水标准,ρ(NH₃-N)可降低3%~25%,ρ(TP)可降低6%~50%。工程措施应综合考虑水环境本底、污染源治理、水利设施运行等多因素共同制定水质提升策略。     

北方寒冷地区景观水体水质保障技术及对策研究

我国北方地区冬季漫长而寒冷,夏季短暂而温暖,年平均气温低,气温年较差大,开展北方寒冷地区景观水体研究对完善生态系统保护体系及可持续发展具有重要意义。针对北方寒冷地区景观水体环境特征,以牡丹江市南湖水系为例,开展水体水质及水环境特征研究,进行北方寒冷地区景观水体的生态重建与景观修复技术、水资源管理技术、越冬策略研究,并根据工程实践结果,提出北方景观水体水质保障的对策和建议,对北方地区景观水体保护、流域可持续发展具有借鉴意义。     

生物滞留设施对雨水径流氮磷污染物净化机理和运行优化方式研究进展

生物滞留设施是城市雨水管理和海绵城市建设的典型技术措施之一,其对城市雨水径流中氮、磷污染物的净化机理和控制效果受到研究人员广泛关注。通过系统梳理生物滞留设施对不同形态氮、磷的净化机理研究进展,分析了传统生物滞留设施对雨水径流中氮、磷污染物的控制效果;进而从设施填料组合与配比、淹没出流区设置、碳源添加和填料填装方式4个方面,系统分析了生物滞留设施对雨水径流中氮、磷污染物净化效果的提升方式和效果。基于目前研究的不足和海绵城市建设中实际工程技术需求,从生物滞留设施对雨水径流氮、磷污染物控制方面展望了未来重点研究方向。     

曲靖中心城区水环境保护对策探索

曲靖市中心城区麒麟区是珠江源头南盘江干流的第一城,多年来,南盘江干流上段水质为劣Ⅴ类。经过城区的两条支流白石江、潇湘江水环境建设是园林城市建设的重要组成部分。通过水环境建设,从保护水源、高效利用水资源以及水生态环境改善等方面,完成地表水、地下水功能区划目标;应用提高江、河、湖泊等水体沿岸绿化率,增强水生态滤污或截污能力;保护水生生物,保护水生态安全,提高生态效益;加强水利风景区建设,优化景观效应;深入开展水环境综合整治工作,打造青山秀水的"生态城市"。     

人工调水回灌和海绵城市促渗补给地下水方案比较

随着城市化快速发展和城市人口急剧增加,城市需水量急剧增加,导致许多城市地下水被过量开采。与此同时,随着城市建设用地的增加,不透水面积比例逐年升高,阻断了雨水下渗通道,导致地下水补给量逐年减小。地下水资源的过量开采引起了地面不均匀沉降、地下水污染、海水入侵等一系列问题。针对上述问题,以某市为例,从水量、水质、工程可靠性等方面比较了人工调水回灌与海绵城市促渗补给地下水方案的综合效益。结果表明:人工调水方案地下水补给量约为779万m3/年,海绵城市建设方案地下水补给量为339万m3/年,2种方案补给水水质中污染物种类相似,但雨水径流污染物浓度波动较大。因此,人工调水具有补水量易于控制、水质相对稳定,但调水水量受可利用水源的制约。海绵城市建设在保证地下水补给效果的同时,还具有雨水径流污染控制、洪涝缓解等多重效益,综合效益相对较高,且更符合城市可持续发展的理念。     

基于海绵当量的绿色雨水基础设施规划设计方法研究

绿色雨水基础设施作为海绵城市建设的主要设施,能够减少径流雨水的产生、外排以及发挥净化作用,但绿色雨水基础设施的种类较多,设施的控制效果及适用条件不一。为便于海绵城市绿色雨水基础设施的规划、设计、验收、考核及监测评估,提出了"海绵当量"的概念以及典型绿色雨水基础设施海绵当量的计算方法,并以北京典型片区为例进行应用验证。研究方法和结论可为绿色雨水基础设施规划设计优化及海绵城市建设效果评估提供技术支撑。     

城市降雨径流监测自动采样技术研发与应用

海绵城市建设效果评估需要对海绵设施和不同尺度区域的径流过程进行水质监测采样。现有的采样方法和设备难以自动采集到径流产生初始阶段的水样。研发了一套包含无电力驱动天然降雨自动采样器、"零捕获"下垫面径流过程水质监测自动采样终端、智能型自动水质监测采样器等设备的城市降雨径流水质监测自动采样技术,解决了全天候、自动采集天然降雨和径流过程最初水样的难题,并可记录采样过程的具体时间。实际应用表明,该套技术可操作性强,性能可靠,能为相关科学研究和监测评估提供参考。     

基于光纤传感技术的天然海绵体监测系统评估

对海绵设施的运行效能进行科学监测,可有效评估海绵城市建设的收益,并为海绵城市的建设提供数据反馈和指导性建议,但目前并无有效方法对天然海绵体运行效能进行监测评估。以湖北西部某大型高铁交通枢纽区海绵试点区为例,将光纤传感系统监测到的透水速率作为基础参数,探究其与含水率之间的函数关系,并建立蓄水量监测模型,完成了整个监测系统的构建。在实际降雨条件下,对该系统在径流监测及蓄水饱和预警方面的性能进行了评估,结果表明:光纤传感监测系统,在径流监测方面具有较高精度,预警产流时刻与实际产流时刻基本吻合。光纤传感监测系统展现出了很强的适应性和优异性能,可为海绵城市设施自动化运行提供技术支持。     

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。     

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。     

海绵城市监测和效果评估中存在的问题与对策建议

海绵城市监测与评估涉及科学、技术、工程、设备及管理等多个方面,现阶段监测评估工作面临一定的困惑和挑战。根据我国海绵城市建设效果监测评估实践,分析海绵城市监测评估中在监测目的、监测方案、评估分析方法、模型率定和验证等方面存在的误区及若干问题,并提出相应的对策建议。针对建设,片区、项目、设施等不同尺度,从效果评估、科学研究、模型率定、运行维护等方面对监测目的和内容进行分析。海绵城市建设效果评估的核心指标应包括年径流总量控制率、黑臭水体消除比例、内涝积水点消除比例、内涝防治标准达标情况、天然水域面积变化率等,鼓励采用"监测+模型"的评估方式。     

汇流路径对SWMM模型水量模拟结果的影响

随着城市雨水管理信息化的快速发展,数学模型逐渐在城市雨水系统规划设计中得到广泛应用,但模型的模拟精度已成为制约其广泛应用的瓶颈问题之一。以某低影响开发（low impact development,LID）雨水系统为例,基于SWMM模型,系统分析了不同重现期条件下,低影响开发设施占比和汇流路径的差异对雨水径流水量控制效果的影响。模拟结果表明:与不考虑汇流路径相比,考虑汇流路径时雨水径流外排总量削减率为4.32%~26.53%,峰值削减率为38.46%~61.40%。因此,汇流路径对雨水径流外排总量和峰值流量影响均较大,且随着LID设施占比升高而增大,随着降雨重现期的增加而降低。在场地开发过程中,可以通过合理的汇流路径设计,提高场地中LID设施对雨水径流的控制效果。同时,在利用模型对场地雨水控制利用效果评估时,也应充分考虑汇流路径对模拟结果的影响。