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。     

基于绿色基础设施的城市非点源污染控制研究

以珠海市西部新城为例,通过监测采样分析现状城市降雨径流污染特征和规划前后城市非点源污染负荷,采用雨洪管理模型（SWMM）模型构建6种基于不同绿色基础设施技术的污染控制情景,并评估分析各情景下的成本效益.结果表明：现状建成区道路和地面铺装的径流污染较重（劣Ⅴ类）;屋顶和地面的初期径流冲刷效应明显;规划后城市径流污染物排放负荷增加至现状的2.9~3.2倍.组合型方案（源头型组合、源头-末端组合）的污染综合控制效果优于单技术方案,但其污染物单位削减成本较高;单技术方案中,末端型的调节塘对各污染物的单位削减成本均最低,且对TN、TP的削减效果较好;源头型的生物滞留池和植草浅沟的单位削减成本也较低,但污染物削减效果较差;而透水铺装的单位削减成本较高.总之,单项技术方案在污染控制的成本效益表现上要优于组合型方案,若要取得更好的污染控制果,则还需投入更大的成本,采取组合型方案进行污染控制.研究可为当前快速城市化新区海绵城市的多目标决策提供科学依据.     

基于土地利用的厦门市生态水文调节服务评估

生态系统具有重要的水文调节服务,通过对降水截留、过滤、吸收等手段,能够起到削峰补枯、缓和地表径流、增加地下径流的作用.以厦门市为研究对象,采用SWAT（soil and water assessment tool）水文模型评估了2015年厦门市生态系统水文调节服务;以土地利用为驱动变量,对2010年厦门市生态水文调节服务进行了评估,分析近年来厦门市加快城市绿化和海绵城市建设背景下土地利用变化对厦门市生态水文调节服务的影响.结果表明:2015年厦门市生态水文调节量为5.43×108 m3,时空差异较为明显.从各辖区来看,位于北部山区的同安区调节量（2.91×108 m3）最高,单位面积生态水文调节量（44.61×104 m3/km2）亦最高;建成区内的湖里区调节量和单位面积调节量均最低.从年内分布来看,5—9月生态水文调节量占全年的84.96%,生态系统有效减缓了径流输出,起到削峰的作用;10—11月,生态系统通过拦蓄降水,将其转换为土壤水和地下径流,使得该时期的实际径流大于潜在径流,起到补充枯期径流的作用.在相同气象条件下,2010年和2015年厦门市生态水文调节能力的空间分布整体一致,相比于2010年,2015年厦门市生态水文调节能力有明显提高,各辖区调节量和单位面积调节量均有所增加.研究显示,厦门市生态水文调节服务受气象条件和土地利用的共同作用,降水量越大,生态水文调节量越大,并且北部高植被覆盖区的生态水文调节能力高于南部建成区.      

厦门市绿色植被降温服务功能核算及其时空动态特征

为了准确核算厦门市绿色植被降温服务功能,收集厦门市2010年和2015年18个气象站点数据,采用30 m空间分辨率Landsat卫星数据和250 m空间分辨率、16 d合成的MODIS植被指数产品,在已有基于能量平衡估算模型的基础上,通过考虑植被覆盖及降温服务时长,构建了绿色植被降温服务功能核算的改进模型,并对厦门市2010—2015年绿色植被降温服务功能时空动态特征进行分析.结果表明:①改进模型能够较为准确且合理地描述绿色植被降温服务功能的时空变化特征.②厦门市北部山区由于高植被覆盖度降温服务功能高于南部城市建成区,而城市建成区中的城市绿地也具有明显的降温作用.③2010—2015年各区降温服务功能实物量整体呈增加趋势.其中,同安区降温服务功能实物量变化量最多,为166.12×106 kW·h;湖里区变化量最少,为9.72×106 kW·h;其余各区变化量都在40×106~75×106 kW·h范围内.④森林在降温服务中贡献最大,达60%以上.相比2010年,2015年降温服务功能实物量除了灌木林地变化率为-4.29%外,其余绿色植被类型均呈增长趋势,如森林和农田的增长率为11.97%、14.23%,草地和城市绿地的增长率为87.45%、92.11%.研究显示,厦门市2010—2015年的绿色植被降温服务功能总体呈明显增强趋势,其中城市绿地的降温服务功能增强尤为明显.      

维护良性水循环的城镇化LID模式:海绵城市规划方法与技术初步探讨

海绵城市是低影响开发模式(Low Impact Development,LID)的重要途径,也是解决我国城市水问题的重要举措。论文从良性水循环理念的角度,针对城市防洪排涝、面源污染控制以及雨洪资源化利用等三大核心问题,以城市雨洪模拟技术和LID优化技术方法为重点,探讨了支撑海绵城市实施的关键技术方法,构建了具有自主知识产权的城市雨洪模型;并以首批海绵城市试点常德市为例进行了应用研究。研究得出:现状常德城区径流系数在0.33~0.81之间,平均值为0.64;按确保年径流总量控制目标的实现,采用渗、滞和蓄等多种LID消纳各地块径流,城区90%的地块均能达到控制目标,下沉式绿地、透水铺装和绿色屋顶总面积分别为496.75、1 338.15和613.21 hm2,占各地块面积的3.9%~31.4%之间。污染负荷SS削减率在45.0%~47.7%之间,平均削减率为46.1%。常德城区通过实施LID措施,雨洪径流和污染负荷的输出量将显著降低,基本能够达到控制目标。研究为常德海绵城市规划设计提供了重要技术支撑和理论依据,为我国海绵城市规划方法和技术研究提供了参考。     

城市雨洪径流模型研究进展

近年来中国城市暴雨引发频繁内涝灾害,降雨径流成为水体污染重要因素。采用数学模型模拟地表径流过程对城市内涝和径流污染物的高效控制具有重要意义。基于城市雨洪径流模型的研究现状和应用实例,选择SWMM、HSPF、Infoworks CS、SLAMM 4个应用较广而侧重不同的国外城市雨洪径流模型进行介绍,归纳模型基本概念和原理,比较主要用途和适用条件,并分析各自的特点及国内外研究进展。同时指出现有城市雨洪径流模型的不足之处,对其发展趋势进行展望。     

基于SWMM模型的南宁市海绵城市建设优化模拟

为推进南宁市从"工程治水"向"系统治水"的海绵城市建设改造,借助SWMM雨水管理模型和Arc GIS地理信息系统,将研究区划分为若干个150 m×150 m的子汇水面积作为模拟单元,构建南宁市区地表径流及非点源污染精细化雨水径流模型。2009年、2015年南宁市雨水年径流总量分别为1. 86亿,3. 37亿m3,增长率为44. 81%,径流中心和高径流区在空间上均向市区东北方向偏移。利用构建的南宁市精细化雨水径流模型,借助SWMM中的低影响开发(LID)模块,结合不同改造目标对南宁某高强度海绵城市模式示范区进行情景改造模拟。结果表明:最大径流量/悬浮颗粒物(SS)去除模式(情景1)下,径流量削减率为21. 04%,SS削减率为66. 37%。成本最优模式(情景2)下,径流量的削减率为13. 74%,SS削减率为46. 71%。引入单位投资回报作为改造效益评估指标时,情景2下,单位成本径流量和SS削减率分别增加了0. 17%和0. 89%,说明情景2比情景1更贴合实际工程评估。因此,将单位成本投资作为工程效益评估指标能更客观真实地指导海绵城市建设规划。     

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。     

中国电力行业多污染物控制成本与效果分析

利用情景分析法建立了2010—2030年我国电力行业SO₂、NO_x、PM₁₀、PM_2.5的排放控制情景,分析了发电技术结构调整、加严及进一步加严末端控制措施(脱硫、脱硝、除尘等)的减排成本和效果. 结果表明:到2030年,相对于趋势照常情景,若加严末端控制设施,将新增336×108元投资,SO₂、NO_x、PM₁₀、PM_2.5排放量可分别减少121×104、852×104、18×104、10×104 t;若进一步加严末端控制措施,将再新增25×108元投资,NO_x、PM₁₀、PM_2.5可分别进一步减排45×104、23×104、15×104 t;若进行发电技术结构调整,将新增2 383×108元投资,SO₂、NO_x、PM₁₀、PM_2.5排放量分别减少248×104、420×104、18×104、10×104 t;2020年和2030年发电技术结构调整带来的单位污染物减排成本分别为15 374和34 239元/t,是末端控制措施加严的3倍以上,但其能提供更大的SO₂减排空间并具有降低能耗和减排温室气体等协同效益. 从成本效果角度考虑,建议采用加严末端控制措施方案,同时调整发电技术结构、合理发展清洁发电技术,以为污染物减排提供更大空间.      

黄河流域城市绿地生态需水时空特征分析

界定了城市绿地生态需水和生态灌溉需水的内涵与特征,构建了城市绿地生态需水和生态灌溉需水的计算模型,对黄河流域45个地级以上城市的绿地生态需水与生态灌溉需水进行计算与分析.研究结果表明:①黄河流域城市绿地年生态需水量为44 749.7×104m3,年生态灌溉需水量为22 783.5×104m3.约占2000年黄河流域城市市区供水总量的4.85%.其中90.2%的生态灌溉需水集中在绿地植物的生长期(4～10月份);②植物需水和生态灌溉需水表现出不同的月变化趋势和空间分异规律.月生态灌溉需水的计算结果为黄河流域城市绿地生态用水的合理配置提供了科学依据.     

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。     

2次降雨间隔时间对城市地表径流污染负荷的影响

2003～2005年通过对武汉市十里铺集水区12次降雨径流的水量和水质过程监测,研究了城市降雨径流污染负荷同2次降雨间隔时间的关系,探讨了城市地表状况、排水系统管理以及降雨特征在城市降雨径流污染负荷形成中的作用.结果表明,城市降雨径流污染负荷受2次降雨间隔时间和降雨径流量的共同影响.2次降雨间隔时间与初期降雨径流污染负荷存在显著的正相关关系 (p<0.01).汉阳地区城市地表卫生管理差和雨、污合流制的排水系统是城市径流污染负荷形成的主要原因.可以利用2次降雨间隔时间和降雨径流量预测城市降雨径流污染负荷.加强城市地表卫生管理和排水系统的管理,降低污染物在晴天累积的程度,从源头上减少污染物的数量,是有效控制城市降雨径流污染的首先途径.     

城市绿地降雨径流污染特征对比研究：以澳门与厦门为例

在澳门与厦门分别选一分流制管道类型的绿地小流域开展降雨径流监测,以研究城市绿地降雨径流污染特征.结果表明,两城市绿地小流域降雨径流的主要污染物为COD、TP、NO_3~--N,其EMC平均值分别为165.77～60.48 mg/L、 0.96～0.44 mg/L和7.16～1.18 mg/L;两城市绿地的COD、TP、NO_3~--N污染负荷平均值分别为6.53～0.63 kg/hm~2、 0.037 5～0.0047 kg/hm~2 和0.012 2～0.012 8 kg/hm~2;绿地降雨径流污染物浓度峰值出现时间早于径流量峰值;城市绿地降雨径流初始冲刷效应不明显,厦门绿地小流域降雨径流COD、TSS、TP及NO_3~--N的FF_(30)分别为36.26%、 26.13%、 28.13% 和39.03%.基于多元回归分析结果表明,总降雨量和总径流量是影响绿地降雨径流污染初始冲刷效应的主要因素.     

Ecological compensation mechanism for urban green land and its application in Shanghai,China

Urban green land compensation plays an important role in county development, ecological environment management and many other fields. The concept, methods and principles of urban green land are introduced in this paper. According to the pay fee method, the value and ecological function of various types of urban green land were analyzed. The cost-benefit analysis method (CBAM) was used to estimate different external diseconomy benefits caused by green land loss. The authors applied CBAM to estimate such benefits in the case of Shanghai, China, and calculated the actual compensation value for green land. Results indicated that in 2002, the compensation value for the green land of Shanghai was RMB 8.58 × 10⁵ Yuan/hm². Translated from Urban Environment & Urban Ecology, 2006, 19(3): 4–6, 11 [译自: 城市环境与城市生态]     

基于源区监测的城市地表径流污染空间分异性研究

通过对汉阳城区14个地表源区4次降雨径流过程水样的采集与分析,研究城市地表径流污染空间分异性及其影响因素,以期为地表径流污染的源区控制提供科学依据.结果表明,城市地表径流颗粒态COD、TN和TP分别占58%±17%、65%±13%和92%±6%,溶解态TN中NH 4+-N、NO 3--N和DON相当.不透水地表功能、交通流量、土地利用、人口密度以及卫生管理水平是影响城市地表径流水质空间分异的主要因素.土地利用对径流污染程度的影响是旧城居民区一般城区居民区/饮食区交通商业区新建区城市绿地,人口密度高和管理差的旧城区径流污染最重;道路地表径流污染程度与交通流量呈正相关,交通流量越高地表径流污染越重,1级交通干道2级干道支路.加强地表卫生的管理,并对地表径流污染产生的关键源区进行控制是减轻城市地表径流对水环境负面影响的有效途径.     

Integral stormwater management master plan and design in an ecological community

Urban stormwater runoff nearly discharges directly into bodies of water through gray infrastructure in China, such as sewers, impermeable ditches, and pump stations. As urban flooding, water shortage, and other environment problems become serious, integrated water environment management is becoming increasingly complex and challenging. At more than 200 ha, the Oriental Sun City community is a large retirement community located in the eastern side of Beijing. During the beginning of its construction, the project faced a series of serious water environment crises such as eutrophication, flood risk, water shortage, and high maintenance costs. To address these issues, an integral storrnwater management master plan was developed based on the concept of low impact development （LID）. A large number of LID and green stormwater infrastructure （GSI） approaches were designed and applied in the community to replace traditional stormwater drainage systems completely. These approaches mainly included bioretention （which captured nearly 85th percentile volume of the annual runoff in the site, nearly 5.4 x 10^5 m3 annually）, swales （which functioned as a substitute for traditional stormwater pipes）, waterscapes, and stormwater wetlands. Finally, a stormwater system plan was proposed by integrating with the gray water system, landscape planning, an architectural master plan, and related consultations that supported the entire construction period. After more than 10 years of planning, designing, construction, and operation, Oriental Sun City has become one of the earliest modem large-scale LID communities in China. Moreover, the project not only addressed the crisis efficiently and effectively, but also yielded economic and ecological benefits.     

城市交通干道降雨径流中PAHs的污染特征

以上海、温州市典型交通干道地表径流为研究对象,分析了样品中16种溶解态和颗粒态PAHs浓度,了解了城市交通干道降雨径流中PAHs污染特征及其动态变化过程.结果表明,径流中∑PAHs(包括溶解相、颗粒相)浓度范围为919.8～16711.6ng·L-1,溶解相中PAHs浓度要远低于颗粒相(分别为4.9～1558.0ng·L-1,635.4～16624.0ng·L-1).通过对3场降雨事件中PAHs浓度随降雨过程变化的研究,可以发现并不是所有道路径流都有初期冲刷效应,初期冲刷的产生受雨前干期、降雨强度以及径流量等因素共同作用,因此简单拦截初期径流并不能十分有效地降低PAHs污染负荷.径流中PAHs在颗粒相-水相间的分配系数Kp值为2.3×104～2.5×106L·kg-1,随着悬浮颗粒物含量增加而减少,这可能跟径流过程中颗粒物粒径组成有关.     

南宁市老城区降雨径流溯源及污染特征分析

降雨径流是城市河道污染的重要来源之一.为了解降雨径流的污染特征,对南宁市老城区进行降雨径流同步采样监测,分析不同降雨条件下不同下垫面污染状况、初期冲刷效应及污染贡献比等特征,探讨了径流污染初期冲刷计算方法及影响因素分析,并根据老城区菜市场下垫面讨论降雨径流下垫面选取标准与必要性.结果表明,南宁市老城区径流污染中,道路及菜市场的COD和TSS场次降雨径流平均浓度(EMC)大于绿地和屋顶,营养盐污染物EMC值由大到小依次是菜市场、绿地、屋顶和道路.大雨条件下各下垫面均有较为明显的初期冲刷效应,初期冲刷系数(b)均值为0.67,道路和绿地初期输送污染物较多;小雨和中雨条件下总体未产生明显的初期冲刷效应,b均值分别为0.83和0.94,评价冲刷效应更倾向于选取采用全过程计算的b值.基于多元统计分析表明,道路径流TSS的EMC值与总降雨历时之间呈显著正相关,绿地径流TN的EMC值与平均降雨强度间呈显著负相关.是否考虑菜市场作为下垫面的一类对营养盐污染负荷计算结果影响较大,对COD和TSS负荷计算结果几乎无影响,大雨下营养盐污染负荷差值百分比达80%,此时道路和菜市场污染物EMC差值百分比达到1 ...