海绵城市设施的降雨径流和污染负荷频谱分析方法

海绵城市设施效果目前主要用年径流总量控制率和年径流污染物总量削减率评价,它们通过对事件数据进行累加得到.为直接分析事件,建立了适用于降雨、径流和污染事件的频谱分析方法 .在方法例证研究中,年径流总量控制率显示海绵设施能够完全还原自然径流总量,最佳规模为201 m³.而径流频谱显示,与自然对照相比,海绵设施截留小雨(导致径流总频次减少)、对大雨控制不足,只在中雨下接近自然径流,它不能还原自然径流事件,通过计算频谱相似度得到的最大修复程度为0.66,最佳规模为238 m³.污染负荷频谱提供了大量细节信息,例如,没有初雨池的弃流器只在1.5～8.0 kg·hm^-2·d^-1的排污量范围内污染削减效果较好,在其他情况下效果较差.降雨频谱和年径流总量控制率的比较表明,频谱不会对原始数据做任何改变,只原样地呈现事件累积频率分布,其表征水文特征的真实性更高.     

城市不同材料屋面径流的污染负荷特性

分析不同材料屋面径流污染负荷特性,对于提高城市面源污染负荷估算精度和确定初期径流截流比具有重要意义.以扬州市为研究区域,通过对小青瓦屋面、水泥瓦屋面和混凝土屋面这3种屋面进行降雨径流监测,比较不同材料屋面径流污染物浓度、冲刷规律以及初期冲刷效应.结果表明暴雨事件中,小青瓦屋面径流中总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数和总悬浮物(TSS)的事件平均浓度(event mean concentration,EMC)约为水泥瓦屋面的4～9倍;小青瓦屋面径流污染物浓度变化受雨强影响程度大于水泥瓦屋面,其中TP和TSS的浓度变化趋势和雨强变化趋势的Pearson相关系数r分别为0. 853和0. 822;各材料屋面的初期冲刷强度呈水泥瓦屋面混凝土屋面小青瓦屋面,分别截流3种屋面初期径流的31. 5%、58. 0%和60. 4%,可以完成削减60. 0%的屋面径流污染负荷量的目标.如果未具体区分瓦屋面材料,用水泥瓦屋面径流污染物的EMC估算古建筑聚集区的屋面污染负荷量,将严重低估暴雨事件中TN、TP、TSS和高锰酸盐指数的实际排放量,表明精细化区分屋面材料对提高城市面源负荷估算精度具有重要意义.     

生物炭添加对湿地植物菖蒲根系通气组织和根系泌氧的影响

在处理污水的潜流人工湿地中,湿地植物容易受到缺氧胁迫.尽管菖蒲(Acorus calamus L.)是一类对缺氧条件具有显著抵抗能力的湿地植物,但菖蒲的生理响应并不能完全消除湿地长期缺氧带来的胁迫.生物炭添加能够缓解菖蒲体内超氧化物和过氧化物的积累,显著降低膜脂过氧化程度,但生物炭对缓解缺氧胁迫的具体机制尚不清晰.因此,本研究通过在温室内构建5种不同的生物炭湿地,采用植物生态学分析方法,将植物根系通气组织、根孔隙度和根系泌氧相结合,研究菖蒲根部组织对生物炭添加的响应机制.结果表明,通过在传统潜流人工湿地中添加生物炭,有利于菖蒲形成根系通气组织,增大根孔隙度,生物炭投加量与根孔隙度具有显著正相关关系.在湿地中添加生物炭将利于O_2通过通气组织传输至地下部分,并以根系泌氧(radial oxygen loss,ROL)的形式扩散至根际,显著提高根系泌氧量.与其它光强相比,在3 000μmol·(m~2·s)~(-1)条件下,菖蒲泌氧能力较强,生物炭投加比例对植物ROL的影响不显著.     

北京城市典型下垫面降雨径流污染初始冲刷效应分析

城市硬化地表的迅速增加使得降雨径流量增加,屋面和路面等下垫面上污染物的大量累积并随径流进入城市排水系统,对城市水环境造成威胁.为了解径流污染过程和给径流污染控制提供科学依据,于2004～2006年选取典型屋面和路面对径流污染过程进行了监测和分析,计算了两种径流的次降雨平均浓度(EMC)水平,发现两类径流的COD和TN污染较为严重;屋面径流的化学需氧量(COD)、总氮(TN)分别超标(地表水环境质量标准GB 3838-2002 V类)3.64和4.80倍;路面径流的COD、TN分别超标3.73和1.07倍.利用M(V)曲线,判断径流量同径流污染负荷的关系,发现屋面径流污染物总悬浮颗粒物(TSS)、COD、TN和总磷(TP)发生了不同程度的初始冲刷现象;路面初始冲刷现象主要表现为TSS和TP,总体上初始冲刷效应不明显.汇水面性质、降雨强度、污染物累积状况等都是影响屋面和路面径流污染物排放特征的重要影响因素.     

上海市屋面雨水回用处理技术研究

在分析上海市屋面雨水水质的基础上,研究了沉淀和过滤技术对屋面雨水的回用处理效果。结果表明,经过沉淀、过滤处理后,屋面雨水满足城市生活杂用水和景观用水的水质标准。     

Review of Urban Stormwater Quality Models: Deterministic,Stochastic, and Hybrid Approaches1

Abstract: The growing impact of urban stormwater on surface‐water quality has illuminated the need for more accurate modeling of stormwater pollution. Water quality based regulation and the movement towards integrated urban water management place a similar demand for improved stormwater quality model predictions. The physical, chemical, and biological processes that affect stormwater quality need to be better understood and simulated, while acknowledging the costs and benefits that such complex modeling entails. This paper reviews three approaches to stormwater quality modeling: deterministic, stochastic, and hybrid. Six deterministic, three stochastic, and three hybrid models are reviewed in detail. Hybrid approaches show strong potential for reducing stormwater quality model prediction error and uncertainty. Improved stormwater quality models will have wide ranging benefits for combined sewer overflow management, total maximum daily load development, best management practice design, land use change impact assessment, water quality trading, and integrated modeling.     

不同下垫面类型对地表径流中多环芳烃污染特征的影响分析

为了解下垫面对径流中多环芳烃(PAHs)污染特征的影响,对4次降雨事件中不同下垫面地表径流中的PAHs污染特征进行了分析.研究发现,屋面(A点)与交通路面(C点)的PAHs污染负荷远远大于另两种下垫面,降雨事件平均浓度分别达到26.66μg·L-1和27.87μg·L-1.各场降雨事件都存在随着降雨历时污染物浓度逐渐降低的过程,其中交通路面变化最为剧烈,PAHs浓度由初始的33.50μg·L-1经90 min后下降至16.36μg·L-1,而屋面则在径流结束前伴有浓度回升的现象.径流中溶解态PAHs含量远低于颗粒态含量,以2—3环略占优势,达31%—42%;而在颗粒态PAHs中5—6环则相对更多.广场路面(B点)和交通路面(C点)由于汇流面积较大,具有较明显的初期冲刷效应;屋面(A点)的冲刷效应相对较弱;草地(D点)则未表现出初期冲刷效应.研究结果表明下垫面对径流中PAHs的含量和消除均有一定影响,但与PAHs组分的相对比例无明显相关.     

多层递阶方法在变化环境下非一致性水文序列分析中的应用

由于受人类活动、气候等外界变化环境的影响,用于水资源评价计算的天然年径流量序列失去了一致性。为了适应变化环境对水文预报的要求,提出了基于时变参数的非一致性年径流序列的多层递阶预报方法。该方法不同于传统带固定参数的模型,它是将预报对象看作为随机动态时变系统,首先进行动态系统的时变参数预报,进而在参数预报基础之上对系统状态预报,从而提高了预测结果的可靠性。以闽江竹岐水文站为例,进行年径流量的中长期预报,为区域水资源的优化管理提供科学的依据。     

自适应人工鱼群-BP神经网络算法在径流预测中的应用

为了提高水库和河流中长期径流预测精度,提出了弹性自适应人工鱼群算法(RAAFSA)。应用RAAFSA算法训练BP神经网络,实现BP神经网络参数优化,形成弹性自适应人工鱼群-BP神经网络混合算法(RAAFSA-BP),对石泉水库进行中长期径流预测。仿真计算表明,弹性自适应人工鱼群优化的BP神经网络算法收敛速度快于BP神经网络算法、人工鱼群-BP神经网络算法和RBF神经网络算法。该混合算法克服了BP神经网络和人工鱼群算法易陷于局部极值、搜索质量差和精度不高的缺点,改善了BP神经网络的泛化能力,输出稳定性好,预报精度显著提高,每次预测相对误差绝对值都小于6%,合格率达到100%。该算法成功地解决了石泉水库中长期径流预测精度不高的难题,可有效用于水库和河川中长期径流预测。     

NEAR‐STREAM LANDUSE EFFECTS ON STREAMWATER NUTRIENT DISTRIBUTION IN AN URBANIZING WATERSHED1

ABSTRACT: We investigated spatial and temporal relationships among surface and subsurface watershed attributes and stream nutrient concentrations in urbanizing Johnson Creek watershed in northern Oregon. We sampled stream water at eight urban and five nonurban locations from March 1998 through December 1999. We sampled eight wells distributed over the two primary aquifers in the watershed. Using a Geographic Information System (GIS), percentages of landuse attributes within a radius of 30, 91, and 152 m from each sample site were quantified. We analyzed relationships between (1) nutrient concentrations and percentage cover of different landuse attributes, and (2) nutrient concentrations and underlying hydrologic units. We did not find a significant relationship between ground water chemistry and stream water chemistry. We found elevated levels of phosphorus (P) concentrations correlated with urban landuse, while higher nitrogen (N) concentrations were correlated with nonurban (primarily agricultural) landuse. We concluded that elevated levels of N in nonurban areas of Johnson Creek watershed were associated with agricultural practices. We further concluded that urban development factors such as increases in storm drains, dry wells, and impermeable surfaces may be responsible for higher input of P to the stream in urbanizing areas of the Johnson Creek watershed.