模拟降雨径流作用下红壤坡面侵蚀水动力学机制

土壤侵蚀过程受控于侵蚀外营力和土壤抗侵蚀性能,深入理解坡面流水动力学特性及其侵蚀动力是研究土壤侵蚀动力学机制的基础。利用可变坡土槽,通过不同雨强(60、90和120 mm/h)和径流冲刷(10、15和20 L/min)组合模拟试验,研究了第四纪黏土红壤坡面水流的水动力学特征参数及其与土壤侵蚀量间的关系。结果显示:降雨和径流冲刷影响了坡面产流产沙过程和坡面流水力学特性,其中平均流速v、平均水深h、雷诺数Re和水流功率ω均随降雨强度和上方来水流量的增加而增大,相对水深曼宁糙率n/h则减小,其水力学他参数(弗如德数Fr、阻力系数f和水流剪切力τ)变化规律不明显。坡面水流平均速度取值范围为0.21~0.45 m/s,平均水深取值范围为5.6~9.4 mm,在试验条件下红壤坡面侵蚀水流流态大部分均处于"紊流-急流区"。不论从径流角度看或是从泥沙角度分析,由相对水深和曼宁糙率系数两种水动力因子共同组成的复合水动力特征参数-相对水深曼宁糙率,是表征不同上方来水流量和降雨强度条件下第四纪粘土红壤坡面侵蚀特征的水动力参数。     

三峡工程对下荆江径流变化影响分析

下荆江作为长江最不稳定的江段之一，三峡工程的运行必然会对该江段的水文过程产生深远影响。以监利水文站日均流量数据为基础，研究分析了1983~2012年近30 a来下荆江年径流量、各月月均流量的变化趋势。结合三峡工程的阶段性蓄水，以蓄水前流量的自然波动幅度为基础，定量分析了三峡工程对下荆江径流变化的影响程度。趋势性分析结果显示，近30 a来下荆江年径流量呈波动性变化，无显著趋势。1~3月月均流量有极显著的增加趋势，10月份有极显著的下降趋势。从三峡工程蓄水前后各月份月均流量的绝对变化量来看，10、7和8月的变化量最大，但结合三峡工程蓄水前各月月均流量的自然波动幅度，相对变化率最大的月份为1、2和10月，其相对变化量均超过其自然波动幅度的1.5倍。对于相对变化量较大的月份可能产生的潜在影响亟需进一步的深入研究     

汉江流域土地利用/覆被变化的水文效应模拟研究

针对流域LUCC驱动因子众多、驱动因子与土地利用/覆被变化之间存在复杂的非线性动态关系的特点，以汉江上游流域LUCC模拟为例，构建基于人工神经网络（ANN）与元胞自动机（CA）的模拟土地利用/覆被变化的CA ANN耦合模型，并应用该模型预测汉江上游流域2020s年代的LUCC变化情景。结果表明：2020s汉江黄家港站上游流域水田、旱地、灌木林与建设用地面积均有不同程度的增加，其中建设用地增幅最大，与区域交通和城市化的迅猛发展趋势相符；除建设用地增幅变化较大之外，1980s～2000s与2000s～2020s两个时期其余土地利用/覆盖类型的面积变化率都比较相近，表明CA ANN耦合模型能够刻画土地利用/覆盖类型的转换规律，在流域土地利用/覆被变化的复杂非线性动态演变情景的模拟预测方面是可行的。在此基础上，应用SWAT分布式水文模型模拟汉江上游流域水文过程。研究结果表明：在1980s年代、2000s年代及预测的2020s年代LUCC情景下，汉江上游流域年平均径流量呈增加趋势，LUCC对径流量年内影响较汛期显著，多年平均蒸散发量呈增加趋势     

广州城区“雨水-雨水径流-河涌”污染链的特征

正在点源污染被逐步控制后,城市地面雨水径流已成为城市河流与湖泊等水体主要污染源.国内相关研究起步于20世纪80年代,之后在北京、上海、西安、珠海、澳门、天津、广州等城市开展.雨水、雨水径流及河涌的污染过程已经形成了一个完整的污染链,即雨水携带大气颗粒物降至地面,随之形成的雨水径流又携带地表污染物进入城市河涌,从而恶化河涌水质;然而,对"雨水-雨水径流-河涌"整个污染链的研究尚鲜见文献报道.     

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。     

屋面雨水原位接续储用系统研发与应用

屋面雨水储用的水质保障是雨水资源高质量回用的关键。传统储水系统由于结构性缺陷和污染物质接续扩散的影响，导致储水水质不佳。该研究采用Fluent软件，通过改变进水水力条件和系统结构，模拟和识别了储水系统接续过程中的污染物质归趋；创新性提出增设隔离生态净化层，构建基于沉淀区、过渡区和澄清区的新型屋面雨水原位接续储用系统；通过4场降雨的原位净化效果研究，结果表明该新型储水系统净化效果极佳，水质稳定达到城市杂用及景观水回用标准，可作为屋面雨水储用系统装备广泛使用。     

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%。     

临安区不同功能区道路降雨径流重金属污染特征及源解析

于2017—2018年对临安区不同功能区的道路进行道路降雨径流采样,分析降雨量、季节变化和街尘对临安区道路降雨径流重金属污染特征的影响,并运用主成分分析法进行重金属源解析。结果表明,临安区道路降雨径流污染较严重;降雨强度越大,重金属浓度下降更快且末期浓度更低;道路降雨径流中Cu呈现春夏季大于秋冬季,Zn、Cr呈现秋冬季大于春夏季,Pb、Ni呈现冬春季大于夏秋季的季节变化趋势;临安区街尘与道路降雨径流重金属污染存在一定的相关性;主成分分析表明重金属污染源主要为以电线电缆为主的工业活动和汽车损耗。     

TRMM 3B42卫星降水数据在赣江流域径流模拟中的应用

以赣江流域为研究区,基于观测降水和TRMM准实时数据(3B42RTV6、3B42RTV7)和分析数据(3B42V6、3B42V7),驱动VIC水文模型,开展卫星降水产品在赣江流域的水文模拟,评估TRMM降水产品在水文模拟中的应用能力。结果表明:(1)在赣江流域,3B42V7估算的降水与实测降水的对比结果最好,3B42RTV6的估算精度最低,3B42RTV7较3B42RTV6在赣江流域的降水估算精度提升非常明显;(2)在径流模拟方面,3B42V6和3B42V7在日尺度上尽管对洪峰的模拟有所偏差,但模拟结果仍能反映径流变化特征,在月尺度上模拟结果精度较高,纳什系数均在0.9以上,并且二者在4、5月的径流模拟结果较好,7、8月的模拟结果较差,而3B42RTV6对径流的模拟能力较差,日径流量和月径流量均呈现明显低估,3B42RTV7对径流的模拟结果比3B42RTV6有明显改善,可以满足实时水文预报的需求。     

路面径流的大肠菌群污染及其雨水花园处理

调查了上海市区路面径流中大肠菌群的污染状况,分析了径流中大肠菌群含量的主要影响因素,采用雨水花园模拟柱,考察雨水花园对城市路面径流中大肠菌群的去除效果。结果表明,上海市区地面道路径流中总大肠菌群、粪大肠菌群的均值分别为2.28×106、9.48×105cfu/100 m L,污染较严重,径流中大肠菌群含量与气温呈正相关;雨水花园对径流中大肠菌群具有良好的去除效果,不同模拟柱平均去除率范围在92.4%~99.5%。填料深度和水力停留时间是影响雨水花园对大肠菌群去除效果的主要因素。长期运行后,填料中没有大肠菌群的积累,雨水花园对大肠菌群的去除效果可保持长期稳定。