基于NSGA-Ⅲ算法的合流管网末端截流调蓄设施优化设计

在城市排水系统中,截流调蓄设施是控制合流制溢流(CSO)的一项重要措施。通过将暴雨管理模型(SWMM)与多目标遗传算法(NSGA-Ⅲ)相结合,对截流调蓄设施优化设计问题进行求解。该方法以截流效率、建设成本、水泵启停次数作为模型的优化目标,实现了截流调蓄设施规模的多目标优化。通过对SWMM进行面向对象的重新编码,实现了多线程计算和SWMM与NSGA-Ⅲ模块之间的快速数据交换,避免了频繁的文件操作,求解速率可提升至单线程计算的16倍。利用该方法对武汉市某合流制管网末端截流调蓄设施进行了优化设计,结果表明:该方法所确定的优化设计方案的建设成本可降低为原设计方案的60%,且在截流效率、调蓄池容积等方面更具优势。     

基于多目标优化的低影响开发设施布局方法

以海绵城市试点区-南昌市某分流制区域为例,针对低影响开发（LID）设施的最优成本效益问题,耦合了雨水管理模型（SWMM）和非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）,对LID设施建设成本、径流SS负荷削减率、径流量削减率3个目标函数进行多目标优化.得到了一系列完整的成本效益曲线（帕累托解集）,实现了区域LID设施建设方案的自动寻优.比较不同降雨重现期（P=2、5、15 a）条件下的优化结果,发现LID设施在径流SS负荷控制方面不易受降雨重现期的影响;而在径流量控制方面,受降雨重现期影响较大,高成本LID设施建设方案也难以有效削减高重现期降雨径流.以帕累托解集中3种不同建设成本的方案为例,根据2016年实际降雨对不同方案下的水量水质的控制效果进行了模拟,决策者可以根据资金投入、控制目标、受纳水体环境容量从帕累托解集上选择适合的LID设施建设方案.     

老(旧)城区海绵城市改造探索与实践

以老(旧)城市水问题为导向,结合城市未来发展建设更新需求,坚持"系统构建、分区治理"的建设思路,通过优化调整现有排水分区,布置源头减排工程(建筑与小区、公园广场及道路LID改造项目)、过程转输控制工程(排水管网、调蓄池)和末端调蓄治理(泵站)等系统工程设施来构建海绵城市,综合实现工程总体治理目标。利用MIKE FLOOD分析模型和海绵城市监测系统评估工程建设成效,为海绵城市建设提供了可借鉴的建设经验。     

合流制排水系统溢流调蓄技术研究及应用实例分析

排水系统雨天溢流对受纳水体的污染已日益受到关注。合流制排水系统溢流调蓄技术是控制面源污染．削减污染负荷的一项关键技术。建设调蓄池以减少排江污染负荷是重要的工程措施之一。文章介绍了调蓄池的原理和作用。并结合上海的实际情况，分析阐述了调蓄池的计算方法，为合流制排水系统面源污染控制提供技术支持，并可总结推广应用于上海及其他城市合流制排水系统污染物控制工程。     

上海中心城区合流制排水系统调蓄池环境效应研究

于2006~2008年同步监测了上海中心城区成都路合流制排水系统20余次的降雨、径流和径流水质过程,研究了国内首座投入使用的城市大型排水系统调蓄池的环境效应.结果表明,调蓄池有效提高了排水系统排水能力,系统截流倍数可从3.87倍提高到6.90~9.92倍.对暴雨溢流和旱流试车溢流的年际平均削减量分别为9.10×104m3和8.37×104m3,削减率分别达9.00%和100%.对暴雨溢流COD、BOD5、SS、NH4+-N和TP的年际平均削减率分别为13.76%、19.69%、15.29%、18.24%和15.10%,相应削减量分别为41.21、12.37、50.10、2.12和0.29 t.a-1.调蓄池可100%削减旱流试车溢流污染,相应污染物的削减量分别为20.75、4.87、14.90、4.49和0.30 t.a-1.分析显示调蓄池设计标准、运行模式和降雨条件是影响调蓄池环境效应发挥的重要因素.     

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.     

昆明主城合流污水调蓄池截污效能模拟

为评估昆明市计划首批建设二环路内16座合流污水调蓄池(规模为21.3×104 m3)的环境效益,采用构建降雨径流管理模型(SWMM)模拟调蓄池的运行情况,对其截污效能进行分析. 结果表明,2008年的113场降雨中,调蓄池共截流污水量1 868.73×104 m3,COD_Cr、TN、TP污染负荷的截流量分别为5 195.28、810.76、68.78 t,污水截流量占合流污水溢流量的11.18%. 昆明主城调蓄池是在充分利用和衔接已建、在建的排水管网收集系统和污水处理设施的基础上设计的,调蓄池效能受既定配套条件、场地、降雨特征等的多重影响,建议加大调蓄池和污水处理厂的联动性,并采取集中调蓄截流为主、分散式面源治理为辅的策略,综合防治初期雨水径流污染和合流污水溢流污染.      

调蓄池在排水系统中的研究进展

城市排水系统是城市非常重要的一个组成部分。中国大部分城市的旧城区采用的是合流制排水系统,新建区域则多规划采用分流制排水系统,调蓄池在各排水系统中起着重要的作用。本文探讨了调蓄池在国内外的发展、调蓄池的功能及设计方法,并介绍了中国调蓄池的研究及应用状况,指出调蓄池可有效削减排水系统雨季污水排放量,并改善排放水质,从而改善了城市水体环境。文章最后对调蓄池的未来研究方向进行了展望。     

基于SWMM模型的城市已建区排水防涝提标改造途径探讨

随着城镇化建设高质量发展,城市排水防涝标准也在逐渐提高,因此,如何实施已建区排水系统的提标改造,是城市有机更新重要建设内容之一。以北京某已建区域为研究对象,提出了针对排水系统的排水能力和内涝防治标准GB 50014—2021《室外排水设计标准》统筹提标改造的方案,并借助于SWMM模型进行了方案优化评估。结果表明:通过海绵城市建设,在80%年径流总量控制率条件下,现状管网的排水能力可由1年一遇提标至2年一遇。在上述方案基础上,通过模拟评估内涝防治重现期(P=20 a)条件下雨水管网的过载情况,进一步提出并比较了调蓄池集中布置和分散布置2种方案,模拟结果表明:调蓄池末端集中布置无法解决上游区域管网的冒溢问题,而调蓄池分散式布置,可有效消除现状冒溢点,实现现状区域的内涝防治标准提高至20年一遇目标。因此,在已建区排水防涝提标改造过程中,根据场地空间条件,可优先考虑采用海绵城市建设与调蓄池分散式布置相结合的方式实现排水防涝提标改造目标。     

镇江市城市面源污染控制策略研究

城市面源污染是水环境污染的主要来源之一,严重影响河湖健康体系构建和城市可持续发展。文章分析了国内外面源污染治理技术研究现状,基于镇江市面源污染调研数据,提出了LID源头削减、过程控制、多功能调蓄池末端处理、水体生态修复等技术路线,并利用镇江市给排水数字化管理系统对其技术应用进行科学决策及评估,研究结果对镇江市水环境综合整治具有重要指导意义。     

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。     

北京市低影响开发设施植物应用现状与评价优化

植物是多种雨水源头减排设施基本的构成要素,其生长情况与应用效果很大程度上影响着海绵城市的功能和效果。以北京市21个海绵城市项目中72个低影响开发（LID）设施的植物景观作为研究对象展开建成后评估。通过实地调查法,对LID设施内植物的应用种类与频度、配置模式、观赏特性等方面进行分析;采用层次分析法从植物生态习性、雨水功能性与观赏性3个方面构建LID设施植物景观评价体系,并对10组典型设施的植物群落综合效益进行评价。结合评价分析结果,提出综合效益高的植物配置模式及优化思路,以期为北京市和中国北方地区LID设施的植物景观优化提供参考。     

天津生态城水系统构建与海绵建设技术研究及实践

围绕天津生态城高标准水系统建设目标,分析不同发展阶段的水环境问题与技术需求,全方位开展水系统及海绵城市规划、建设与管理技术研究,创新形成了统筹所有涉水设施的生态城市新型水系统规划模式、耦合大水系构建与全过程灰绿蓝结合的海绵城市规划策略,研发了非常规水多源多功能净化处理技术、景观水体水质保持与生态修复技术、盐碱区域生物滞留设施雨水径流污染控制技术、盐碱影响下的雨水调蓄与利用技术、基于盐渍土改良和耐盐植物群落构建的景观生态改善技术,建立了融合水动力-水质耦合模型、多水源补水优化调度模型和内涝模型的天津生态城水系统智能化管理平台。该技术成果在天津生态城水系统和海绵城市规划、建设与管理中得到应用,实现非常规水利用率超50%、水体水质达GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类,年径流总量控制率>80%,径流污染削减率>65%(以SS计),年雨水资源化利用总量达30余万m3,优化了水资源结构并提高了水资源利用效率,全面改善了天津生态城水环境质量,提升了涉水设施动态联动联控的协同管理水平,为同类型地区水系统和海绵城市高标准建设提供了参考和借鉴。     

基于元胞自动机的低影响开发对城市内涝削减效果模拟

低影响开发措施是解决城市内涝问题的重要途径。为评估其对城市内涝的防控效果,论文以福建省长汀县县城为研究案例,提出适宜在研究区开展的透水铺装、下凹式绿地、雨水罐等低影响开发措施方案,利用基于元胞自动机模型的城市内涝模型进行模拟,并通过验证发现元胞自动机模型可有效模拟城市内涝过程。对比低影响开发改造前后的内涝情况,结果显示：1）低影响开发措施能使内涝积水总量削减超过50%,暴雨重现期越长对内涝现象的削弱效果越低;2）通过分析改造前后内涝积水区的空间格局及变化特征,可见大部分内涝积水区在改造后积水削减幅度较大,卧龙山北部及汀江干流左岸的积水区内涝情况改善幅度较小;3）低影响开发改造削减效果最好的为积水深度低于0.2 m的区域,其次为积水深度高于0.5 m的区域,对积水深度处于0.2~0.5 m的区域削减效果并不明显。研究表明低影响开发措施可有效控制城市的内涝灾害。     

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。     

城市雨水系统中低影响开发与绿色水基础设施及其实例

城市化进程的急剧加快使得中国城市饱受暴雨侵袭的困扰。传统的排水机制是雨水排得越快越好,这就需要加大排水管径、增加排水泵站等,因此更多的的成本和更大的地下空间不可避免。另一方面,雨水完全可以成为资源,而不是污染源。基于以上事实,低影响开发(LID)技术被提出并正在成为城市雨水系统发展的趋势。LID技术从源头减少并延迟暴雨径流和峰值,使开发后的城市水文循环接近开发前的自然水文状态。而基于LID技术的绿色水基础设施如雨水花园、透水性铺装、植被浅沟和景观雨水调蓄池等正在越来越多的应用在城市,尤其是一些发达国家在这方面的技术十分成熟。中国起步较晚,只有少数发达城市进行了LID技术的尝试。但从可持续发展的角度来看,LID技术必将得到推广和应用。可以将LID技术与现有的雨水处理设施相结合,构建符合中国国情的城市雨水系统。     

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.     

某制药废水对发光细菌急性毒性的评价研究

采用发光细菌法测试某制药厂废水处理站工艺流程中5个节点废水的急性毒性.地下调节池水样EC50为3.44%,TUa为29,LID为625,为极强/高毒废水;地上调节池水样EC50为2.46%,TUa为41,LID为244,为极强/高毒废水;中间沉淀池水样EC50大于100%,LID=10,毒性较弱;二级沉淀池和总排放出口的废水EC50均大于100%,且LID均为1,无毒性.结果表明,现有处理工艺流程有效降低了制药废水对发光细菌的急性毒性,总排出口废水对发光细菌已经没有可见的生物毒性,达到相关制药废水排放标准.同时发现,低浓度废水对发光细菌的发光度不但没有抑制,反而有一定的增强作用.     

南沙新区万顷沙联围重点片区海绵城市竖向规划研究

针对海绵城市建设系统化规划思路,研究城市竖向规划标高,在传统防洪排涝因素分析的基础上,增加地下空间、海绵空间和设施布局的分析,通过竖向规划转变传统"快排、末端治理"的排水方式,为建立"源头减排、过程控制、系统治理"的多层级管控模式提供竖向支撑。为确定科学的城市竖向标高,在传统竖向规划方法的基础上,优化了城市竖向基准标高的确定方法。并针对场地和道路的不同功能需求,提出分类别对场地和道路竖向标高进行管控要求,构建海绵空间及设施的竖向空间模式。以期为我国今后城市竖向规划的编制提供思路,为海绵城市空间及设施的竖向协调提供参考。