极端降雨下绿基和灰基联用的雨洪控制效果

以福州大学为例,选取3种绿色基础措施（绿色屋顶、植被浅沟、渗透铺装）与2种灰色基础设施（增大管径、蓄水池）组合,设计了9种雨水系统改造措施方案,并根据3场不同历时极端天气降雨的实测数据,运用暴雨洪水管理模型（SWMM）模拟分析不同雨水系统改造措施方案对径流深、节点和管道的雨洪控制效果.情景模拟结果表明：3场强降雨下,绿色基础措施组合（SS7）在所有用地布局情景中对径流深的控制效果均为最优,其中中长历时强降雨下的削减比最高,达到了78%;在节点控制方面,由于3种绿色基础措施与增大管径组合措施（SS8）具备下渗、滞留和快排等特性,在3场降雨中,对节点的洪流流量和洪流时间的控制效果均为最优,接近100%;在管道控制方面,3种含绿色基础措施的组合方案（SS7,8,9）对管道满流时间与峰值流量发生时间的控制较好.通过对比这3种组合措施方案发现,在短历时强降雨中,3种绿色基础措施与蓄水池组合措施方案下（SS9）管道满流时间最短,峰值流量发生时间最迟;中长历时强降雨中3者差别不大;长历时强降雨中3种绿色基础措施组合下（SS7）管道满流时间最短,峰值流量发生时间最迟.     

小区雨水面源污染控制SWMM模拟研究

随着中国城市化进程的不断加快,不透水面积大量增加,城市雨洪与面源污染问题也日益严重。该文介绍了SWMM模型的基本原理及其模型构成,总结了低影响开发的概念及主要措施。并且利用SWMM模型对某小区进行模拟研究,借鉴国内外关于SWMM模型相关模拟研究的参数,根据研究区域特征等对研究区进行概化分区的基础上,建立了模型。通过模拟3种单项LID措施(雨水花园、渗透铺装、绿色屋顶)在实际降雨数据下的截污减排的效能,与不同措施组合下的截污减排效果,得到结论:单项LID措施截污减排效能:渗透铺装>绿色屋顶>雨水花园,不同的LID组合措施对削减污染物峰值浓度作用略有不同。     

中高雨强下公园传输型植被浅沟径流控制效果

传输型植被浅沟构造简单、经济实用,是海绵城市建设的重点推广技术之一。通过在深圳光明新区国家LID雨水综合利用示范区的现场监测研究,探讨了中到大雨下传输型植被浅沟对污染物质以及雨水径流总量、峰值流量的实际控制效果。结果表明,中到大雨下,传输型植被浅沟对SS、COD、NH_4~+-N、NO_3~--N、TN和TP的去除率分别为28.91%~67.29%、37.76%~64.57%、21.84%~34.65%、19.39%~25.99%、23.60%~39.97%和31.49%~48.83%,对径流总量的削减率为50.9%~66.3%,且径流峰值较降雨峰值滞后5~9 min;若设计重现期取1 a,深圳的传输型植被浅沟可接纳相当于自身面积1.79倍硬质路面所产生的径流。     

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.     

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.     

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。     

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。     

降雨特征和下垫面特征对径流污染的影响分析

对深圳光明新区典型下垫面的径流雨水水质和水量进行了监测分析,采用Pearson相关系数法研究了降雨特征和下垫面参数对径流污染物的平均浓度(event mean concentrations,EMCs)的影响。结果表明:(1)降雨特征和下垫面特征共同影响着污染物EMCs,而且污染物EMCs随雨前干旱天数、平均雨强和车流量的增加而上升,随着降雨量、降雨历时、最大雨强和汇流面的增加而下降。(2)雨前干旱天数、降雨量、降雨历时和车流量是影响研究区域降雨径流污染的主要参数。(3)污染物的冲刷规律存在一个临界雨强,当降雨强度小于临界雨强时,污染物以冲刷和溶解为主,污染物浓度随着雨强的增加而升高;当大于临界雨强时,污染物以稀释为主,随着雨强的增加,污染物浓度有所降低;公园植被浅沟中SS的累积和冲刷规律的临界雨强(或范围)介于0.15~0.49 mm/min。该研究结果旨在为研究区域降雨径流污染的评价和控制方案的设计、优化提供基础数据。     

下凹式绿地径流污染控制与径流量消减影响因素分析

通过搭建下凹式绿地装置,人工配水模拟地表降雨径流污染物,考察了下凹式绿地中不同植被种类、基质厚度、不同重现期下对径流污染物的去除效果,同时通过监测短历时和长历时降雨事件,考察了下凹式绿地对径流量的消减效果。研究结果表明,在降雨重现期为1 a的情况下,当植被种类选取百喜草,基质厚度为60 cm,下凹式绿地污染物去除效率最好、并且有很强的滞留径流的能力,对COD、TP、TN、SS的平均去除率分别为56.3%、72.1%、47.1%、74.3%,在降雨过程中,下凹式绿地延缓径流峰值的时间为24~30 min。随着降雨重现期的增大,径流污染负荷增大,1 a重现下的COD、TP、SS的平均去除率比5 a、10 a重现期的污染物消减率高出2.9%~43%。研究结果以期为提高下凹式绿地径流污染控制和径流总量消减效率及推广应用提供参考。     

简单式绿色屋顶对径流水量水质调控能力研究

通过长历时天然降雨监测以及人工模拟降雨实验研究了不同基质层及排水层材料对简单式绿色屋顶径流滞留、峰值削减、污染物浓度及负荷削减能力的影响及规律。结果表明:使用改良土作为绿色屋顶基质层材料时径流滞留能力与峰值削减能力均优于超轻量基质,而使用陶粒作为绿色屋顶排水层材料时仅会降低其峰值削减能力。3类装置对悬浮物(SS)的污染物浓度削减能力相似,但改良土装置的SS负荷削减能力更高;径流中COD负荷均高于雨水,故认为本研究中绿色屋顶是COD的源。     

天津某住宅区降雨径流颗粒粒径分布及污染物赋存形态

为考察城市不同下垫面降雨径流中颗粒粒径分布及与污染物的关系,2020年7—8月在相同降雨条件下对天津市某居民区油毡屋面、塑钢屋面、水泥瓦屋面和沥青路面的6场降雨事件进行采样,分析降雨径流污染特征及颗粒物分布. 结果表明:①沥青路面降雨径流中悬浮颗粒物（suspended solids, SS）浓度最高,与油毡屋面、塑钢屋面和水泥瓦屋面径流SS浓度在统计上有显著差异(P<0.05);②不同下垫面降雨径流中颗粒物粒径主要分布在10~200 μm之间,4种下垫面中值粒径（D₅₀）浓度在计量上均有显著差异(P<0.05);③粒径在10~50 μm的颗粒物占比最大,在油毡屋面、塑钢屋面、水泥瓦屋面和沥青路面径流中占比分别为30.95%、25.53%、30.41%和50.47%,粒径大于300 μm的颗粒物体积分数占比最小;④降雨径流中颗粒物是污染物的主要载体,径流中化学需氧量（COD）和总磷（TP）主要以颗粒态形式存在,而总氮（TN）主要以溶解态形式存在. 通过对降雨径流中颗粒物粒径分布和污染物赋存形态的研究,以期为城市径流污染控制及雨水净化方法的选取提供数据支撑.      

低影响开发建筑小区雨水控制效果监测与评估

以某新建建筑小区为研究对象,通过构建低影响开发雨水排水系统,实现了雨水径流总量减排和峰值削减的多目标控制。采用同场次降雨对比分析的方法,在该小区6个排口（A~F）分别设置监测点,并选择下垫面类型组成相似的传统建筑小区排口（G）作为对比监测点。通过7场典型降雨监测数据的分析表明:与传统建筑小区相比,低影响开发建筑小区场次雨水径流外排总量削减率为12.1%~100%,场次雨水径流污染物（以SS计）总量削减率为69.6%~100%,峰值削减率为12.3%~100%。通过建立数学模型对典型年降雨数据进行了连续模拟,结果表明:低影响开发建筑小区平均径流外排总量削减率为77.3%,污染物总量削减率为66.4%。因此,监测和模拟结果均表明低影响开发雨水系统可有效控制雨水径流的外排总量和污染负荷。研究结果可为我国今后海绵型建筑小区建设提供技术支撑。     

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。     

Rainwater utilization and storm pollution control based on urban runoff characterization

The characteristics of urban runoffs and their impact on rainwater utilization and storm pollution control were investigated in three different functional areas of Zhengzhou City, China. The results showed that in the same rain event the pollutant loads (chemical oxygen demand (COD) and total suspended solids (TSS)) in the sampling areas were in the order of industrial area > commercial area > residential area, and within the same area the COD and TSS concentrations of road runoffs were higher than those of roof runoffs. The first flush effects in roof and road runoffs were observed, hence the initial rainwater should be treated separately to reduce rainwater utilization cost and control storm pollution. The initial roof rainfall of 2 mm in residential area, 5 mm in commercial area and 10 mm in industrial area, and the initial road rainfall of 4 mm in residential area and all the road rainfall in commercial and industrial areas should be collected and treated accordingly before direct discharge or utilization. Based on the strong correlation between COD and TSS (R~2, 0.87-0.95) and the low biodegradation capacity (biochemical oxygen demand BOD_5/COD < 0.3), a sedimentation process and an effective filtration system composed of soil and slag were designed to treat the initial rainwater, which could remove over 90% of the pollutant loads. The above results may help to develop better rainwater utilization and pollution control strategies for cities with water shortages.     

不同布局形式居民区受城市交通噪声影响分析

文章通过对城市道路产生交通噪声进行分析,给出其对不同距离、不同高度处影响规律;对不同布局形式的居民区所受交通噪声影响进行分析、论证,提出有利于噪声污染防治的布局建议。     

Incorporating the data of different watersheds to estimate the effects of land use change on flood peak and volume using multi-linear regression

Affected by human activities, land use and land cover has changed in Daqinghe watershed, China, which resulted in varied runoff. In many hydrological stations, there was a decreasing trend of flood volume and flood peak, but no trend of rainfall depth. In order to quantify the effect of land use change on flood peak and volume, we selected 5 sub-watersheds in Daqinghe watershed, and made a multi-linear regression analysis incorporating the main information in the selected sub-watersheds. The dependent variables are changes in flood volume and flood peak, and the independent variables are the control factors including changes in rainfall depth, intensity, land use area, watershed area, and so on. The rainfall and flood data series are from 1956 to 2005. We divided the data into 2 groups according to flood size―greater than and less than 10 year return period. At last, 4 regression equations were obtained. Based on the multi-linear regression equations and land use data of 1970, 1980, 1995 and 2000, the quantified effects of land use change on flood peak and volume were obtained. Compared with 2000 land use condition, flood volume and peak varied larger in 1970 and 1995 land use conditions, but slightly in 1980 land use condition. Take Zijingguan as an example, flood volume greater than 10 year return period increased 4.08 mm in 1970 land use and decreased 4.90 mm in 1995 land use, but just increased 0.12 mm in 1980 land use. Among all the selected sub-watersheds, land use change had a significant effect on both flood volume and peak in Zijingguan and Zhangfang sub-watersheds. And Manshuihe showed a large variation in 1970 land use condition, other sub-watersheds exhibit a moderate variation due to land use change.     

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。     

山地城市地表径流源区水质特征监测研究

2010年通过对山地城市重庆江北城区10个地表源区5次地表径流过程水样的采集与分析,研究城区地表径流水质特征及其影响因素,以期为地表径流污染源区控制提供科学依据.结果表明,山地城市重庆地表径流污染过程具有明显的初期冲刷效应,降雨强度影响地表径流水质的变化,地表径流水质的波动同雨强的变化呈同步趋势,雨强增加,污染物浓度下降,表现出水质变化的随机性.山地城市重庆地表径流COD、TP与TSS具有显著的正相关性.悬浮物是城市地表径流污染的主要污染物,而且是有机物质和磷素的载体.有机物质与磷素主要以颗粒态的形式存在,而氮素以溶解态的氨和硝酸盐为主.山地城市地表径流水质TSS、COD、TN、TP和NH4+-N在各个源区的差异显著,商业区和城市交通主干道TSS、COD和TP的浓度最高,其次为城市支路、居民区道路、停车场和屋顶.不透水地表功能、交通流量、人流量和卫生管理是影响地表径流水质的主要因素.城市商业区、交通干道和人流量高的居民区道路是城市地表径流污染的关键源区.