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。     

基于在线监测+模型的海绵城市建设径流水量控制效果研究

以青岛市海绵城市典型项目区为研究区,通过收集、整理和概化汇水区资料,构建了研究区降雨径流模型——SWMM模型。利用2018年雨季的降雨-径流实时监测数据,进行了模型关键参数的率定和模型验证,研究了海绵城市建设在削减径流量、增加入渗与滞蓄雨量方面的定量效果。结果显示:海绵改造后,不同降雨强度下形成径流的雨量占总雨量的平均比例由56%下降至29%;下渗雨水的平均比例由40%增加至60%,滞蓄深度由0.63 mm增加至5 mm。海绵改造前后研究区场降雨径流总量控制率变化显著,当以1~10年一遇的短历时（120 min）设计降雨作为模型边界条件进行模拟时,海绵化改造后场次降雨径流总量控制率提高了26%~34%,认为研究区基本达到了海绵城市关于水量控制的建设要求。     

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.     

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.     

城市道路低影响开发雨水系统监测与评估

以某城市道路低影响开发雨水系统为例,研究了低影响开发系统的水量和水质控制效果。采用了同场次降雨对比分析方法,分别选取低影响开发道路A、B两监测点和传统道路C监测点进行对比监测。比较7场典型降雨下A、B、C监测点的数据表明:A、B监测点出流总量和出流污染负荷得到有效削减。平均径流出流总量削减率分别为64. 37%、54. 79%;平均径流出流污染物负荷(以SS计)削减率分别为90. 23%、70. 94%。因此,城市道路低影响开发雨水系统在雨水径流水量和水质控制方面效果显著。     

基于SWMM模型的上海市松江国际生态商务区海绵城市建设效果评价

海绵城市建设旨在恢复城市自然调蓄能力,提升生态环境和城市韧性。以上海市松江国际生态商务区为研究区域建立SWMM模型,评估海绵城市建设对区域降雨径流控制和污染负荷控制效果,结果表明:较之传统开发模式,海绵城市建设能够显著滞蓄雨水、降低区域径流总量、削减入河污染负荷,有效减轻区域排涝压力和水环境压力。对于3,5,20,50 a重现期的2 h降雨,海绵城市径流总量分别削减40.8%、39.5%、37.0%、35.8%;对于5 a重现期的2 h降雨,TSS、COD、TN、TP的削减率分别为36.3%、39.4%、32.9%、47.6%。     

高地下水位地区透水停车场的水文控制效果

为确定高地下水位地区透水铺装对路面径流的水文控制效果,在上海市区建造了4个实验性透水铺装单元与1个不透水铺装对照,其中3个为设有防水衬底的不透型设施分别为透水混凝土铺装(设施Ⅰ)、水泥稳定碎石基层/缝隙透水砖面层(设施Ⅱ)、碎石基层/缝隙透水砖面层(设施Ⅲ),1个普通缝隙透水砖铺装(设施Ⅳ),以及1个不透水混凝土对照(设施0).历时1年监测了实际降雨条件下4种实验设施的表面径流、排水管出流流量及表面渗透速率,考察不同设施的径流总量削减率、峰值削减及峰现延迟能力.结果表明,缝隙透水砖面层的表面稳定渗透速率明显小于透水混凝土面层,使用1年后,2种面层表面稳定渗透速率均明显下降;4种设施的表面产流均无显著差异;3种不透型设施的就地消纳水量能力均较弱,年径流总量控制率分别为24.2%、28.5%、28.4%,排水管不发生出流的控制降雨量分别为5.2 mm、7.8 mm、7.8 mm;设施Ⅰ的峰值削减与峰现延迟效果弱于设施Ⅱ及设施Ⅲ,且3种设施的峰值削减率和峰现延迟时间与降雨强度呈现显著负相关性.     

坡度对低影响开发道路水文参数的影响

近年来,海绵城市在我国得到快速发展,其中低影响开发道路是重要建设内容之一。坡度是影响低影响开发道路雨水控制利用效果的关键因素之一,尤其是山地城市道路纵坡普遍较大,目前尚缺乏系统研究。针对上述问题,在实验室搭建了1∶1物理模型,通过人工模拟降雨实验,系统研究了坡度对低影响开发道路雨水径流总量控制率、峰值削减率、径流系数等水文参数的影响。实验结果表明:低影响开发(LID)道路场次雨水径流总量和峰值流量受坡度影响较大,其削减率分别为7. 5%～73. 2%和4. 5%～52. 6%;径流系数受重现期影响较大,在低重现期时为0. 20～0. 66,在大纵坡和高重现期时均接近1。LID道路在纵坡<5%和重现期<10 a时雨水径流总量和峰值削减效果较明显,在大纵坡和高重现期时雨水外排总量和峰值削减效果较差。上述研究成果可为山地城市低影响开发城市道路设计提供技术支撑。     

海绵城市的降雨径流控制分析——以聊城市为例

为解决中小城镇发展海绵城市的水问题,基于聊城市日降雨资料,采用滑动平均与长序列计算法,分析了聊城市降雨控制目标以及年径流总量控制率,结果表明:聊城市降雨集中在汛期,降雨强度对年降雨量贡献较大。以聊城市综合径流系数为0.33所产生的最佳经济效益为依据,该市年均径流控制率可定为91.04%;降雨场次控制率可定为95%,其与降雨量呈对数关系。由于强降雨雨量占总降雨量的比例增大,导致相同设计降雨量对应的年径流总量控制率随时间的增长呈递增趋势,因此,聊城市的年径流总量控制率应为75%~85%,此范围的控制率可满足55~83 mm的设计降雨量,达到效益最大化。     

高速公路路面雨水径流下渗系统性能研究

为了分析径流下渗系统在径流削减和污染控制方面的性能,本文对一个高速公路路面雨水径流下渗系统性进行了监测.结果表明,降雨量、径流量、径流削减量和径流排放量之间存在明显的正相关性(r=0.82～0.97,p0.05).该系统表现出高效的径流削减能力,当降雨量小于20 mm时,可以削减70%以上的径流量.与径流削减相比,该系统在污染物负荷控制方面更为有效.当降雨量在0～10 mm之间时,污染负荷的削减率几乎为100%;而当降雨在10～20 mm之间时,污染负荷的削减率仍然可以超过60%.相对总氮(TN)和总磷(TP)而言,下渗系统对悬浮物(SS)和化学需氧量(COD_(Cr))的去除能力要更高、更稳定.研究表明,径流下渗系统作为雨水管理的工具,在径流削减和改善水质方面具有良好的性能.     

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。     

基于降水等级分异方法的低影响开发小区雨水径流污染负荷削减率的评估

为定量评估低影响开发(LID)技术对雨水径流污染负荷的削减率,选取嘉兴市柳岸禾丰小区作为LID小区,与其临近且下垫面类型相似的浅水湾小区作为传统小区,同步监测小区的外排水量和TP浓度,根据降水等级分异计算2个小区同等降水情景下单位面积污染负荷量,再以传统小区的单位面积污染负荷量为基准核算LID小区的雨水径流污染负荷削减率。结果表明：小雨时,LID设施可消纳其服务范围内的所有径流及所携带的污染物,污染负荷削减率达100%;当降水量增至超过LID设施功能阈值时,污染物削减率开始降低,中雨时降至67%,大雨时降至46%,年均雨水径流污染负荷削减率约为66%。整体来看,LID设施雨水径流污染负荷削减率表现出明显的降水等级差异。采用降水等级分异的方法能够减少降水等级所造成的误差,确保评估结果的精准程度,为小区LID设施建设提供可靠的决策依据。     

城市雨水径流水质演变过程监测与分析

为了探讨降雨从落地前至居住小区出口径流的水质演变规律和污染特性,于2011年7～10月进行了6场雨水径流水质演变过程的监测与分析,同时,初步对比了草带对屋面径流的净化效果.结果表明:①城市降雨从"落地前雨水-屋面径流-路面径流-小区出口径流",水质变化规律明显,落地前雨水水质最好,屋面径流和小区出口径流水质较差,路面径流水质最差;②雨水水质从落地前到小区出口的演变过程中,除可溶性TP平均浓度未超出地表水环境质量Ⅳ类标准外,COD、NH4+-N、TN平均浓度均超出地表水环境质量Ⅴ类标准;③前期晴天时间短的降雨径流污染物平均浓度明显低于前期晴天时间长的降雨,并且同一场降雨过程,降雨结束时径流水质明显好于初期;④草带对降雨径流中污染物的浓度削减作用明显,约1.0 m宽的草带对屋面径流污染物COD和氮的削减率基本都在30%左右.     

极端降雨条件下透水水泥混凝土路面削流除污试验研究

通过试验,对极端降雨条件下透水水泥混凝土路面在削减洪峰流量、径流总量以及去除污染物的效果进行研究。试验表明,在降雨历时60 min,降雨量为110,135,163 mm的情况下,透水水泥混凝土路面削减径流总量为55%~69%,削减洪峰流量为55%~63%;对SS、COD、TN、TP的去除率分别为82%~95%、58%~78%、31%~74%、59%~80%。结果表明,在极端降雨情况下,透水水泥混凝土路面在削流除污方面的效果较好,且与一般降雨条件下的除污效果相近,因此在暴雨情况下,也可产生较好的环境效益,表明其具有气候普适性,是一种良好的海绵城市建设技术。     

浅基质层干植草沟运行效果的现场实验

为避免设施出水下渗污染地下水并防止市政管道雨污倒灌进入设施,于上海市区高架路下方建造一座排水管上弯的不透型浅层干植草沟.根据2019年汛期内进、出水量及水质的长期监测,对设施水文及水质控制效果进行评价.结果表明监测期内设施径流总量控制率为39.4%,对初始雨强小于8.0 mm·h~(-1)的降雨具有明显峰值削减效果;设施能有效去除道路径流中总悬浮固体(TSS)、化学需氧量(COD)、总磷(TP)和总氮(TN),污染物负荷去除率分别为95.4%、 83.1%、 90.0%和57.7%;设施基质层添加的发酵木屑和排水管上弯的构造可在进水期实现反硝化并在前期无雨期(ADP)维持一定反硝化效果,设施水力负荷(HLR)的增大及无雨期的延长分别影响进水期与无雨期硝酸盐氮(NO~-_3-N)的去除.在基质层饱和渗透速率较高、厚度较浅条件下,设施有效改善了道路径流水质.不透型干植草沟可与市区河道的调蓄容积结合,共同承担起高地下水位地区实现年径流总量与污染负荷控制率的任务.     

海绵城市建设的水质水量控制效果实证研究:以鹤壁试点区为例

首批国家海绵城市试点建设已经完成,有关海绵城市规划与模型模拟的研究也层出不穷,但是对于海绵建设区开展持续监测并进行深入分析的研究较为缺乏,而对于海绵城市实际建设区的水质水量研究是规划建设理论与实践效果差别的唯一检测器,是优化未来海绵城市规划和建设的关键。以河南省鹤壁市国家海绵城市建设试点区为研究对象,开展试点区地表水体与雨水管网的水质水量多年持续监测研究,分析海绵城市建设对地表水主要水质指标和雨水年径流总量控制率的实践作用效果。采用人工监测与设备在线监测相结合的方式,于2015-08—2018-09在海绵城市试点区地表水体10个采样点进行了16次人工采样,共计获得109个地表水样并测定了常规水质。利用试点区内20个雨水管道出口处的流量在线监测设备获得2018-01—12的分钟级流量数据。结果表明:研究区域内波动较大的水质指标为NH₃-N、TN和DO,波动较小的为pH。与海绵城市建设前相比,研究区域的地表水系水质得到改善,试点区该年度的雨水径流总量控制率达到85.7%,满足规划建设要求指标70%。但当实际场次降雨量低于设计雨量23 mm时,仍有雨水外排。不同地块的径流控制率差异明显。以上结果丰富了海绵城市建设的实践研究,可为优化海绵城市的规划与设计建设提供参考。     

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。     

城市小区雨水径流水质监测及特性分析

通过对上海理工大学校园区的不同下垫面产生的径流水质的监测,及其对污染主要影响因素与污染程度的分析表明,下垫面材料、降雨历时、降雨强度及降雨量等是小区雨水径流水质的重要影响因素。小区径流水质的主要污染为有机污染及悬浮固体污染,且有机污染指标COD、悬浮固体污染指标SS、浊度随径流历时的变化满足指数方程。     

下凹式绿地对城市降雨径流污染的削减效应

以现场7次降雨14组径流污染监测数据为基础,探讨了下凹式绿地对城市降雨径流污染的削减效应,分析了径流污染负荷、绿地土壤与覆被植物、降雨历时等因素对污染削减率的影响.结果表明,当COD,NH4+-N和TP的浓度分别为56.0~216.0,0.27~2.97,0.20~0.95mg/L时,下凹式绿地对COD,NH4+-N和TP的平均削减率为52.21%,48.98%和47.35%.下凹式绿地对径流污染的削减过程可分为2个阶段:初期1h的径流污染削减率符合一级动力学模式,后期径流污染削减规律可用二级动力学模式表示.降雨历时增加可提高污染物削减率,当降雨历时约从3h增加到20h时,径流污染的综合削减率可从40%上升到65%.