低影响开发(LID)雨水径流控制效果模拟

随着城市化发展,防洪工程面临严峻挑战,新版《室外排水设计规范》(GB 50014-2006)对雨洪系统提出更高要求。为研究降雨径流变化规律,利用SWMM(storm water management model)软件对开发前后场地进行径流模拟,分析径流量变化情况。LID(low impact development)是一种新型的雨洪管理理念,采用雨水源头控制技术,通过滞留、渗透作用,对降雨径流进行控制。LID对雨水径流具有明显的削减和调控作用,能够有效降低城市内涝隐患。为探究LID径流控制效果,以生物滞留池、渗渠、透水路面3种典型LID工程措施为例,模拟不同LID措施对降雨径流控制的效果,探究各措施性能特点。制定LID措施组合方案,模拟其效果,提出合理的LID使用建议。     

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%。     

北京市城区雨水径流污染控制与节能减排

节能减排是目前中国建设和谐社会、实施可持续发展的重大战略方针.随着城市生活污水处理率和工业废水达标率的不断提高以及清洁生产技术与管理体系的大力推行,城市雨水径流污染在水环境污染排放总量中所占比例越来越大.以北京市为例,2006年城八区生活污水处理率已达到90.0%.雨水径流COD排放量占废水COD排放总量的33.39%,足见城市径流污染已成为节能减排的重要方面,亟需全社会的广泛关注.控制城市雨水径流污染应从加强雨水径流污染的监管力度下手,建立以市场激励为主、政府管制为辅的雨水政策框架.     

降雨入渗与地表径流污染减量模拟试验研究

针对造成水体污染的城市降雨地表径流问题,建立模拟降雨系统,选用聚合物与功能材料,改良土壤结构,提高土壤对雨水的渗透性,削减地表径流及径流携带污染物对纳污水体的污染.结果表明,复合施用PAM与沸石使降雨径流过流体土壤结构被改良,对降雨径流的削减作用明显,对土壤的降水渗透有显著的促进.数据表明,沸石与PAM配施对削减降雨地表径流与提高降雨土壤入渗的效果有协同作用.在36、72和108 mm/h不同降雨强度下,处理土壤水的入渗较对照分别提高了35%～76%、32%～66%和18%～47%,降雨后土壤的含水量较对照可提高1～5倍.     

基于SWAT模型的金属矿区雨水径流中锰污染负荷分析

通过改进林玉环的汞迁移转化一维模型,并在一定的基本假设下,得到了锰的一维迁移转化动力学模型,利用Fortran语言编程嵌入SWAT模型源程序,在参数敏感性分析后进行改进模型的率定与校正以及敏感性参数的调节分析后,得到金属矿区雨水径流中锰污染负荷分析的SWAT改进模型。运行结果表明,SWAT改进模型能够对雨水径流中锰污染负荷进行较高精度的模拟,其中回归系数(r2)、Nash-Sutcliffe效率系数(Ens)分别为0.88、0.91,符合回归系数和Nash-Sutcliffe系数的评价标准(r2≥0.6,Ens≥0.5),获得锰矿区的污染关键区,与实际矿区污染相符合,为锰矿区及其他金属矿区雨水径流中重金属污染的评测和控制、治理与修复等提供科学依据。     

降雨入渗与地表径流污染减量模拟试验研究

针对造成水体污染的城市降雨地表径流问题,建立模拟降雨系统,选用聚合物与功能材料,改良土壤结构,提高土壤对雨水的渗透性,削减地表径流及径流携带污染物对纳污水体的污染.结果表明,复合施用PAM与沸石使降雨径流过流体土壤结构被改良,对降雨径流的削减作用明显,对土壤的降水渗透有显著的促进.数据表明,沸石与PAM配施对削减降雨地表径流与提高降雨土壤入渗的效果有协同作用.在36、72和108 mm/h不同降雨强度下,处理土壤水的入渗较对照分别提高了35%～76%、32%～66%和18%～47%,降雨后土壤的含水量较对照可提高1～5倍.     

基于SWMM模型的合流制管道溢流污染控制系统模拟

针对合流制管网污水溢流所导致的城市内涝和城市内河黑臭问题,以武汉市巡司河片区为例,利用暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)软件,构建该地区合流制排水系统的水力水质模型,模拟了不同降雨强度的暴雨模拟和全年降雨状况,分析了该地区溢流污染特征,据此提出了切实有效的合流制排水系统改造方案,并采用SWMM模型对不同改造方案的溢流水量和水质控制效果进行了模拟。结果表明,在箱涵与雨水调蓄池的共同作用下,对溢流污水量的截流比例在90%以上,年溢流次数小于10次,年溢流水量平均减少了1.75×10⁷ m³,对污染物的截流比例均在95%以上,每年溢流进入地表水中的COD减少了3 295.5 t,NH₃-N减少了505.8 t,TP减少了63.1 t,SS减少了1 981.1 t,溢流问题得到了极大的缓解,溢流污染能够得到较好的控制。随着暴雨重现期延长,截流效果会随之下降。箱涵和雨水调蓄池的组合措施对溢流污水具有明显的削减和调控作用,能够有效降低城市内涝隐患和缓解内河黑臭化问题,通过定量表征箱涵-雨水调蓄池组合在溢流污染方面的控制效果,为国内合流制排水管网改造提供技术支持和海绵城市设计提供参考。     

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。     

基于平均负荷的降雨径流污染负荷模型研究

在九寨沟旅游景区,对公路和栈道进行人工降雨径流污染负荷的过程研究。浓度过程曲线表明,初始高浓度与平台期浓度之间相差3~5倍,而负荷过程曲线表明,各时段负荷曲线无明显峰值存在。这意味着污染物平均浓度的获取,需要降雨径流的水量水质同步监测数据的较大样本,才能消除随机性影响。而各时段负荷数据向平均负荷期望收敛的速度,将比平均浓度期望更快。利用这一规律,以平均负荷值代替降雨事件的污染物平均浓度(EMC),构建了基于平均负荷值的年地表径流负荷模型。本模型只需要有限场水量水质同步监测数据,就可获得特定地区面源污染物的平均负荷值。在消除随机不确定性同时,提高了可操作性。采用研制的模型,计算出九寨沟各子区公路面源的TP排放负荷,在0.87~2.07 kg/a之间,栈道面源TP排放负荷,在0.27~1.22 kg/a之间。     

国家水体污染控制与治理科技重大专项产出城镇降雨径流污染控制技术的成熟度评估及该技术体系发展中面临的挑战

系统梳理了国家“水体污染控制与治理科技重大专项”在“十一五”和“十二五”期间有关课题产出的城镇降雨径流污染控制关键技术,通过对其进行技术和系统成熟度评价来解析我国城镇降雨径流污染控制技术的发展水平和面临挑战,为进一步推进相关技术的发展提供参考。结果表明：我国在城镇降雨径流污染控制技术领域已开展了大量研究工作,研发和应用的大部分单项关键技术的技术成熟度已达到7级,可在一定程度上解决我国城镇径流污染问题;在城镇降雨径流污染控制技术体系中,支撑技术系统成熟度为4级,达到系统发展验证阶段,能够用于开展系统的工程设计,减少集成风险;4个关键技术环节和城镇降雨径流污染控制技术系列的系统成熟度分别为3级和2级,在技术环节和系列方面仅仅形成系统及设计开发策略,能在一定程度上降低系统集成风险,形成组合技术。因此,我国城镇降雨径流污染控制技术的单项技术成熟度还需进一步提高,以加强技术和系统的集成,并开展集成创新,使整体技术系列能达到满足任务需求的设计、运行和处理能力,在系统生命周期内向应用效益最佳的方向优化和发展。     

沸石渗滤床在城市初期雨水径流污染控制的应用研究

根据城市初期雨水径流的污染负荷初始冲刷效应以及主要污染物COD和N/P与SS成线性相关性的污染特点,对初期雨水的主要污染物COD和N/P开展了控制技术研究。以示范工程为基础,研究城市初期雨水径流污染控制的强化处理技术即沸石渗滤床技术,运行结果表明,对NH3-N、TP、COD都有较好的去除效果,其中对NH3-N的去除效果较为明显,进水氨氮浓度在2～5 mg/L,出水都能达到地表IV类水标准(NH3-N≤0.5 mg/L)。     

城市降雨径流人工湿地处理的效能研究

根据广东省东莞市同沙水库集水区的降雨径流的平均水质特征,采用改进的人工湿地系统对其污染物的降解效果和耐冲击负荷能力进行了模拟研究,实验中人工模拟城市降雨径流污染物平均浓度COD为169.19 mg/L、TP为0.58 mg/L、TN为5.69 mg/L和NH4+-N为3.69 mg/L.实验结果表明,该湿地系统各对污染...     

基于SWAT模型的观澜河流域城市面源污染负荷量化及影响效应评估

随着我国城市区域污水收集、截污系统的完善与水质净化厂出水标准的提高,点源污染逐步得到控制,城市面源污染对河流水质的影响越来越凸显。针对当前城市内河流集水区域城市面源污染负荷难以量化、对水体水质影响效应难以解析等问题,以深圳市观澜河流域为研究对象,通过对流域的现场勘察调研与地表累积物采样研究,来修正流域土地利用类型数据与SWAT模型的城镇数据库,构建流域城市面源污染评价模型。结果表明：SWAT模型城镇数据库中地表沉积物最大累积量(DIRTMX)、地表沉积物中总氮含量(TNCONC)、地表灰尘累积半饱和时长(TNALF)与地表灰尘总磷含量(TPCONC)对TN与TP负荷的模拟最为敏感;建立的SWAT模型对观澜河流域径流量、TP与TN模拟验证期的纳什效率系数(E_NS)分别为0.79、0.7、0.67,决定系数(R²)分别为0.81、0.77、0.81,模型拟合结果较好。应用SWAT模型分析了2018年观澜河流域TN和TP的城市面源污染时空分布特征：TN和TP输出最高值为13.31~14.91 t·km⁻²和1.69~1.86 t·km⁻²;8月份观澜河流域降雨径流污染最为严重,TN和TP负荷分别为2.15 t·km⁻²与0.24 t·km⁻²。上述评估结果可为区域城市面源污染的负荷量化与影响效应评估提供参考。     

基于REC模型的污染场地修复决策支持系统的研究

REC模型在污染场地修复决策支持系统中应用广泛且较为成熟.该模型从风险降低(Risk reduction)、环境效益(Environmental merit)和修复费用(Cost)3个方面分析备选修复技术的综合效益,可以更客观地评估备选修复技术的优劣.阐述了污染场地修复决策支持系统的原理,详细介绍了REC模型评估方法,...     

土壤有机物污染控制标准制订的方法学研究

指出了中国现行土壤环境质量标准存在的问题.对日本和美国等发达国家的有机物污染土壤质量控制标准进行了分析.从土壤环境质量基准制订的方法学和污染控制标准的确定原则上,提出了制订中国土壤有机物污染控制标准的建议.     

九寨沟公路和栈道降雨径流污染负荷过程的研究

对九寨沟国家公园中的公路和游客栈道进行了人工降雨试验的设计、操作和测试数据分析.模拟试验选择6处公路和栈道试验区,采用人工降雨方法模拟雨量出现概率60%、历时30 min的降雨.试验按3 min间隔对各试验场降雨径流带出的总磷负荷进行现场监测.研究结果提供了在具有代表性的降雨条件对总磷营养物输出的定量估计.尤其对公路和栈道降雨径流特征获得了认识:污染物初始冲刷浓度期延续约3 min;在降雨强度不变的情况下,污染物负荷率接近常量.大部分污染物负荷可由出现频率较大的小降雨事件输出.表明研究结果提供了一种思路,即可采用平均负荷方式取代过去的平均浓度方式去构建公路和栈道的负荷模型.     

基于最佳管理实践的中新生态城面源污染控制措施优选研究

基于最佳管理实践（BMP）理念和方法,以中新生态城为例,采用多属性决策分析方法的ELECTRE-Ⅲ方法和模型,采用VisualBasic语言自行编制辅助计算机程序,对该地区8种雨水控制管理措施进行了优化比选。优选结果表明,对于中新生态城,8种雨水控制管理措施的优选排序为：湿地〉地下蓄水库〉人渗沟〉可渗透路面砖〉道路边沟〉绿色屋顶〉下凹绿地〉绿化缓冲带。     

基于生产优化调度的污染源头控制方案研究--以棉针织染整企业为例

企业生产的优化调度是实现企业源头节水减排的重要手段。从污染源头控制出发,分析了棉针织企业间歇式生产特点和现行生产调度方法的不足,得出了生产订单与废水排放的关系,指出通过订单优化调度的方法可大量减少染缸清洗产生的废水。在此基础上,建立了染缸分组-订单分批-遗传算法集成生产调度方法,并说明了该方法的特点和一般执行规则。结合实际案例,对此调度方法进行验证,结果表明,在人工调度的基础上优化调度能实现近60%总订单数的再调度,增强了优化的可持续性,短时间内完全消除了深、中、浅色逆排的情况;同时,通过该方案能为企业节省30%的清洗染缸用水,研究结果证明,该方案有较好的环境效益和经济效益。     

淀山湖蓝藻水华及其控制因子的模型研究

针对淀山湖富营养化严重的问题,应用美国环境保护署的AQUATOX模型对淀山湖水体中常规水质数据时间变化规律和藻类生长演替进行了研究.在对模型率定、验证的基础上,选择水力停留时间、营养盐、pH、水温、风速、光强对蓝藻生长的影响进行分析.该生态模型较好地模拟了常规水质和藻类的动态变化.计算结果显示,目前营养盐并非淀山湖蓝藻暴发的主要限制因子;淀山湖水力停留时间越长越适合蓝藻的生长;当pH为7.5～9.5、水温为30～35℃、静风或风速小于3.1 m/s、光强为70～400W/m2时,蓝藻能很好地生长.模拟结果可以为揭示淀山湖蓝藻水华暴发机制和预警预报提供科学依据.