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...     

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.     

城市降雨屋面、路面径流水文水质特征研究

为研究城市硬质下垫面径流的水文过程与污染物浓度变化特征,对北京市2006年6-8月的4场降雨进行路面和屋面水文、水质过程同步分析.结果表明,径流曲线与降雨过程线形状类似,波动幅度相对较小,滞后于降雨过程线5～20 min,屋面径流系数在0.80～0.98之间;路面径流系数在0.87～0.97之间.径流污染物的浓度是由累积排放规律决定的,路面径流的污染物浓度高于屋面径流,径流中COD、TN、TP的浓度均超过地表水环境质量标准V类水要求.各类污染物之间的相关性均处于显著性水平R=0.1以上,屋面径流颗粒物与有机物和阴离子之间的相关关系较大(＞0.5),而与氮磷等营养物质的相关系数较小(＜0.5);路面径流中,TN、1P与颗粒物的相关性有所增加.径流中各类物质大多存在初期冲刷现象,并受到污染物种类、下垫面特征、降雨强度和雨型等因素的影响.SS初期冲刷现象较其它几类污染物更为明显,路面较屋面更容易形成初期冲刷,低强度降雨不容易形成有机物和营养物质的初期冲刷现象.控制初期径流污染是北京市径流管理的有效措施.     

城市降雨径流监测自动采样技术研发与应用

海绵城市建设效果评估需要对海绵设施和不同尺度区域的径流过程进行水质监测采样。现有的采样方法和设备难以自动采集到径流产生初始阶段的水样。研发了一套包含无电力驱动天然降雨自动采样器、"零捕获"下垫面径流过程水质监测自动采样终端、智能型自动水质监测采样器等设备的城市降雨径流水质监测自动采样技术,解决了全天候、自动采集天然降雨和径流过程最初水样的难题,并可记录采样过程的具体时间。实际应用表明,该套技术可操作性强,性能可靠,能为相关科学研究和监测评估提供参考。     

城市旅游区降雨径流污染特征——以武汉动物园为例

选择武汉动物园旅游区具有代表性的5种汇水单元,对降雨径流水质水量进行了同步监测,研究了城市旅游区降雨径流污染过程,对比了裸露林地、草地林地、兽类泥土场院、禽类泥土场院及屋顶这5种汇水单元的年降雨径流污染物平均浓度,并计算了污染物的年污染负荷.研究结果表明,透水地表的水土流失是其降雨径流污染的主要原因,室外动物展览馆中动物排泄物在地面累积使场馆径流受到严重污染.城市旅游区中颗粒态是N、P污染物输出的主要形态.各汇水单元中,TN、DN、TP、DP、COD、SS的年污染负荷最高值分别为165、31.2、22.5、1.03、2216、8571 kg·hm-2·a-1.城市旅游区的土地景观利用方式是影响污染物输出的首要原因.     

城市降雨径流模型参数全局灵敏度分析

采用逐步回归法分析典型城市降雨径流管理模型(SWMM)水文参数的全局灵敏度,为模型参数的有效识别提供参考.结果表明,汇水区面积对总产流起决定性作用.在雨强较小(10.5mm)的情况下,透水区参数灵敏度很小,可在参数识别中设为经验值;在较强降雨(52.5mm)情况下,管道曼宁系数是决定峰值流量与峰值发生时间的关键参数.减小汇水区面积的不确定性可提高其他参数的灵敏度,有利于参数的有效识别.     

温州城市降雨径流磷的负荷及其初始冲刷效应

监测了温州2个采样区5场较为典型的降雨过程,测定了不同下垫面径流pH值以及总磷(TP)、溶解态磷(DP)、颗粒态磷(PP)、总无机碳(TIC)、总有机碳(TOC)、总悬浮颗粒(TSS)、BOD5、COD的含量.结果表明,温州城市降雨径流中TP、DP以及PP含量分别介于0.01～4.32 mg.L-1、ND～0.88 mg.L-1以及ND～4.31 mg.L-1之间,径流初期阶段PP占绝对主导地位,而在整个径流过程的中后期,大部分降雨径流中DP占TP的比重呈现出一个上升的趋势,屋面径流和汇流口径流这一情况尤其明显.从TP和DP的EMC值来判断,有些城市降雨径流会对下级受纳水体造成环境压力.同时,不同城市降雨径流中TP以及DP含量之间的差异显著,而不同的降雨条件也会影响降雨径流中磷的含量.根据M(V)累积曲线判断,TP初期冲刷效应在城市降雨径流中是较为普遍的;与TP相比,城市降雨径流中的DP比较难发生初始冲刷的情况.城市降雨径流中总磷的含量不但受下垫面类型的影响,而且与径流各种理化指标之间呈现出显著的相关关系.所有结果皆指出针对不同下垫面径流磷污染的治理工作应采用不同的最佳管理方案(BMPs),而降低径流TSS含量是削减其磷负荷的有效途径之一.     

我国城市降雨径流污染控制模式探讨

随着城市的发展与点源污染控制的不断完善,城市降雨径流污染日益突出,对城市水体构成严重威胁,必须得到有效的控制。对国内外城市降雨径流污染控制模式进行了比较,并结合我国的实际情况,首次提出了双重控制模式,以期为我国城市降雨径流污染的控制与决策提供参考和借鉴。     

城市降雨径流模拟的参数不确定性分析

以厦门城市小流域为例,基于蒙特卡洛随机采样和区域灵敏度分析(RSA)方法,从参数的可识别性和灵敏度分析2个方面来分析城市降雨径流SWMM模型参数的不确定性.结果表明,水文水力模块中汇水单元不透水区贮水深度(Dstore-Imperv)、汇水单元透水区贮水深度(Dstore-Perv)和CN特征曲线(Curve Number)这3个参数可识别性较好,区域灵敏度高;水文水力模块的区域灵敏度的排序为:Dstore-ImpervCNDstore-Perv汇水单元透水区曼宁糙率(N-Perv)传导系数(Conductivity)管道曼宁糙率(Con-Mann)汇水单元不透水区曼宁糙率(N-Imperv).水质模块冲刷函数中地表冲刷系数(Coefficient)和地表径流幂指数(Exponent)这2个参数以及累积函数中的地表最大可累积的污染物量(Max.Buildup)的识别性较高,区域灵敏度较大.而从区域灵敏度的排序来看,3种用地类型的地表累积速率(Rate Constant)参数K-S距离最小,Max.Buildup、Coefficient和Exponent参数的K-S距离相对较大.     

城市降雨径流污染及最佳治理方案探讨

城市降雨径流污染已经成为非点源污染的一个新亮点,随着城市工业废水和生活污水等点源治理力度的加大,城市降雨径流污染问题将越来越突出.文章系统阐述了城市降雨径流污染的过程、污染类型及来源、污染物特征,对各种具体的城市降雨径流污染控制与治理技术进行了总结,并着重介绍了城市降雨径流污染最佳管理措施,还提出了实施城市降雨径流污染治理的具体对策和指导思想.     

海绵城市透水砖铺装雨水入渗模型及产流分析

透水砖铺装系统的入渗特征是海绵城市建设中产流控制的重要影响因素。以海绵城市试点庄河市为例,通过渗流试验,构建不同土基土壤土水特征曲线,建立适用于透水砖铺装系统各层的入渗模型,揭示系统雨水入渗规律,阐明结构层厚度和土基土壤特性对产流控制的影响。研究表明:土壤粒径对产流控制影响程度最大;特大暴雨时,粗砂土壤作为土基,相比细砂土壤和粉质黏土作为土基,可以延长产流时间,但随着雨强继续增大,产流时间延长作用逐渐减弱;以粉质黏土作为土基,基层与垫层厚度比约为3∶2,以砂质土壤作为土基时,基层与垫层厚度比约为4∶1时,透水砖铺装系统产流控制效果最好。     

基于海绵城市建设的低影响开发技术的功能分析

研究了基于海绵城市建设的低影响开发技术(LID)对场地开发前后自然水文状态的复原原理,分析了LID技术的主要功能,即在场地控制中采用源头处理或者分散处理的技术,从而达到增加雨水的蒸发量、渗透量,削减洪峰流量与径流量,延长峰现时间及同时净化雨水等目标。对LID的6项功能列清单,提出了功能列表并分析了功能多边形。对LID技术功能的分析,有助于了解LID的主要功能及LID的本质目标,为推进海绵城市的建设提供参考。     

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。     

对低影响开发与海绵城市的再认识

海绵城市建设是在继承我国古代先贤智慧和参考国外经验,系统总结我国雨洪管理领域长期研究和实践经验的基础上,结合我国城市水系统实际问题提出的城市发展方式,其核心是构建基于绿灰结合的现代城市雨洪控制系统,通过"渗、滞、蓄、净、用、排"综合措施,实现"治涝"与"治黑"等多重目标。低影响开发是海绵城市建设的重要指导思想,也是海绵城市核心技术体系的重要组成部分。正确认识低影响开发与海绵城市的内涵与联系,对于进一步在全国范围内落实低影响开发建设模式,科学推进海绵城市建设具有重要意义。     

西北干旱地区海绵城市建设途径探讨

海绵城市建设已成为未来城市发展的一种重要方式,但如何因地制宜地推进海绵城市建设是西北黄土地区城市建设所面临的问题之一。以西北某城市新区为例,探讨了在西北干旱地区且存在大面积土地填挖方条件下进行海绵城市建设的设计方法,提出了针对土壤地质特点的海绵城市建设目标与指标,并借助Mike Urban数学模型评估了海绵城市建设效果,以期为我国西北地区及填挖方区域的海绵城市建设提供借鉴。     

上海市系统化全域推进海绵城市建设体系与技术研究

经过全国30个海绵试点城市4年多的创新实践,城市生态环境明显改善,试点成效显著。在总结试点经验的基础上,为进一步贯彻落实国务院办公厅《关于推进海绵城市建设的指导意见》的目标要求,住房和城乡建设部在2020年重点工作部署会议上明确提出要"系统化全域推进海绵城市建设"。结合上海市在全市范围内系统化推进海绵建设的研究与实践,特别是临港试点的经验,从系统化体系建设、系统化全域推进、临港试点后全域推进等方面进行研究,以期为其他城市系统化全域推进海绵城市建设提供借鉴。     

古蔺河流域径流特性分析与研究

为能充分掌握宜宾市古蔺河流域径流量的演变规律,基于1960—2009年古蔺河流域径流量统计资料,采用线性趋势法、滑动平均法、改进的Mann-Kendall(M-K)趋势法分析古蔺河径流量的年季变化趋势,运用Mann-Kendall(M-K)突变检验法、改进的Mann-Kendall(M-K)突变检验法、滑动t检验法对古蔺河径流量的年季突变特征进行综合分析。结果表明:古蔺河径流量序列的年季变化趋势均不显著,年均径流量总体呈上升趋势;春、夏两季呈上升趋势,秋、冬两季呈下降趋势;古蔺河年季径流时间序列均有突变出现,年均径流量的突变点发生在1985年附近;春季径流量的突变点发生在1982年;夏季径流量的突变点发生在1988,2001年;秋季径流量的突变点发生在1983,1993年;冬季径流量的突变点发生在2004年。     

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。     

厦门市海绵城市建设技术分析及园区示范

海绵城市建设是低影响发展(LID)理念的特色实践。厦门市是国家首批海绵城市试点建设城市之一,故海绵城市建设对厦门市生态文明和旅游城市的建设工作有重要意义。结合厦门市具体特点和LID技术特点,对厦门市的海绵城市建设技术作了进一步分析。介绍了厦门市某园区的LID技术应用示范,并对厦门市海绵城市建设技术的高效应用提出建议,以期为其他区域的海绵城市技术实践提供借鉴。