绿色屋面降雨径流水质源汇特征及污染源解析

2016年4月—2017年10月对93场降雨事件绿色屋面径流、沥青屋面径流和干湿沉降进行采样分析,运用多元统计方法,基于径流水质浓度和污染负荷两种角度,重点揭示绿色屋面径流水质的源汇特征,识别绿色屋面对降雨径流的滞留能力及影响因素,探讨了绿色屋面径流的污染来源.结果表明：绿色屋面具有很好的径流滞留效果,平均径流滞留率达到53.4%.绿色屋面径流滞留率月变化受到降雨量的显著影响,表现为在丰水期7、8和10月径流滞留率（73.6%、80.9%和93.6%）小于枯水期4、5、11和12月滞留率（100%）.绿色屋面径流滞留率与降雨量和降雨历时表现出显著的负相关关系,与雨前干期相关性较弱.基于径流水质,绿色屋面显著增加了径流中EC、COD、TOC、K⁺、Ca²⁺、Cl^-和SO₄^2-的浓度,是它们的污染源,但显著降低了径流中NH₄⁺-N和Zn的浓度,是它们的汇;基于污染负荷,绿色屋面仅是K⁺、Cl^-和SO₄^2-的污染源,是NH₄⁺-N和Zn的汇.绿色屋面存在4类污染源,即有机物和重金属源（来自于泥炭土和沥青油毡）、离子污染源（来自于泥炭土和蛭石）、物化污染源和营养物质污染源（来自于泥炭土和大气沉降）.研究结果可为绿色屋面的科学设计,管理和控制城市暴雨径流提供科学依据.     

Social dilemmas,policy instruments,and climate adaptation measures: the case of green roofs

Green roofs contribute to both climate change adaptation and mitigation. Promoting green roofs is thus a key element in urban strategies to address climate change. How to actually promote green roofs, however, has so far proven elusive: attempts to link specific policy instruments to a more or less successful diffusion of green roofs have been few and far between. The present paper relies on institutional economics to advance the present understanding of the link between policy instruments and green roofs. It argues that different green roofs are confronted with different social dilemmas, and thus require different policy instruments. Specifically, small green roofs face a free-rider problem, which is best addressed through regulations and incentives. Large green roofs face instead a collective action problem, which is best addressed through communications and network-building. This perspective is tested empirically through a comparative analysis of 18 global cities on the forefront in the promotion of green roofs. The policy instruments observed in these cities match with the theoretical expectations laid down in the paper. Implications emerge for both policy and research.

     

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.     

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.     

绿色、蓝色和蓝-绿屋顶径流水质特征

屋顶占据大量城市不透水面,实施生态屋顶建设,有利于缓解城市化造成的生态和环境问题.在北京市区搭建不同类型生态屋顶(绿色屋顶、蓝色屋顶和蓝-绿屋顶),基于对2019年雨季降雨特征、各类生态屋顶径流量以及径流中营养盐和重金属浓度的监测,计算不同生态屋顶径流污染负荷和径流水质指数(RQI),定量对比分析不同类型生态屋顶径流的综合水质差异.结果表明,在2019年雨季,各生态屋顶均表现出良好的雨水滞留能力,平均径流削减率在75.7%～78.9%之间,且不同生态屋顶的径流削减率无显著差异(P>0.05);相较雨水,各生态屋顶均为NH⁺₄-N、 DZn和DCd的汇,累积负荷削减率分别在63.8%～96.4%、68.6%～90.7%和39.8%～54.5%之间,但均为NO^-₃-N、 DCr、 DFe和DNi的释放源;蓝色屋顶是DCu的汇(累积负荷削减率为21.9%),但对雨水径流中PO^3-₄-P的累积负荷无明显影响,而绿色和蓝-绿屋顶均为PO^3-     

粗放式绿色屋顶雨水径流滞蓄截污效果影响因素研究进展

绿色屋顶作为海绵城市低影响开发措施之一,在实际降雨事件中表现出一定的雨水径流滞蓄截污效果,能有效缓解城市内涝和面源污染的现状。且粗放式绿色屋顶因其对屋顶荷载要求低、后期维护较易、成本低等一系列优点,适合实际工程应用,因此对粗放式绿色屋顶雨水径流滞蓄截污效果的影响因素进行研究,对今后的工程应用具有一定的实际指导意义。通过综述近几年国内外关于粗放式绿色屋顶雨水径流滞蓄截污影响因素的研究,指出目前进行相关研究的不足之处和对今后的研究与实践提出展望。     

城市不同材料屋面径流的污染负荷特性

分析不同材料屋面径流污染负荷特性,对于提高城市面源污染负荷估算精度和确定初期径流截流比具有重要意义.以扬州市为研究区域,通过对小青瓦屋面、水泥瓦屋面和混凝土屋面这3种屋面进行降雨径流监测,比较不同材料屋面径流污染物浓度、冲刷规律以及初期冲刷效应.结果表明暴雨事件中,小青瓦屋面径流中总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数和总悬浮物(TSS)的事件平均浓度(event mean concentration,EMC)约为水泥瓦屋面的4～9倍;小青瓦屋面径流污染物浓度变化受雨强影响程度大于水泥瓦屋面,其中TP和TSS的浓度变化趋势和雨强变化趋势的Pearson相关系数r分别为0. 853和0. 822;各材料屋面的初期冲刷强度呈水泥瓦屋面混凝土屋面小青瓦屋面,分别截流3种屋面初期径流的31. 5%、58. 0%和60. 4%,可以完成削减60. 0%的屋面径流污染负荷量的目标.如果未具体区分瓦屋面材料,用水泥瓦屋面径流污染物的EMC估算古建筑聚集区的屋面污染负荷量,将严重低估暴雨事件中TN、TP、TSS和高锰酸盐指数的实际排放量,表明精细化区分屋面材料对提高城市面源负荷估算精度具有重要意义.     

植被对绿色屋顶径流量和水质影响

植被是绿色屋顶的关键组成部分,也是影响绿色屋顶径流量和水质的重要因素之一.本文基于大花马齿苋(Portulaca grandiflora)、佛甲草(Sedum lineare)、高羊茅(Festuca elata)和无植被(对照组)这4种植被覆盖类型绿色屋顶2017年植物生长特征、降雨和径流过程的监测,及对雨水和各绿色屋顶径流中营养元素(NH_4~+-N、NO_3~--N、NO_2~--N和PO_4~(3-)-P)与重金属(Cr、Cd、Cu和Ni)的浓度检测,定量分析了不同植被覆盖类型对绿色屋顶径流量和污染负荷的影响.结果表明:①大花马齿苋、佛甲草、高羊茅和对照组绿色屋顶的平均径流削减率分别为51. 3%、41. 5%、36. 3%和33. 0%,大花马齿苋绿色屋顶径流削减率显著高于高羊茅和对照组绿色屋顶(P 0. 05);②大花马齿苋和佛甲草绿色屋顶是NH_4~+-N、NO_3~--N、NO_2~--N和PO_4~(3-)-P的汇,且地上生物量更大的大花马齿苋绿色屋顶对营养元素的污染负荷削减率(分别为59. 6%、99. 9%、82. 5%和25. 7%)均高于佛甲草绿色屋顶(分别为52. 5%、89. 3%、75. 3%和7. 8%),而高羊茅和对照组绿色屋顶是NH_4~+-N和NO_2~--N的汇,是NO_3~--N和PO_4~(3-)-P的源;③大花马齿苋、佛甲草、高羊茅和对照组绿色屋顶均是DCd的汇,污染负荷削减率分别为19. 2%、41. 5%、38. 4%和31. 1%,但4组绿色屋顶均是DCr、DCu和DNi的源.     

不同植被绿色屋顶径流水质年际变化特征

绿色屋顶是海绵城市建设的重要措施之一,近年来逐渐得到广泛关注.为探究植被和使用时长对绿色屋顶径流水质的影响,于北京市区搭建了3种不同植被类型[佛甲草（Sedum lineare）、大花马齿苋（Portulaca grandiflora）和无植被（对照）]的绿色屋顶.根据2017～2019年植物生长情况、雨季雨水和绿色屋顶径流水质的长期监测,定量分析不同植被绿色屋顶径流水质的年际变化特征.结果表明,相较雨水,3种绿色屋顶在监测期内均是NH⁺₄-N的汇,浓度平均削减率在50.1%～79.2%之间,但均是PO^3-₄-P、 DCr、 DCu和DNi的源;佛甲草和大花马齿苋绿色屋顶在2017年是NO^-₃-N的汇,浓度平均削减率分别为71.4%和99.5%,在2018和2019年是NO^-₃-N的源,而对照绿色屋顶在监测期均为NO^-₃-N的源;绿色屋顶的植被类型和使用时长显著影响其径...     

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.     

不同降雨条件下植被对绿色屋顶径流调控效益影响

植被是绿色屋顶的重要组成部分,可通过截留雨水和蒸散耗水等过程影响绿色屋顶的径流调控效益.本文基于太阳花(Portulaca grandiflora)、佛甲草(Sedum lineare)、高羊茅(Festuca elata)和无植被等4种植被覆盖类型绿色屋顶2017年雨季26场降雨径流过程的监测数据,从径流和洪峰削减、产流和峰现时间延迟四方面定量分析植被在不同降雨条件下对绿色屋顶径流调控效益的影响.结果表明,绿色屋顶径流削减率与降雨量呈显著负相关(P 0. 01),降雨量10 mm时,绿色屋顶径流削减率等于或接近100%;降雨量超过30 mm,所有绿色屋顶的径流削减率降低到70%以下;当降雨量达到监测期内最大的81. 4 mm时,各绿色屋顶径流削减率都低于55%.植被覆盖类型对绿色屋顶径流调控效益的影响随降雨条件而改变,大雨条件下不同植被覆盖类型绿色屋顶的径流削减率差异最大,中雨和暴雨条件下次之,小雨条件下因各绿色屋顶几乎都不产流而无明显差异.在中雨、大雨和暴雨条件下,有植被覆盖绿色屋顶的径流削减率、洪峰削减率、产流和峰现时间延迟等4个指标都明显优于无植被覆盖的绿色屋顶.株高和单位面积地上生物量最高的太阳花绿色屋顶的径流调控效益优于佛甲草绿色屋顶.     

宁波市典型城市下垫面雨水径流污染特征解析

雨水径流污染影响受纳水体水质,为掌握宁波市雨水径流污染特征,于2009～2019年开展了8场降雨调查,采用频率统计分析和相关性分析方法研究了中心城区的屋面、广场、绿地、小区道路、商业街道路和城市主干道等不同下垫面的雨水径流污染水平,径流污染来源,以及中小雨型径流水质的冲刷规律.结果表明,宁波市各下垫面雨水径流的化学需氧量(COD)、氨氮、总氮、总磷和总悬浮固体(TSS)等污染指标的次降雨径流平均浓度(EMC)均值分别介于23.88～102.31、 0.40～1.69、 3.41～8.71、 0.09～0.50及37.6～323.4mg·L~(-1)之间.除广场外,其它各下垫面雨水径流的COD和总氮污染严重,屋面、商业街和小区雨水径流氨氮显著高于广场、绿地和主干道(P0.05),商业街、主干道和绿地雨水径流总磷浓度显著高于(P0.05)其它下垫面;屋面、广场、主干道及商业街雨水径流中的TSS与COD、氨氮、总磷具有同源性质,绿地和小区雨水径流的氨氮和总氮具有同源性质;在中小雨情景下屋面和绿地等下垫面的氨氮较易形成初始冲刷效应,而广场、小区和城市主干道等下垫面的总氮和总磷初始冲刷效应并不明显.     

江苏省高速公路站区光伏能源综合利用研究

基于江苏省高速公路沿线服务区、收费站、办公楼屋面面积以及服务区停车场面积统计数据,估算了可利用屋面面积和进行光伏车棚改造的服务区停车场面积。测算了光伏屋面、光伏车棚的装机规模和发电量,结合高速公路用电情况分析了运行方式。经测算:江苏省高速公路服务区和收费站屋面可安装光伏发电总装机容量为32 MW,首年发电量为3200万kWh,全省高速公路光伏屋面25年发电总量约7.3亿kWh;江苏省高速公路光伏车棚可安装光伏发电装机容量约11 MW,25年发电总量约2.5亿kWh;高速公路站区光伏系统所发电量均小于其昼间用电量,站区光伏发电能够以“自发自用”的模式运行。     

北京绿色屋面节水灌溉技术初探

绿色屋面是城市绿化的重要组成部分。对于象北京这样的缺水城市,绿色屋面的节水灌溉不容忽视。使用节水灌溉技术、优化灌溉水源配置、根据土壤含水率科学确定灌水定额等措施可减少城市绿色屋面的耗水量。     

天津市居民区不同材质屋面降雨径流污染特征分析

选取天津市居民区典型材质(油毡、塑钢和水泥瓦)屋面下垫面,对其降雨径流污染特征和污染物初期冲刷效应进行了分析,并考察了不同类型材质屋面降雨径流中颗粒物分布及主要污染物赋存形式.场次降雨径流平均浓度分析结果表明:SS和COD是降雨径流中的主要污染物,降雨径流污染程度顺序为油毡屋面＞水泥瓦屋面＞塑钢屋面;颗粒物是降雨径流中...     

南宁市老城区降雨径流溯源及污染特征分析

降雨径流是城市河道污染的重要来源之一.为了解降雨径流的污染特征,对南宁市老城区进行降雨径流同步采样监测,分析不同降雨条件下不同下垫面污染状况、初期冲刷效应及污染贡献比等特征,探讨了径流污染初期冲刷计算方法及影响因素分析,并根据老城区菜市场下垫面讨论降雨径流下垫面选取标准与必要性.结果表明,南宁市老城区径流污染中,道路及...     

不同配置绿色屋顶径流水质特征及综合评价

绿色屋顶是海绵城市建设的重要措施之一,但植被和基质等配置因素对其径流水质的综合影响尚不清楚,这限制了绿色屋顶的推广.通过在北京市区搭建3种植被类型［佛甲草（Sedum lineare）、大花马齿苋（Portulaca grandiflora,马齿苋）和无植被（对照）］、3种基质类型［田园土、改良土和轻质生长基质（轻质基）］和2种基质厚度（15 cm和10 cm）的12个绿色屋顶,基于2019年雨季降雨特征、各绿色屋顶径流量以及径流中营养盐和重金属浓度的监测,构建绿色屋顶径流水质指数（RQI）定量分析不同绿色屋顶配置对径流水质的综合影响.结果表明,植被可提高绿色屋顶径流削减率和有效降低径流中NO₃^--N的浓度,佛甲草和马齿苋绿色屋顶的RQI接近,径流水质均优于对照绿色屋顶;基质材料显著影响绿色屋顶径流削减率和径流中污染物浓度,轻质基绿色屋顶的径流削减率最低且径流中NH₄⁺-N、DFe、DMn和DZn的浓度均值最高,其径流水质劣于改良土和田园土绿色屋顶;基质厚度为15 cm的绿色屋顶径流削减率更高,其径流水质优于10 cm的绿色屋顶.研究结果可为绿色屋顶设计及径流水质综合评价提供科学依据.     

低影响开发对城市内涝节点雨洪控制效果研究——不同降雨特性下的情景模拟

以中国福建省福州市晋安区解放溪流域高密度居民住宅区为例,针对不同降雨重现期、降雨历时和雨峰系数的降雨情景,利用PCSWMM模型模拟该地区的雨洪情况,并运用模型的低影响开发（LID）模块,研究7种不同LID用地布局情景对研究区内涝节点的雨洪控制效果.情景模拟结果表明：在不同降雨情景下,各LID用地布局情景会使节点的洪峰流量减小、积水时间减少、积水深度变小;植被浅沟措施和植被浅沟&绿色屋顶组合措施会使节点SS峰值浓度高于现状用地,其余布设情景下,SS峰值浓度均减小.LID措施对节点流量和水质的控制效果在低降雨重现期和长降雨历时的降雨情景下较为有效.在单个LID布设情景中,渗透铺装措施控制最佳,而组合LID布设情景中,渗透铺装&植被浅沟&绿色屋顶是最佳的组合控制措施.研究结果可为南方城市居民区实施海绵城市建设提供技术支持,并为地方制定相关规范和标准提供参考和借鉴.     

重庆市不同材质屋面径流水质特性

2010年雨季对重庆市6场降雨时段的屋面径流进行采样监测,分析了水泥屋面和瓦屋面径流污染物的出流过程和初始冲刷现象,并且运用多元统计方法分析了降雨特征对径流水质的影响.结果表明:2种材质屋面径流水质参数中CODCr和TN的次降雨平均浓度(EMC,以ρ计)均超出GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅴ类标准,为屋面径流主要污染物.水泥屋面的CODCr、TN、NO3--N、TSS、Cu和Zn的EMC明显高于瓦屋面,分别高出1.63、1.57、1.15、1.70、1.50和1.88倍.在水泥屋面上,ρ(CODCr)、ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(TSS)变化幅度大于瓦屋面,并且其峰值滞后或同步于最大雨强;在瓦屋面上,ρ(CODCr)、ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(TSS)的峰值提前或同步于最大雨强.瓦屋面各污染物FF30(初期30%径流携带的污染负荷)的平均值均高于水泥屋面;水泥屋面各污染物(除Zn和Cd外)FF30的标准差均高于瓦屋面.各污染物的EMC与降雨量、平均雨强、径流量和最大雨强呈负相关;溶解态重金属的EMC与前期晴天数呈负相关,其余指标均与前期晴天数呈正相关.      

我国城市不同功能区地表灰尘重金属分布及来源

为揭示城市不同功能区地表灰尘重金属的分布规律及污染来源,在文献调研的基础上,通过对多个省会城市主要功能区地表灰尘重金属数据的分析和比对,阐述了我国城市不同功能区地表灰尘中Cd、Cu、Pb和Zn的分布及累积差异,并探讨了不同功能区地表灰尘重金属的可能来源及影响因素.结果表明,工业区地表灰尘重金属含量最高,交通区地表灰尘重金属含量最低,商业区和居民文教区地表灰尘重金属含量处于中等水平.4种功能区之间地表灰尘重金属水平分异较大的元素是Zn和Pb,Cu和Cd在不同功能区地表灰尘中的含量差异较小.相对于城市土壤,工业区地表灰尘重金属累积最重,其它3个功能区地表灰尘重金属累积差异不明显,但相对而言,交通区地表灰尘重金属累积最轻.不同功能区地表灰尘累积程度差异最小的元素是Cd.