基于“海绵城市”理念的透水铺装系统的研究进展

近年来,城市内涝和非点源污染得到高度关注。透水铺装系统是基于"海绵城市"理念的一种重要的源控制技术,可以有效的减少洪峰流量、防治城市内涝现象、净化雨水径流污染。已被广泛应用于公园、停车场、人行道、广场、轻载道路等。通过总结国内外相关文献资料,重点介绍透水铺装系统在雨水径流水文特性和水质净化方面的研究现状和行业趋势,并对日后研究方向和未来行业领域的发展提出建议,对透水铺装系统的进一步深入研究具有积极意义。     

浅谈建设海绵城市的发展现状

当今中国城市内涝问题严重,地下水位下降尚未得到缓解,水资源短缺的问题尚未得到解决[1]。海绵城市的提出正是建立在这些水问题的存在基础之上,旨在提出一个较为全面的解决方案,缓解我国水危机,从根本上解决我国目前所面临的水问题。本文从海绵城市发展背景出发,借鉴国外雨洪管理经验,深层次理解其内涵,阐述低影响开发主要技术,总结海绵城市现阶段发展状况,并对今后发展趋势尝试大胆预测,意在让人们更多的了解海绵城市,让更多学科的专业人士加入到海绵城市的建设中来,使海绵城市的建设更加完善,使人与自然共处更加和谐。     

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。     

从城市雨洪资源角度看“海绵城市”的建设

海绵城市的重点是对雨水进行合理的利用,从而避免城市出现洪灾,减少污染出现的机率。西方很多发达国家都采用了这样的措施对雨水进行回收利用,不但避免了洪灾,还改善了生态环境。笔者从城市雨洪资源的角度分析了海绵城市的建设,具体如下。     

基于SUSTAIN模拟技术的低影响开发雨水设施规划应用研究

模拟技术是城市低影响开发雨水设施规划设计和研究的重要方法,采用城市暴雨处理及分析集成模型系统(SUSTAIN)对某市A地块的低影响开发雨水设施规划进行研究,分析了低影响开发雨水设施在不同降雨重现期条件下的峰值径流量、径流总量及径流系数的削减效果。结果表明,按照一定比例设置的绿色屋顶、透水铺装、下凹绿地、雨水花园、干草沟等低影响开发雨水设施可以通过下渗和滞蓄作用削减降雨峰值径流量和径流总量,降低了地面径流系数,其中1~5年一遇降雨的径流量和峰值流量基本达到100%削减,10~100年一遇的降雨则有不同程度削减,可显著减少下游渠道和市政管网的外排水量,缓解城市排水系统和河道泄洪的负荷,为城市低影响开发雨水设施的有效利用提供参考。     

气候变化背景下城市应对极端降水的适应性方案研究——以西宁海绵城市试点区为例

气候变化将导致极端天气事件频率与强度的增加,城市迫切需要对未来的极端天气做出适应性反应.因此,为了找到应对未来暴雨极端天气的最佳适应性方案,明确不同方案对暴雨极端天气的缓解程度,本研究基于西宁市海绵城市试点区50年(1966—2015)的气象资料,利用Pearson-III概率分布和线性趋势估计法预测了该区未来50年的极端降水量,进而利用SWMM模型模拟未来50年极端降水条件下的城市内涝情况,并根据模拟结果提出基于低影响开发(LID)配置和管网改造的城市内涝适应方案.这些方案包括:局部布设LID措施、局部布设LID措施结合局部管网改造、全局布设LID措施、全局布设LID措施结合满流管网改造.再次利用SWMM模型对这些方案进行模拟,并评价它们应对未来极端降水的能力.结果表明,全局布设LID措施和满流管网改造的效果最好,全局布设LID措施的效果和局部布设LID措施结合局部管网改造的效果相近.然而,管网改造无法有效储存和利用雨水资源,因此,全局布设LID措施将成为城市应对极端降雨的重要适应性方案.     

基于LID措施的城市设施绿地对雨水径流及污染阻控的研究

文章对不同LID设施绿地在雨水径流的接收、传送到蓄存过程中的功能进行综述的基础上,总结出城市设施绿地作为系统的整体去除污染物主要机理,展望了城市设施绿地在海绵城市建设中的应用前景,为设施绿地在城市雨洪控制提供理论和技术支持。     

低影响城市雨水生态系统的构建

对低影响开发(Low Impact Development,LID)的原理,综合管理措施(Integrated Management Practices,IMPs)的种类和适用条件以及低影响开发场地规划设计的原则与设计程序进行了分析,提出构建我国基于低影响开发的城市雨水生态系统,介绍了低影响城市雨水生态系统的设计方法。低影响城市雨水生态系统可保护城市自然水循环,实现资源和环境的可持续发展。     

北方寒冷干旱地区“海绵城市”的探索——以白城市海绵城市实践为例

本文以北方寒冷干旱地区为实例,在分析北方地区典型的白城地区地理条件等因素基础上,就如何建设海绵城市进行研究和探讨。     

甘肃省城市旅游效率发展态势研究——基于2005-2012年甘肃省14个市州的面板数据

运用包括数据包络分析,采用Arcgis9.3,DEAP2.1,OnFront2.01等在内的统计软件对2005-2012年甘肃省14个市州的面板数据,对旅游效率进行分析.研究发现:将总效率分解成纯技术效率、规模效率和利用效率,各市州的总效率和分解效率历年均值均较高,纯技术效率和利用效率出现下降趋势,规模效率呈现上升;自2006年起,经过六年的发展,甘肃71.43％的市州旅游效率到2012年呈现上升趋势;根据旅游效率的大小和变化将旅游效率演进模式分为盘旋式、爬升式、稳定式和跳跃式,57.14％的城市属于盘旋式.     

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。     

城市水资源综合利用新模式探索与研究

随着经济和社会的发展,城市水资源短缺的矛盾日益突出.宁波市北仑区作为一个极度缺水的地区,在开发利用雨水、海水、再生水等非常规水资源方面积累了一些成功的案例和经验,每年可收集利用雨水近220万吨,利用各类再生水超3 500万吨,区域污水厂废水的再生利用率达到30％.从政府层面对水资源的环境价格和资源价值体现作了有益的探索,并在下一步的城市建设中积极引入“海绵城市”的概念,为其他同类型地区合理利用水资源提供参考和思路.     

粗放型绿色屋顶对多环芳烃的控制效果

构建4个粗放型绿色屋顶中试设施,考察不同基质组成的设施在实际降雨条件下出水中16种多环芳烃(PAHs)质量浓度并与降雨、沥青屋面径流、空白对照设施的出水进行对比.结果表明,8场监测降雨事件中,4种模拟屋面设施出流PAHs的平均质量浓度分别为145、166、151、160 ng·L~(-1),沥青屋面和空白对照设施出流PAHs的平均质量浓度分别为900 ng·L-1和270 ng·L~(-1),4个模拟设施出流PAHs质量浓度显著低于沥青屋面和空白对照设施;从质量负荷控制的角度,4个模拟设施均能有效控制屋面径流PAHs负荷,与空白屋面相比,平均负荷削减率为71.76%.绿色屋顶对PAHs的去除机制以基质材料的截留及吸附为主,同样基质配比的情况下,增加基质层厚度,能改善设施对PAHs的去除效果.将传统沥青屋面改造为粗放型绿色屋顶,有助于控制屋面径流PAHs排放.     

厦门市城市绿地雨洪减排效应评价

城市绿地在对雨水的渗透、滞留和调蓄方面具有非常显著的作用,能够有效削减城市的雨洪流量,缓解内涝压力.以海绵城市试点——厦门市为典型区,在日降雨数据、土地利用数据、土壤类型数据、城市绿地空间分布数据和城市建成区空间范围数据等多源数据的支撑下,系统评价了厦门市建成区城市绿地的雨洪减排效应.其中,雨洪减排效应的实物量通过SCS（Soil Conservation Service）模型进行评估,价值量则利用替代市场法进行估算.结果表明:2010年厦门市单位城市绿地削减的雨洪径流深为262.28 mm,削减的雨洪径流总量为4 385.40×104 m3,减排服务价值为2.75×108元;2015年单位城市绿地削减的雨洪径流深为335.77 mm,削减的雨洪径流总量为7 634.37×104 m3,减排服务价值为5.49×108元.城市绿地面积、降水量及其时程分配是影响城市绿地雨洪减排效应的关键因子,在其共同驱动下,2015年厦门市城市绿地的雨洪减排效应较2010年显著增加.研究显示,SCS模型在数据输入和参数率定等方面具有显著优势,能够在地理空间上连续模拟厦门市整个建成区的产流量,进而实现行政区单元和城市绿地类型单元雨洪减排效应的双重评价,3种城市绿地类型（乔木、灌木和草本）单位面积的雨洪减排效应并无明显差异,受绿地面积支配,厦门市80%的城市绿地雨洪减排效应由乔木绿地产生.      

全域推进海绵城市建设,消除城市内涝,打造宜居环境

我国提出的海绵城市建设旨在解决由于城市高速发展和涉水基础设施不完善导致的城市内涝问题.经过4年的创新实践取得卓越成效,现已建设的30个海绵试点建设城市经受住了汛期暴雨考验.针对试点建设过程中发现的我国在治理内涝方面存在的体制、机制、技术和设施等方面存在的不足,本文提出:应全域系统化推进海绵城市建设;完善管理体制,进行系统性规划建设并智慧管控;加强领域内的技术人才培养;完善相关标准规范,开展雨洪控制的多学科交叉科学研究.     

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。     

人工湿地在天津生态城水系构建中的应用建议研究

人工湿地技术融合基质、植物、微生物及工程构造为一体,通过物理、化学、生物、生态过程的综合作用,可以对低污染水具有良好的净化效果.在总结该技术主要工程形式、应用研究进展及常见问题的基础上,结合天津生态城水环境建设现状,以景观水体水质保持为核心目标,提出了人工湿地系统多途径多层次技术的应用方案,形成以大型人工湿地工程为依托的水系构建总体工程方案,这样就可以为该技术在黑臭水体治理及海绵城市建设领域的广泛应用提供参考依据.     

伊宁市城市水系现状调查及问题与对策

以泉水来源的伊宁市城市水系,具有特有城市标志的同时对伊宁市起着重要的生态、景观、润泽作用。近年来,城市建设的快速发展给伊宁市水系带来了新的问题。文章以如何保护好伊宁市城市水系为出发点,以现场调查及相关数据为基础,对现状问题进行分析,提出了城市水系保护方面的一些建议对策。     

前期晴天时间对城市降雨径流污染水质的影响

识别影响城市降雨径流污染的主要因子是城市降雨径流污染治理和管理的前提和基础.为此,从2006年5月开始,选择镇江具有代表性的土地使用类型监测城市地表径流水质,分析前期晴天时间对城市地表降雨径污染物的影响.结果表明,随着前期晴天时间的增加,径流中粒径<40 μm的颗粒物粒径体积分数增加;径流中主要水质参数(TN、TP、Zn、Pb、Cu、TSS和COD)与前期晴天时间呈显著正相关,初期地表径流中溶解态污染物增加,说明前期晴天时间是影响城市径流污染浓度和形态的主要因子,从而为城市降雨径流污染的控制和治理提供科学依据.     

球形海绵铁还原去除水中硝酸盐的静态研究

利用铁精粉造球和直接还原工艺制备了粒径1～5mm的多孔性球形海绵铁,对该球形海绵铁处理模拟硝酸盐污染水体进行了静态实验研究。结果表明:溶液pH值和溶解氧对硝酸盐去除率影响显著,pH值<2时硝酸盐去除率较高,而pH值>3时硝酸盐去除率很低;水体溶解氧能够促进硝酸盐的去除,如果不能向水体供氧,海绵铁几乎不能去除水体中的硝酸盐;无论硝酸盐初始浓度高低,固液比为1:10时海绵铁对硝酸盐的去除率最高,过高或过低的固液比都影响硝酸盐的去除;此外,硝酸盐初始污染浓度对去除率也影响显著,硝酸盐浓度<20mg-N/L时,硝酸盐的残余量保持在0.5mg-N/L左右,硝酸盐浓度较高时,去除率随硝酸盐初始浓度的增加而显著降低。