简单屋顶绿化降雨产流时间研究

通过室内模拟人工降雨试验,研究了降雨强度、叶面积指数、基质厚度、初始含水率对简单屋顶绿化延迟产流时间的影响。试验结果表明,对于简单屋顶绿化,其延迟产流时间主要受降雨强度和叶面积指数的影响:随着降雨强度的增加,延迟产流时间逐渐缩短;随着叶面积指数的增大,延迟产流时间逐渐增长。试验中还发现草炭含量的增加能增强基材的持水性能,而煤渣含量的增加会削弱基材的持水性,陶粒含量过多不利于植物生长。最后,利用多元线性回归分析得到了关于延迟产流时间的计算模型,其对于预测简单屋顶绿化产流时间具有较好的参考价值。     

不同基质深度下绿色屋顶产流分析

为了优化绿色屋顶基质结构,结合长江中下游地区的水文、气象等条件,在芝加哥设计雨型下,通过人工模拟降雨的方式研究了重现期1~5年,降雨历时30~120 min的条件下不同基质深度对绿色屋顶滞蓄能力的影响,并从产流过程、径流峰值削减率、径流总量削减率方面进行了分析。研究结果表明:在不同设计降雨强度下,随着基质深度的增加,产流时间、延峰时间和径流削减能力呈增加趋势,同时随着降雨重现期的增大,绿色屋顶各项指标呈减小趋势。综合来看,基质深度为25 cm的绿色屋顶性价比较高。     

简单式绿色屋顶雨水径流滞留效果的影响因素

绿色屋顶具有良好的环境、社会和经济效益,其在欧美等发达国家已得到广泛应用,但在国内雨水控制领域受到的关注度较低。为此,采用北方典型城市的设计降雨对绿色屋顶装置进行模拟降雨试验,分析简单式绿色屋顶的排水层材料、种植基质及降雨强度对其雨水径流滞留效果的影响。结果表明:凹凸排水板和陶粒两种排水层材料对绿色屋顶滞留雨水径流的效果无明显优劣;种植基质的初始湿度与绿色屋顶对雨水径流的削减率存在负相关关系;基质种类对绿色屋顶雨水径流滞留能力也有一定影响,与超轻量基质和田园土相比,改良土在雨水径流削减、产流延缓、峰值流量削减和延后等方面的效果更好;绿色屋顶对较低重现期的降雨事件具有更好的雨水径流滞留效果。     

消化污泥及给水厂剩余污泥在绿色屋顶中的应用

绿色屋顶是年径流总量控制和面源污染控制的重要手段。搭建了消化污泥及给水厂剩余污泥等不同基质的绿色屋顶,通过模拟降雨对基质种类、基质厚度与降雨时间三个影响因素进行了研究,探究了两种污泥在绿色屋顶中应用的可行性及其适宜的厚度。结果表明,不同基质种类的绿色屋顶均可以达到较好的雨量调控效果,差距并不大;给水厂剩余污泥基质相较其他基质的出水水质效果更好,而消化污泥则会带来大量磷污染;各基质在搭建初期均存在营养物质的溶出,且小降雨强度下水质污染更明显;基质厚度越高,则雨量调控效果越好,但厚度超过10 cm后调控效果的提升并不明显;给水厂剩余污泥基质的适宜厚度为5 cm(水质控制效果较好)或10 cm(水量控制效果较好),消化污泥基质的适宜厚度为10 cm。     

蓄水层对绿色屋顶径流削减能力的影响分析

提出了耦合HYDRUS-1D与蓄水层蒸发模块的绿色屋顶模型,基于绿色屋顶试验和水文监测数据对模型进行了率定及验证,利用该模型分析了深圳市不同雨强、雨前干旱时间(ADP)和水文年下,蓄水层对绿色屋顶径流削减能力的影响。结果表明,随着次降雨强度的增加,绿色屋顶径流削减量先增加,在达到最大值后保持稳定,蓄水层厚度的增加可以显著提高绿色屋顶的最大径流削减量;随着ADP的增加,绿色屋顶对下次降雨径流的削减能力逐渐恢复,由于蓄水层蒸发对土壤层的补水作用,带蓄水层屋顶的径流削减能力恢复的速度远慢于无蓄水层屋顶;绿色屋顶对年径流削减量:枯水年平水年丰水年,且随蓄水层厚度的增加而增加。     

绿化屋顶基质材料及厚度对屋面径流雨水水质的影响

根据我国华北地区降雨及其水质特点,建立了5套双基质层绿化屋顶小试装置,着重考察了绿化屋顶结构中基质材料及厚度对屋面径流出水水质的影响。结果表明,营养基质材料对绿化屋顶径流水质有关键性的影响,特别是对NO-3、PO3-4和有机物这类易因淋洗而释放的污染物,选取肥力适中、营养物质释放缓慢的无机营养填料可大幅提高绿化屋顶的径流水质;吸附基质层厚度的增加可以在一定程度上提高径流出水水质;通过选用合适的基质材料和适当的基质体积比,可以削减城市屋面雨水径流中污染物含量。     

非饱和砂质黏性紫色土一维渗透特性试验研究

利用土体瞬时渗透特性测试仪,对重庆非饱和砂质黏性紫色土进行一维土柱垂直渗透试验。模拟不同降雨条件(5 mm/h、15 mm/h、30 mm/h)下,其入渗率、累积入渗量、浸润峰、体积含水率和吸力等随时间的变化规律;分析得到其渗透特性和持水特性。结果表明:(1)在初始含水率相同的情况下,降雨强度越大,初期入渗率越大;土体的入渗率与含水率有关,含水率越低的土体,其入渗率越大;(2)不同降雨强度下,水入渗到同一监测点的时间不同;且降雨强度越大时,含水率增大到某一稳定值的数值也越大;(3)降雨强度并不会影响土体的饱和渗透系数和持水性能。从试验规律可知非饱和砂质黏性紫色土的体积含水率θ与渗透系数的对数lgk之间存在线性关系,拟合的线性方程,可应用于相应紫色土地区土体的非饱和渗流分析。     

屋面绿化卷材降雨入渗及蒸发特征研究

以新型屋面绿化卷材为研究对象,采用人工模拟降雨的方法,探究不同开孔率对绿化卷材降雨产流、入渗及蒸发特征的影响。结果表明:水分入渗通道开孔率对绿化卷材降雨产流、入渗速率及入渗量影响显著。在相同雨强下,开孔率越大,所需产流时间越长,卷材的入渗雨量越多。入渗速率随着降雨时间的延长而呈下降趋势,产流速率随降雨时间的延长不断增大直至稳定产流。蒸发主要发生在白天,开孔率显著影响卷材的日蒸发量,日蒸发量极差与累积蒸发量均随开孔率的增大而增大。为屋面绿化卷材开孔率的优化改进提供了合理的设计思路。     

毛细阻滞覆盖层储水能力和击穿时间试验研究

毛细阻滞覆盖层目前在干旱、半干旱地区应用较成熟,但缺乏在湿润地区服役性能和设计准则的研究。为了明确毛细阻滞覆盖层在连续降雨作用下的服役性能,通过土柱降雨入渗试验,研究毛细阻滞覆盖层储水能力和击穿时间与降雨强度、细粒土层厚度和初始含水率的关系。试验结果表明：(1)降低细粒土层初始含水率、提高细粒土层厚度均有助于提升储水能力;(2)在试验厚度及含水率范围内,击穿时间随细粒土层初始含水率的降低和厚度的提高而线性增加,与降雨强度呈幂函数负相关关系,在饱和渗透系数附近,击穿时间随降雨强度的增长由迅速降低变为缓慢降低;(3)极端连续降雨条件下,毛细阻滞覆盖层的入渗速率首先由降雨强度控制,最终趋于饱和渗透系数,该过程可用等效入渗速率描述,降雨强度、初始含水率对等效入渗速率具有显著影响。基于试验结果,提出了毛细阻滞覆盖层的实用储水能力模型,推导了击穿时间的半经验–半理论计算模型,储水能力和击穿时间模型计算结果均与试验结果吻合,可作为毛细阻滞覆盖层在连续降雨条件下的设计依据。研究结果可为毛细阻滞覆盖层在湿润地区和极端降雨情况下的设计和维护提供参考。     

降雨条件下一维土柱垂直入渗模型试验研究及其渗透系数求解

 为研究降雨条件下一维土柱的入渗规律及求解非饱和土体的渗透系数,开发一套模拟降雨条件下一维土柱垂直入渗模型试验装置,对非饱和重塑黄土土柱做了4组不同降雨强度下的一维垂直入渗试验,得到不同降雨强度下垂直土柱的入渗率时程曲线、浸润峰深度时程曲线及监测点体积含水率的变化规律;提出计算非饱和土体渗透系数的新方法,并结合试验结果,得到试验土样非饱和渗透系数与基质吸力的关系曲线。结果表明：(1) 降雨强度对垂直土柱的入渗影响较大,当降雨强度小于土柱最小入渗能力时,入渗率等于降雨强度;当降雨强度大于土柱最小入渗能力时,入渗率时程曲线呈无压入渗、有压入渗和饱和入渗3阶段变化。(2) 不同降雨强度下,土柱出现积水点和饱和点的历时不同,降雨强度越大出现积水点和饱和点的时间越短,有压入渗阶段越长。(3) 在同一降雨强度下,监测点距土柱上表面越远,其体积含水率时程曲线越密集;而同一监测点,降雨强度越大,其体积含水率时程曲线越稀疏。(4) 非饱和重塑黄土渗透系数随基质吸力的增大而减小,且渗透系数的对数与基质吸力呈线性变化。     

不同降雨强度下LID改造对径流量的削减效果

以重庆市海绵城市建设试点区域秀山县为研究对象,通过实时监测传统片区和低影响开发(LID)片区的降雨径流数据,探析LID片区在不同降雨强度下对径流量的削减效果。结果表明,经LID改造后,地面透水性增大,所容纳的雨水量增加,与传统开发模式相比,中雨条件下对径流总量和峰值的削减率分别可达到80. 4%和56. 0%;LID措施的蓄水容积有限,不同降雨条件下对径流总量和峰值的削减程度不同,削减程度排序为:中雨(80. 4%、56. 0%)>大雨(69. 4%、64. 4%)>暴雨(56. 1%、60. 8%),而且随着降雨等级的增大,LID片区的径流产生时间和峰现时间的滞后效果减弱,在暴雨条件下与传统片区无明显差别;LID片区是否产生径流以及产生多大的径流,主要由降雨强度决定,而与降雨量关系不大,在本研究中,当降雨强度> 0. 2 mm/min时才会产生径流,且降雨强度越大,径流量就越大。     

干旱区雨水蓄水池容积的设计计算

通过分析雨水蓄水池有效容积与其工程投资、节水效益之间的关系,以降雨资料为基础,建立了根据小区面积推求该小区雨水蓄水池的经济容积的计算方法。以西安市某建筑小区为例,结合西安市的降雨资料,计算得出该小区的雨水蓄水池最佳设计容积。同时,通过折算不同规模和组成的小区的占地面积,确定了不同产流面积下的雨水蓄水池经济容积。     

黄土–碎石毛细阻滞覆盖层储水能力实测与分析

中国西北地区气候较干旱,黄土分布广泛。就地取材采用当地的黄土作垃圾填埋场封场土质覆盖层具有技术可行性和良好的经济性。在西安江村沟垃圾填埋场建造了国内首个20m×30m大尺寸黄土–碎石毛细阻滞覆盖层现场试验基地,在基地开展了极端降雨试验。水量分配测试结果表明:总降雨量214.8 mm;坡面径流1.7 mm,占总降雨量的0.8%;土层存储(含蒸发)199.57 mm,占总降雨量的92.9%;渗漏13.53 mm,占降雨量的6.3%。基质吸力与水份运移规律分析结果表明:持续降雨条件下毛细阻滞覆盖层(900 mm)细粒土中表层土(15 cm深度以上)和底层土(85cm深度以下)的孔压(或体积含水率)均较高;底层土孔压(或体积含水率)较高是由于碎石–黄土界面间毛细阻滞效应对水份下渗的阻滞作用,这是有别于单一土层降雨入渗水份运移的显著特征。储水能力评估结果表明:极端降雨试验实测黄土–碎石毛细阻滞覆盖层有效储水量为251.95 mm。采用室内吸湿土水特征曲线评估覆盖层有效储水能力,有效储水量理论值S_(fac)为218.75 mm,实测值较理论值大15.18%,结果偏于安全。采用现场吸湿土水特征曲线评估覆盖层有效储水能力,有效储水量理论值Sfac为278.32 mm,实测值比理论值小9.47%,偏于危险。防渗设计中建议采用室内吸湿土水特征曲线。     

城市公园绿地雨水径流利用研究

在暴雨或较大降雨强度的条件下城市绿地也会产生地面径流,在建设公园绿地的同时要考虑对公园绿地上雨水径流的收集,并回用于绿地灌溉,而不是简单排入城市排水系统。结合北京市丰台区绿源公园绿地径流的现场试验观测,提出了城市草坪绿地降雨量、降雨强度与径流量的关系,以及不同地面坡度条件下的降雨径流关系,为北京城市绿地雨水径流利用提供了基本依据和基础参数。试验结果表明,降雨量小于9mm时试验坡度的草坪绿地均不产流;次降雨量大于9mm时,绿地的径流效率与次降雨量成正比,而坡地上二者的相关性比平地更加显著。     

如何优化城市住区绿地布局形态管理场地雨洪？ ——基于重庆某住区的模拟实证研究

国内外学者针对雨水管理目标下的 城市住区场地设计展开了较多研究,但对住 区绿地系统的形态特征和径流控制的定量关 系还缺乏相关探讨。研究对住区绿地形态特 征与径流水系特征进行归纳分类,然后选择 Uwater Drainage作为场地场次降雨径流的 模拟软件,基于重庆某住区设计方案展开降 雨径流的实证模拟研究。研究了住区建筑布 局与绿地形态对降雨径流的影响特征,探索 了整合雨水管理功能的住区绿地系统复合结 构。通过将雨水管理目标融入住区规划设计 阶段,有利于住区更加有效地实现雨水管理 目标。     

西北半干旱地区老旧小区海绵化改造研究——以西宁试点区湟水花园为例

老旧小区海绵化改造是在国家海绵城市试点建设过程中源头治理的重点和难点。以西宁市试点区湟水花园为例,探讨在西北地区半干旱气候条件下老旧小区海绵化改造的方法和技术,实现径流控制、削峰延时、环境提升等综合目标。利用地表组织径流雨水,采用低影响开发设施调蓄雨水,并局部结合管渠排水的方式,增加了小区雨水调蓄、传输、排水能力。在3年一遇2 h降雨条件下,小区2处雨水管网排出口流量值分别降低了44.07%、50.38%,峰值时间分别延迟了5、3 min,起到了一定的削峰延迟效果;在50年一遇的降雨条件下,小区无内涝积水现象。同时,通过构建SWMM模型,以2018年全年连续降雨进行模拟,得出小区年径流总量控制率达82.5%,实现了设计目标要求;充分说明了湟水花园采用的改造方法成功有效,能够为今后西北半干旱地区老旧小区的海绵化改造提供借鉴和经验。     

常州城市住宅小区雨水径流水质分析

分析了导致城市水环境恶化的主要原因,通过对常州住宅小区不同下垫面类型径流水质的测定,探讨了径流水质指标及其随降雨历时的响应关系,为雨水调蓄规模的确定、初期雨水污染控制措施的制定提供参考依据。     

城市快速干道雨水收集处理系统设计

以1989年-2004年上海浦东地区的降雨资料和雨水径流特点为基础，参考国外高速公路雨水径流污染处理设施的设计，提出了采用弃流-沉淀-人工湿地组合工艺处理城市快速干道收集的雨水，将处理后的出水储存于清水池，用于道路浇洒和绿化灌溉。对沉淀池、人工湿地、清水池的设计方法和设计参数进行了讨论，使其在满足工程条件下，保证雨水的处理效果和可利用的水量。     

Comparative Study of Rainfall Infiltration into a Bare and a Grassed Unsaturated Expansive Soil Slope

It is generally thought that vegetation has a stabilization effect on a slope; however, very limited quantitative field data are available for verifying this perception. In order to improve our understanding on the vegetation effect on rainfall infiltration and hence on slope stability, a well-instrumented field study was carried out on an unsaturated expansive soil slope in China. The field program consisted of two neighboring monitoring areas (both 16 m wide by about 30 m long): namely a bare area and a naturally grassed area (real slope). Artificial rainfall events were produced in succession in the two areas with a specially-designed sprinkler system. In this paper, the relevant monitored results from the two areas are directly compared and discussed. Prior to the artificial rainfall, the measured higher initial soil suction in the grassed area than that in the bare areas was attributed to the evapo-transpiration effect of the grass. During the rainfall, the presence of the grass greatly increased the infiltrability of the upper soil layer and delayed the onset of surface runoff. The observed delayed responses (i.e., about 3 days) of surface runoff, soil suction and water content to the rainfall in the grassed area was about twice the duration of the delayed response in the bare area (i.e., about 1.5 days). The influence of the simulated rainfall on the changes of soil suction and water content in the grassed area was found to be more significant and about 1.5 m deeper than that in the bare area. The greater depth of influence observed in the grassed area may be attributable to the greater depth of open cracks due to the evapo-transpiration effect of grass.