海绵城市LID设施运行效能衰减机理及寿命分析研究综述

为了研究海绵城市LID设施长期受纳降雨径流后填料理化性质的演变规律,揭示设施运行效率的衰减过程及机理,探索设施合理的使用寿命,以海绵城市LID设施为研究对象,从设施填料理化性质与水分入渗和污染净化能力的关系、入渗性能改变及污染物吸附饱和、LID设施运行效能衰减及运行寿命几个方面,通过文献资料综合评述国内外研究的进展与不足。结果表明：现有研究大多围绕LID设施结构、效果与影响机制展开,对其填料理化性质的演变规律、入渗性能改变及污染物吸附饱和等缺乏系统研究,对设施运行效率的阶段性、动态化衰减过程研究鲜见报道,制约设施运行寿命的机理不明确,影响其合理使用。建议今后从以下3个方面开展进一步研究: (1)明确LID设施填料在运行期间理化性质的动态演变过程,发展基于LID设施水量调控和污染物净化效果的新方法;(2)揭示填料入渗性能和污染物吸附量随运行时间尺度的变化规律,从径流水质、材料两个方面探索海绵城市集中入渗条件下,LID设施不同填料发生堵塞和污染物吸附饱和的内在机理及驱动因子;(3)阐明LID设施运行效能衰减机制,建立LID设施运行效能衰减评价方法,进一步研究并确定LID设施合理的使用寿命。     

生物滞留系统去除城市地表径流中多环芳烃的研究进展

低影响开发(LID)生物滞留系统是净化城市地表径流的重要措施。多环芳烃(PAHs)作为难降解有机污染物,是城市雨水径流中的重要成分之一。通过总结城市地表径流中PAHs污染现状和国内外应用生物滞留系统去除PAHs的研究动态,系统分析了PAHs类污染物的去除机理、效果和影响因素。研究结果表明:生物滞留系统主要通过填料吸附、微生物降解、植物吸收、挥发等作用去除PAHs,平均去除率在30%~90%。影响去除效果的主要因素包括PAHs性质、系统组成与设计、微生物及环境因子等。建议关注生物滞留系统中PAHs的积累和长期运行效果,并开展系统优化设计和作用机制研究工作。     

典型LID措施对城市降雨径流过程影响

为探讨海绵城市建设中低影响开发(low impact development,LID)措施对城市降雨径流的影响,以深圳市光明区某居民小区为研究对象,通过建立区域SWMM模型,分析不同LID措施及其组合对城市雨洪过程的影响。利用研究区几场典型的降雨径流数据对模型校核验证,结果表明：构建的SWMM模型可以较好地模拟研究区降雨径流过程,纳什效率系数为0.868,峰值流量相对误差0.186,模型模拟效果较好;LID对径流峰值和总量都有削减作用,并在一定程度上延缓峰现时间,且LID布设面积越大,LID对径流的削减效果越明显;组合布设方案对径流的调控效果优于单独布设方案,单独布设方案中径流量削减效果最好的是透水铺装,峰值流量调控效果最好的是绿色屋顶,下沉式绿地的径流调控效果在三者中最差。因此,LID布设结构以及布设面积均对城市降雨径流产生影响,合理布设LID在一定程度上可以有效缓解城市内涝。     

基于暴雨洪水管理模型的低影响开发设施应用研究

海绵城市是针对解决我国水危机提出的新理念,而低影响开发(LID)设施是构建海绵城市的关键。为了分析不同降雨重现期、不同降雨历时、占地面积对单项LID设施径流控制能力的影响,以亦庄调节池一期工程为研究区域,利用暴雨洪水管理模型(SWMM)进行模拟计算,研究了不同占地面积下各LID设施对不同降雨过程的径流削减效果,分析了降雨重现期及降雨历时与占地面积影响作用的相关性。结果表明:随着降雨重现期由1年增加至10年,透水铺装径流削减率下降了13%～35%;随占地面积占比由25%增至100%时,其径流削减率增大了4. 8%～23%,且占地面积变化对低重现期降雨径流削减效果影响明显,生物滞留槽和植草沟呈相同规律。相反,下凹绿地占地面积变化对高重现期径流削减效果影响较大。绿色屋顶的径流削减率与土壤层厚度成正比,与降雨重现期成反比,且绿色屋顶厚度对低降雨重现期削减效率影响稍大; LID设施的径流削减率随降雨历时增加而增大(削减率增长区间为1. 7%～7. 7%),且占地面积越大,降雨历时变化对径流削减率的影响就越明显。各LID设施的性价比和适用情况对比计算表明,下凹绿地和透水铺装性价比较高,适于作为主控设施大面积应用,而植草沟、生物滞留池及绿色屋顶适于作为辅助设施部分应用。研究成果为选择效益最优的海绵城市建设模式提供科学参考。     

海绵城市中LID设施对降雨径流及非点源污染的控制研究

低影响开发(LID)以源头控制和延缓冲击负荷为核心理念,强调城镇开发应减小对环境的冲击,是海绵城市建设的重要途径。研究以海绵城市试点区域虹桥港片区为例,采用暴雨洪水管理模型(SWMM模型),对研究区域LID设施实施前后降雨径流以及非点源污染的变化情况进行定量和定性研究。研究结果表明:LID设施对地表径流量峰值削减作用明显,但随着降水重现期的增加,削峰作用降低;同时,对径流污染物总量削减效果明显,在不同降雨强度下,均能有50%以上的削减作用。     

基于水文控制目标的中小尺度海绵城市改造方案评价

为正确评价中小尺度低影响开发(LID)措施改造方案的水文控制效能,以重庆市秀山县海绵城市建设试点为例,将LID措施的生态、经济和社会效应具体量化为径流量控制、径流污染控制、建设成本、维护管理成本和径流利用效益等5个指标,构建了基于水文控制目标的LID措施评价体系,并利用暴雨管理模型(SWMM)对不同LID设施改造方案的暴雨径流水文过程进行了验证模拟。研究结果表明:现有LID措施因其规模占比过小且组合方式不合理而对暴雨径流的水文控制效果不佳,不满足75%年径流总量控制率目标,需进行扩容和组合优化;LID设施改造方案综合评价结果显示综合评分与径流总量控制率、峰值流量削减率等水文控制指标呈显著正相关,可直接作为中小尺度海绵城市改造方案评价。     

低影响开发设施对污染物削减效果的评估

近年来,海绵城市已成为国家城市建设的新模式,其中低影响开发(Low Impact Development,LID)通过分散的、小规模的源头控制来暴雨所产生的径流和污染,已经成为我国海绵城市建设的关键技术之一。然而现阶段对LID设施在实际建设后的污染削减效果评估的研究十分有限,选取了国家首批海绵城市建设试点城市的一个典型LID设施雨水花园,对其在5次非连续降雨过程中进出口雨水进行重复采样,检测水样的污染物浓度(氨氮浓度以及COD浓度),并对检测结果进行统计分析,结果表明:雨水花园设施能有效削减雨水中的氨氮浓度和COD浓度,其削减率分别为44.5%和47.2%能够达到净化雨水的目的,满足海绵城市的建设需求,为海绵城市的低影响开发(LID)雨水系统的建设提供了数据依据。     

海绵机场LID设施雨水循环可视化模型构建

近年来，极端暴雨频发，给机场的安全运行带来极大挑战。为降低机场建设对生态环境的影响，低影响开发海绵机场建设理念受到越来越多关注。首先根据机场安全运行、净空、鸟击防范等要求，进行了海绵机场雨水循环模型设计。为了更直观展示海绵机场LID设施雨水径流循环过程，借助3DsMax、草图大师等三维建模软件，以适合海绵机场建设的LID设施为例，进行LID设施的三维可视化雨水循环模型构建。研究结果可直观展示海绵机场LID设施的雨水径流循环过程，大大提高海绵机场LID设施的三维可视化水平，有利于提升海绵机场的设计和管理运行水平。这为海绵机场的规划建设提供了参考。     

生物炭对径流雨水中溶解性有机物的去除研究

径流雨水中的大量溶解性有机物(DOM)可通过城市雨水系统进入自然水体,导致水体出现富营养化和黑臭现象,并可能在后续水处理消毒工艺中与消毒剂反应生成具有三致特性的消毒副产物(DBPs)。研究选用生物炭为吸附剂,并通过酸碱改性,探究其对径流雨水中DOM的吸附效能。结果表明,竹子类生物炭对水样中的DOM具有优良的吸附去除效果,经KOH改性后的竹子生物炭吸附性能大大提升;其对溶解性有机碳(DOC)和溶解性有机氮(DON)的去除率分别为63.1%和79.9%,对DBPs前体物的去除率高达63.2%。荧光光谱分析结果表明,与未落地雨水成分不同,径流雨水的DOM荧光成分较为复杂,荧光响应强度依次为腐殖酸类、富里酸类、可溶性微生物产物类、芳香性类蛋白Ⅱ和芳香性类蛋白Ⅰ物质。经竹子类生物炭吸附处理后,腐殖酸类和芳香性类蛋白物质的响应值大大下降,是削减DBPs前体物的关键。改性增加了生物炭的比表面积、孔结构和官能团,推测吸附机理有空隙填充作用、氢键作用、疏水相互作用和π-π相互作用。总之,竹子类生物炭在快速削减城市径流雨水污染负荷方面具有低成本和高效率的优点。     

小区低影响开发方案优选研究

为缓解城市内涝问题，从海绵城市角度出发，比较量化不同LID组合的效益。针对北京市的一个小区项目，利用暴雨管理模型(SWMM)以及层次分析法(AHP),分析了包含不同布置比例的生物滞留设施、草地、下沉式绿地、透水路面和蓄水池的3种方案。其中方案三在满足年总径流减少75%的条件下，提升了研究区雨水利用能力并且改善了景观效果。研究实现了不同LID设施的比例优选、综合效益优选，对促进海绵城市的发展进步具有参考意义。     

针对人工海岛的低影响开发建设方案研究

为了研究人工海岛地区低影响开发(LID)方案设计对削减径流污染的效果和通过设置不同的LID设施增大雨水下渗从而降低土壤盐分的影响,利用暴雨径流管理模型SWMM,设计不同目标导向的LID方案。通过SWMM模型中的水质模块分析研究径流污染削减效果,通过建立SWMM模型模拟后的雨水下渗量与地下水潜水层下层水位之间的函数关系对模型中的压盐效果进行分析。结果表明,应根据LID设施的适建范围充分利用各类用地。绿色屋顶对屋面径流污染具有较好的削减作用,生态草沟对道路径流污染有较好削减作用,透水铺装增加雨水下渗以及压盐效果最优,另外设置具有错峰排水功能的雨水罐可取得较好的下渗效果,旨在为人工海岛雨水资源利用规划提供决策依据。     

基于SWMM模型的城市化区域LID设施优化配置方案研究

低影响开发(LID)设施多组合优于单一设施布设,为科学地选择不同组合设施占比下效益—经济组合的最优方案,以典型城市化区域——常州商务城为例,基于SWMM模型计算典型降雨频率为80%下的3组组合设施的径流总量,根据经济成本的函数计算不同情境下的经济成本,采用线性归一化法和最优化目标函数确定不同设施占比的最优化方案。结果表明在降雨频率为80%时常州商务城的最优占比下的透水铺装—下凹式绿地—生物滞留网格的占比率为46%—49%—46%,此时的径流量控制率为83%。耦合SWMM模型与最优化目标函数能计算出城市化区域不同低影响开发设施占比的经济—效益最优解。研究成果可为低影响开发设施优化配置提供思路,可为当地政府和决策者在低影响开发建设规划中提供技术参考。     

Zinc, lead and cadmium speciation in Dnieper water-bodies

Data on the concentrations and movements of Zn, Pb and Cd in Dnieper reservoirs and the Dnieper‐Bug estuary are considered. There is a clear trend of increasing concentrations, often two‐ to fourfold, of these materials from the 1960s to the end of the 1980s. Large increases may be explained as the result of increased human impact on the water‐bodies and also because of reduced water discharge in the Dnieper River (discharge has been reduced by nearly 10 km³ in recent years). At present, the average concentrations of Zn, Pb and Cd in Dnieper water‐bodies are 35.0–50.0, 15.0–18.0 and 0.5–1.8 μg L^–1, respectively. Anodic stripping voltammetry, membrane filtration, ion‐exchange and gel permeation chromatography on neutral sephadexes were methods used for analysis. The influence of adsorption and complexation processes on the mobility of Zn, Pb and Cd, and the ratio of their forms were compared. Ratios of free metal ions to ions bound in complexes with natural organic ligands were studied. The binding of metals in complexes with dissolved organic matter (DOM), or their adsorption onto suspended particles, were major processes reducing the concentration of free ions in their most toxic form. The percentage of Zn, Pb, and Cd free ions in the total balance of dissolved forms was no more than 3.6–4.8, 0.2–0.6 and 7.2–9.5%, respectively. The molecular‐weight distribution of organic metal complexes and their chemical nature, as well as the potential for complexing of DOM were investigated. Most Zn, Pb and Cd was found as complex compounds with DOM of different chemical natures and molecular weights. Humic substances, particularly fulvic acids, played a major role in the migration of the metals. These ligands bind from 40 to 80% of metals in the composition of organic complexes. Metal complex compounds of relatively low molecular weight (< 5000 Da) predominated in organic complexes of Zn (38–50%), Pb (38–52%) and Cd (22–47%). The role of inorganic ligands in complexation in surface waters was less important.     

Area proportion optimization of different LID facilities and effect of runoff pollution controlEI北大核心CSCD

为探究低影响开发（LID）设施对缓解城市洪涝灾害以及削减污染物负荷的效果，以淮南市某老旧小区为研究对象，基于SWMM模型构建了暴雨径流管理模型，分析了单项LID设施不同面积占比时的总成本效益，针对4种LID设施组合方案，模拟了不同设计降雨重现期的地表径流、排放口流量及污染负荷。结果表明：对于单项LID设施，占屋顶总面积45%的绿色屋顶、占不透水道路面积60%的渗透铺装和占绿地总面积10%的生物滞留设施总成本效益最高；不同LID设施组合均有较好的雨洪控制效果及污染物削减效果，但随着降雨量的增大，效果均有所减小。     

灰绿耦合雨洪系统多目标优化建模与应用

以中山市某开发区为例,以灰绿基础设施总成本、径流系数和节点总溢流量为目标函数,以子汇水区内涝风险等级作为罚函数构建灰绿耦合排水系统多目标优化模型,基于NSGA-Ⅱ算法,编写SWMM接口程序,调用SWMM进行雨洪模型计算及方案寻优,对24h设计暴雨条件下的灰色调蓄设施和绿色LID设施的规模进行多目标优化设计及综合评估。结果表明:绿色LID设施径流系数和节点总溢流量削减量均随其成本的增加呈近似线性下降的趋势,并随重现期增加而加快;灰色调蓄设施容积与节点总溢流量曲线存在明显拐点,拐点后规模增大的边际效益趋0;提出的灰绿耦合基础设施优化模型及求解程序对初始种群设置技术要求低,且能稳定收敛,可为城市雨洪管理方案的制定提供支持和依据。     

北京未来科技城LID分块配置与径流削减效果监测

LID(Low Impact Development)完整流程包括:目标规划、配置设计、方案优选、施工建设、运行维护、效果监测以及评价改进。对于大尺度区域LID,可基于总体目标分解为不同子目标区域,并结合土地利用类型分为不同类型地块分块配置LID措施。以北京未来科技城为例,介绍了分区分块的LID配置方法,并对未来科技城LID效果开展降雨径流监测。结果表明,相比不采用LID措施情况,径流系数削减率可以达到78%;分析未来科技城雨水综合利用情况,雨水利用主要以入渗补给为主,综合利用率在85%以上。