暴雨分布对LID设施设计深度及径流削减效果的影响

目前在确定低影响开发(LID)措施的设计深度以及对径流削减能力的方法时,一般借鉴城市排水规范中的设计暴雨法,暴雨强度采用整个历时上的平均值,但其与实际暴雨分布有一定差别。针对不同暴雨分布对低影响开发措施的两个关键指标,首先分析了雨强分布对LID设施蓄水深度的影响,然后针对一定设计标准,研究了不同暴雨分布下,LID设施削减雨水径流的效果。结果表明,针对典型设计情况,暴雨分布对于LID设施蓄水设计深度影响不大,相对差别在15%左右。而针对一定设计,暴雨分布对于计算径流削减效果影响较大,在降雨分布十分不均的情况下可达21.5%,暴雨分布越不均匀差异越显著。在设计LID设施时可以采用平均雨强,但是在确定对变化显著的极端暴雨的削减效果时,不宜采用平均雨强,应尽可能采用接近实际暴雨过程的计算方法。     

灌排系统对黄河上游灌区稻田氮素分布的影响

灌区排水系统是输出化肥、农药等农业非点源污染物的主要通道。了解排水系统布置与管理对农田氮素运移的影响,对提高作物产量与保护农业生态环境具有重要意义。根据一组灌区排水稻田地下水氮素浓度变化的实测资料,应用经典统计学和地统计学方法,研究田间不同深度地下水中氮素浓度受灌排水系统布置以及水位调控的影响,分析排水稻田地下水中氮素的分布规律。结果显示:两种排水条件下,生长季内田间0.3 m和1.4 m深处地下水中NO-3-N浓度的平均值均随着水稻生长而逐渐减小;常规排水稻田中,0.3 m深处的NO-3-N空间相关性比1.4 m深处强;控制排水使得随机因素对1.4 m深处NO-3-N的空间变异性影响减小;NO-3-N和NH+4-N浓度分布并没有随灌排系统布置呈现出有规律的变化。     

不同入渗模型对LID措施效能评价的影响研究

为研究不同入渗模型对LID措施效能评价的影响,采用MATLAB编程,研究稳定入渗模型、Green-Ampt入渗模型和Horton入渗模型对LID措施效能模拟的差别和各自的适用条件。研究表明：LID措施汇流面积比为10∶1、表层蓄水深为10 cm时,对入渗率模拟,Green-Ampt模型的计算精度高于Horton模型;对溢流发生时间模拟,随着降雨历时的延长、雨强的增大以及土壤前期含水率的升高,不同入渗模型对溢流发生时间计算的差别逐渐缩小;对滞蓄总量模拟,Green-Ampt模型与干燥条件下拟合的Horton模型的计算结果相对差值在5.4%之内,但使用湿润条件下拟合的Horton模型与其他模型的计算结果差值随降雨历时的延长而增大。Green-Ampt模型对入渗率计算的精度略高,但其涉及参数较多,Horton模型应用较为便捷,但其拟合计算受土壤含水率影响较大。     

雨水花园对不同赋存形态氮磷的去除效果及土壤中优先流的影响

雨水花园作为一种生物滞留系统,能够有效降低城市化进程对城市水文和水质带来的负面影响,但其效果与雨水径流中污染物的赋存形态以及花园内部的水力特性等因素有关。通过一项在黄土地区开展的雨水花园对路面雨水径流水文过程及污染物降解的试验研究,分析了雨水花园对不同赋存形态氮磷污染物的去除效果;同时根据雨水花园入流和出流的水文过程监测数据,分析了土壤优先流的存在及其对污染物去除效果的影响。结果显示,雨水花园入流中颗粒态磷和溶解态磷的浓度比例约为4∶1,颗粒态氮和溶解态氮的浓度比例接近1∶1;颗粒态总磷的浓度去除率和负荷去除率分别为40.1%和69.9%,颗粒态总氮的浓度去除率和负荷去除率分别为44.8%和73.8%;系统对于溶解态的氮、磷几乎没有去除能力。雨水花园土壤中存在的优先流现象导致出流速度较快,雨水径流在花园内的水力停留时间较短,结果表明:系统能够拦截颗粒态污染物,但对溶解态污染物去除效果较差;雨水花园对入流中总磷和总氮的浓度去除率很低,平均值仅为6.3%和-2.7%,但因截留了很大比例的入流(平均为51.5%),其对氮、磷污染物总负荷的削减分别达到52.5%和51.5%。所以,利用城市雨水花园来滞留雨水径流,净化雨水水质在研究区具有良好的应用前景。     

半湿润灌区控制排水条件下降雨洗盐计算模型研究

通过控制排水措施适当提高地下水位,可以增加半湿润灌区作物对浅层地下水的利用量,缓解灌溉水量的不足。然而,灌区地下水的含盐量一般较高,对盐分在作物根区的过分累积,所需淋洗水量很难得到保证。考虑到半湿润灌区具有一定量的降雨,可能对土壤盐分产生淋洗作用,建立了一个控制排水条件下降雨洗盐计算模型,并以某半湿润灌区盐碱地改良区为例,利用田间水文模型DRAINMOD预测出多年(1951—2005)田间水量平衡逐日变化过程,连续计算控制排水以及不同补充灌溉条件下根层土壤盐分多年的动态过程。结果显示,当地下水控制埋深为1.2 m时,在无灌溉条件下,研究区降雨虽能起到一定的淋洗作用,但根区盐分会随着时间的推移逐渐累积。当补充灌溉量在150 mm以上时,研究区降雨能够有效控制土壤盐分,使根区土壤在多年条件下达到良性的水盐平衡。所以,在与研究区类似的半湿润地区,通过控制排水措施合理调控地下水埋深,并充分利用天然降雨的淋洗功能,不仅可以维持灌区良性的水盐平衡,而且可以提高水资源利用效率。