不同LID设施组合对区域雨洪控制效果的影响模拟

为研究不同LID设施组合对区域雨洪控制效果的影响,以南京市雨花台区一区域为研究区构建了暴雨径流管理模型,在模型中分别设定4种LID设施组合来模拟分析研究区2年一遇、3年一遇、5年一遇、10年一遇降雨条件下的地表径流、排水管网溢流及污染物排放情况。结果表明:不同LID设施组合对研究区均有减小径流量、缓解节点溢流和削减污染物排放量的作用,但随着降雨重现期的增大,对雨洪控制效果降低;以绿色屋顶和透水铺装为主,加以适当比例生物滞留设施和雨水花园的LID设施组合对研究区的雨洪控制效果较好。     

LID改造对城市内涝与面源污染的影响

为了探究低影响开发(LID)措施对城市雨水-径流-污染过程的改善效果,以广州市某区域为例,提出了4种LID改造措施(绿色屋顶、生物滞留池、透水铺装、3种LID组合),并构建了SWMM模型来模拟分析5种暴雨重现期下不同LID改造措施的水文水质效应。结果表明：单一LID改造措施下,暴雨重现期较大时透水铺装效果最好,该情景下洪峰削减率、峰现时间延迟和总流量削减率都达到了最大;3种LID组合对总流量削减率最高,为26-12%~34-40%;单一LID改造措施下,透水铺装对COD与NH3-N质量浓度峰值削减和峰现时间延迟效果最佳;3种LID组合对COD和NH3-N总量削减率最高,分别为50-51%~60-83%和53-16%~58-47%。LID改造措施对城市内涝、COD和NH3-N都有不同程度的减轻或削减,其中LID组合改造措施的效果最好。     

低影响开发模式下城市雨洪控制效果模拟研究

由于贵安新区作为国家第一批海绵城市试点,对我国西南地区的其他城市有非常好的借鉴作用。本文以贵安新区示范区为研究对象,构建暴雨洪水管理模型(SWMM),并根据贵安新区海绵城市建设相关规划,结合研究区下垫面特征,在不同重现期降水情景下设计7种LID措施组合情景并进行相应的模拟与分析,评估不同LID措施组合对雨洪控制的效果,寻求最优LID措施组合。结果表明:LID措施组合方案的雨洪控制效果均优于单一LID措施,其中下凹式绿地+透水铺装组合措施对高频暴雨和低频暴雨的洪峰流量削减率高达67.2%和44.5%,延缓洪水峰现时间,可以很好地发挥雨洪控制作用,增加雨洪资源的利用量。结合径流系数控制效果,下凹式绿地+透水铺装组合的造价可以降低60.3%,综合考虑水文效应与经济效应,得到贵安新区LID措施的最优配置为:下凹式绿地+透水铺装。以上结果可为贵安新区的城市雨洪管理及海绵城市建设提供相应的理论支撑。     

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。     

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。     

Modeling the Effectiveness of Rain Barrels,Cisterns, and Downspout Disconnections for Reducing Combined Sewer Overflows in a City-Scale Watershed

Green Infrastructure / Low Impact Development (GI/LID) is an increasingly popular strategy to manage urban stormwater for individual properties, but the aggregate effect on runoff reduction at the city scale has not been thoroughly investigated. This study examined the potential combined effects of rain barrels, cisterns, and downspout disconnections on combined sewer overflows (CSOs) for a medium-sized urban center. To support a city-wide analysis, a novel simulation strategy was implemented using the Storm Water Management Model (SWMM). In this new approach, a modeling at the source technique for subcatchment delineation was combined with a set of R-language utilities to automatically configure GI/LID management scenarios. The reconfigured SWMM model was used to examine 99 distinct management scenarios based on different sizes, numbers, and locations of the targeted GI/LID features for the city of Buffalo, New York. For a typical hydrologic year, the deployment of large residential rain barrels (1000-gallon) resulted in up to a 12% reduction in predicted CSO volume, while the inclusion of large commercial-roof cisterns (5000-gallon) contributed up to an additional 12% reduction. Large variations in the predicted CSO reductions were observed across the various management scenarios, and the simulation tools were able to identify locations where the GI/LID features were most effective. In general, the modeling at the source approach and the R-language tools substantially enhanced the utility of SWMM for evaluating the effectiveness of GI/LID deployment as a CSO management strategy at the city scale, and the methodology can readily be adapted to cities with similar CSO issues.

     

Hydrological Model of LID with Rainfall-Watershed-Bioretention System

Sustainable water management is crucial in the reduction of water pollution and floods. New techniques should be investigated in order to avoid present and future problems such as flood, drought, and water contamination. For this purpose, Low Impact Development-Best Management Practice (LID-BMP) has recently come into the stage in storm water management. Vegetative swales, green roofs, bioretentions, storm water wetlands, rain barrels, permeable asphalts and pavements are among LID-BMPs. Bioretention type of LID is implemented to diminish adverse effects of urbanization such as flood by reducing peak flows on surface and thus managing storm water runoff. The aim of this study is to investigate the hydrological performance of bioretentions by developing a hydrological model based on the data obtained using experimental setup called Rainfall-Watershed-Bioretention (RWB). The hydrological model of RWB (HM-RWB) consists of two main components: (i) rainfall-runoff model in which kinematic wave theory is used for simulation of surface runoff generated over the drainage area that reaches the bioretention as inflow; (ii) runoff-bioretention flow model in which Green-Ampt method under unsteady rainfall is employed and further improved by incorporating the effect of ponding depth on bioretention for the simulation of outflow at the exit of the bioretention. It is observed that the results of the hydrological model developed herein are in good agreement with the measured data obtained in the RWB experimental setup.     

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。     

基于组合赋权－向量夹角余弦的绿色施工节水措施综合效益评价

针对目前绿色施工节水措施效益评价的局限性,提出基于组合赋权-向量夹角余弦模型的绿色施工节水措施综合效益的评价方法。首先,鉴于绿色施工中对节水措施宏观效益评价的不足,选择从节水措施综合效益的角度出发,即社会、经济、生态及技术效益4个方面,建立健全节水措施综合效益评价指标体系。然后提出运用组合赋权-向量夹角余弦方法对节水措施综合效益进行评价,该方法不仅能降低主客观因素对评价结果的影响,还能根据样本加权特征值矩阵的分布偏差程度对节水措施作出直接地客观评价与决策,大大提高了决策的效率。最后,运用该方法对某文献实例中的5项节水措施综合效益进行评价,并将评价结果与TOPSIS-熵权决策法的结果进行对比,发现两者结果吻合性良好,验证了其可靠性,为指导决策者因地制宜地选择高效节水措施提供参考。     

基于LID模式的雨水管控能力模拟与综合效益评估

海绵城市的建设理念是在保证城市能够合理排水除涝的前提下,尽可能地实现雨水在城市区域的渗透、蓄存和净化,促进雨水资源的循环利用和生态环境的保护。以山东省临沂市兰山区东关片区B区某地块作为研究区域,运用SWMM模型模拟该区域处于低影响开发前和3种不同LID组合方案下对雨水水量和水质净化的管控能力;然后采用层次分析法评估体系对其综合径流系数、峰值削减率、峰现延迟时间、污染物负荷削减率和LID设施建设造价成本等多效益指标进行综合量化评价,最终得出组合方案1为该研究区域最优的设计方案,其综合效益最佳。研究结果可为临沂市在旧城改造建设过程中进行海绵城市LID设施方案的选择提供借鉴。     

深圳民治河流域低影响开发措施水文效应评估

低影响开发措施为一类较为有效的城市雨洪管理方法,在海绵城市建设中应用较为广泛。为评估其水文效应,以深圳民治河流域为研究区域,构建SWMM城市雨洪模型,设计3种LID措施方案,分别计算不同重现期降雨情形下3种LID措施实施前后的径流过程。结果表明:透水铺装和下凹式绿地等LID措施均对峰现时间有一定的延迟作用,对洪峰流量和径流量均有不同程度的削减效果,且洪峰流量和径流量的削减率均随着降雨重现期增大而减少,透水铺装和下凹式绿地两者的组合实施可以更好地发挥控制径流作用。     

北京市下凹式立交桥区低影响开发效果模拟

北京市下凹式立交桥等低洼区的内涝治理是防洪减灾工作的重点与难点。以北京市北三环安华桥桥区为研究对象,构建桥区一维雨洪模型,利用反映北京市不同雨强、由暴雨强度公式与芝加哥雨型公式推求得到的不同重现期设计暴雨,模拟低影响开发(LID)措施实施前后桥区的积水情况,从积水开始时间、积水持续时间以及积水深度3个方面分析了LID措施的洪涝防控效果。结果表明:LID措施对下凹式立交桥区内涝具有一定的防控作用,但随着暴雨重现期的显著增加,LID措施的洪涝防控效果明显减弱。研究成果可为海绵城市建设提供参考。     

基于不同排水片区的低影响开发措施优化方案选取

以福建省龙岩市中心城区为例,运用SWMM模型中的LID模块,模拟分析了10%的雨水花园、20%的绿色屋顶、15%的渗透铺装以及一项组合措施(包括3%的雨水花园、7%的绿色屋顶和5%的渗透铺装)对研究区上、中、下游典型排水片区(依次记为A、B、C)的径流总量、洪峰流量及污染物负荷的削减控制效果,包括削减效率及对降水历时的敏感性。通过分配指标权重对各LID措施效果进行综合评价,最终确定各排水片区的LID最佳布设方案。研究结果表明:A片区优选绿色屋顶方案,B片区优选组合措施方案,C片区优选雨水花园方案。     

北京市房地产项目雨水径流的研究

房地产项目建设会形成4种不同类型的下垫面:不透水建筑物屋顶、硬化地面、透水型地面和绿地。国家相关标准与规范确定,4种下垫面面积占总面积的比重分别为24%、22.8%、28.2%、25%,据此对各自径流系数加权平均得出北京市房地产项目建设形成的下垫面的总的径流系数为0.60。同时对2006年-2011年6年间北京市的房地产项目的雨水径流量进行计算分析,结果表明,北京市房地产项目7月、8月份产流量最大;4种下垫面形成的雨水径流量顺序为:不透水建筑物屋顶>硬化地面>透水型地面>绿地。基于对房地产项目特点及其雨水径流特征考虑,房地产项目建设过程中,应注重透水铺装、集雨池、屋顶绿化和下凹式绿地等雨水收集与利用措施建设,加大雨水入渗与利用,缓解城市雨水管道排水压力。     

道路生物滞留带径流削减效果的试验研究

道路积水是当前我国城市发展面临的突出问题,而设置生物滞留带是典型的道路雨水减排措施之一。为研究不同降雨强度和溢流高度条件下道路生物滞留带的径流削减效果和渗流规律,利用人工降雨装置和模拟道路-生物滞留带平台设计试验,并根据试验结论,结合实际案例进行水文效应计算,对道路生物滞留带设计提出优化建议。结果表明:试验条件下重现期P≤10年时,滞留带可延迟6～10 min的径流峰值时间;不同试验条件的径流削减率和峰值削减率分别为41%～100%和38%～100%;提升溢流高度对径流总量削减效果明显,并对渗流过程有较大影响;渗流流量与滞留带表面水头高度存在一定函数关系。基于试验结果,对道路-生物滞留带系统径流削减率公式进行了推导,为部分参数选取提供了参考值。     

基于SWMM的海绵校园径流控制效果评估——以萍乡市北星小学为例

为了研究海绵校园LID措施的径流控制效果,以萍乡市北星小学的改造项目为例,利用萍乡市暴雨强度公式计算各个重现期的设计降雨,借助雨洪管理模型(SWMM),构建LID改造前后的降雨-径流模型,模拟不同设计降雨条件下校园内分别采用组合LID及单独布设LID措施的径流控制效果,以及透水路面堵塞情形下的径流控制效果。结果表明:校园海绵化改造后,年径流总量控制率达到75%,污染物削减率在60%左右,排放口流量峰值时刻延后7～10 min;三种LID措施对校园径流量削减的贡献度排序为透水铺装下沉式树池下沉式绿地,对污染物削减的贡献度排序为下沉式绿地下沉式树池透水铺装;透水路面堵塞对径流控制效果的影响在降雨重现期30a时显著增大。通过对结果分析,设计方案下的海绵校园径流控制效果均达到预期目标,对一般的小范围海绵校园进行LID改造具有一定的参考价值。     

基于熵值修正的G2法的绿色施工节水措施效益综合评价

为了衡量绿色施工过程中不同节水措施产生的综合效益,构建了一套绿色施工节水措施综合效益评价体系。通过实地调查并结合相关文献,建立了包括社会、经济、生态以及技术效益4方面共计19项指标的层次模型。考虑到施工现场环境条件复杂,采用熵值修正的G2法对指标进行赋权,化解了采用单一赋权方法不能同时反映决策者意图与数据自身所携信息的矛盾;针对施工现场只有小样本数据的极端情况,选取TOPSIS分析法,能够快速准确地对施工现场选取的节水措施进行综合效益评价。最后选取西北某建设项目进行实例验证,并将结果与熵权-TOPSIS评价模型所得结果的对比,验证了该模型的可靠性与可行性。     

基于SWMM的城市排涝措施研究及应用

针对南方大多数老城区排涝措施不足、一到汛期就出现积水的问题,为了优选合理经济的排涝措施方案,采用SWMM模型研究某片老城区在不同重现期降雨的影响,分析现有排水管网的排水能力,对超载管道及积水区域提出了两个初步排涝方案。其中方案一为增大溢流段管径20%～50%,方案二为20%汇水面积布设LID措施,模拟结果表明两个方案在降雨重现期P≥10a时,都有部分区域出现积水现象。为此提出两个优化排水方案,即调整溢流区域管径大小、又调整布设LID措施比例的方案。其中方案三将管网管径改造比例调整为方案一的50%,LID措施占研究区域面积比例为方案二的50%;方案四中管网管径改造比例调整为方案一的100%,LID措施占研究区域面积比例为方案二的25%。通过排涝效果和经济效益综合分析,当防涝设计重现期P20a时,应选择方案三,重LID措施比例、轻管道改造比例;当防涝设计重现期P≤20a时,应选择方案四,重管道改造比例、轻LID措施比例。研究区排水防涝设计标准为30a一遇暴雨不成灾,建议选择方案三。研究成果对选择城市进行管网改造比例和LID措施比例有着一定的借鉴和指导意义,但由于受到其他参考指标的影响,最优比例仍有待深入研究。     

The Influence of Green Roofs on Runoff Water Quality: A Case Study from Estonia

This paper describes the runoff water quality of Light Weight Aggregates (LWA)-based extensive green roofs and sod roofs in Estonia. Samples were taken from August 2004 to April 2009 from 10 different green roofs to determine what level of water quality may be found. The results presented here show that green roofs influenced water quality to a considerable degree. The runoff water of LWA-based green roofs generally had higher values of pH, BOD₇, TP and PO₄-P than that from sod roofs. However, COD, TN, SO₄ and Ca-Mg salt were higher in the sod roofs than in the green roofs. The results for NH₄-N and NO₃-N were similar for both roof types. According to the results, the character of the runoff and the contents in the substrate layer at the moment the samples were taken affected runoff quality more than the age and location of the green roof. The use of NPK-nutrients in the substrate or in the soil caused much higher values of COD and concentrations of TP, PO₄-P, TN, NH₄-N and NO₃-N in runoff water than on non-fertilized green roofs. The results of samples taken from the Tartu LWA-based green roof each spring in the period 2005–2009, at a time when the snow had almost melted, showed that concentrations of compounds in runoff water generally decreased gradually. The pH value and Ca-Mg salt concentration were, however, stable, and this was caused by the LWA material.     

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。