简单式绿色屋顶对雨水径流营养盐的调控效果研究

基于天然降雨长期监测和人工模拟降雨实验,研究了3个简单式绿色屋顶实验装置雨水径流营养盐浓度、总量及削减能力的差异,分析了基质层和排水层材料选型及降雨量等对绿色屋顶径流营养盐调控效果的影响。结果表明:绿色屋顶出水NH_4~+-N、NO_3~--N和TP浓度高于普通混凝土屋面;选用不同排水层材料的绿色屋顶出水营养盐浓度差异不明显;而选用超轻量基质作为基质层材料时,绿色屋顶出水TP浓度较高,NH_4~+-N浓度较低。绿色屋顶能削减部分径流中的NH_4~+-N、NO_3~--N和TP总量,不同基质层材料和排水层材料的绿色屋顶对不同营养盐总量削减效果无明显差异。除绿色屋顶自身不同结构层选型带来的差异外,降雨量和雨前干期是影响绿色屋顶出水NO_3~--N和TP浓度、营养盐总量及总量削减率的重要因素。     

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。     

不同雨水控制利用方案下城市暴雨径流效应

传统的城市空间开发模式缩短了初始产流时间,增大了暴雨径流峰值和径流总量,成为城市雨洪问题的根本症结所在。采用SWMM研究了山地城市典型区域在开发前和现状用地布局情景下的径流效应,并采用绿色屋顶、绿色屋顶+渗透广场、调节池、绿色屋顶+渗透广场+调节池四种雨水控制利用方案进行了模拟分析。结果表明,径流曲线的形状与降雨过程线相似;现状雨水控制利用方案的径流峰值和径流总量可分别达到开发前的7倍和7.1倍;调节池能削减峰值流量,最高可削减65%;绿色屋顶、绿色屋顶+渗透广场、绿色屋顶+渗透广场+调节池对径流总量和径流峰值具有双重削减效果,其中,绿色屋顶+渗透广场+调节池的削峰减量效果最好,分别可达81%和90%。     

不同降雨条件下低冲击开发的水文效应分析

以深圳市光明新区低冲击开发(LID)示范区为研究区域,采用暴雨雨水管理模型(SWMM)模拟了下凹式绿地、渗透铺装和绿色屋顶等3种LID模式下的雨洪控制效果,分析了降雨量、降雨历时和雨峰位置对LID水文效应的影响。结果表明,当降雨量<100 mm时,随着降雨量的增加,渗透铺装和绿色屋顶的径流削减量也相应增加,下凹式绿地的径流削减量变化不大,但其削减量大于其他两种LID控制措施;随着降雨历时的延长,下凹式绿地的径流削减量增加,而渗透铺装和绿色屋顶的径流削减量变化较小;雨峰位置变化时,3种LID控制措施的径流削减量均变化不大,对峰值流量的削减效果随着雨峰后移而减弱。3种LID控制措施对降雨量少、降雨历时长并且雨峰位置靠前的降雨控制效果较好。     

基于SWMM模型的居住小区绿色屋顶调控措施的效果模拟

以徐州市某居住小区为例,采用SWMM模拟了不同重现期(0.5、2、5年)下,绿色屋顶对水量和水质的调控效果。模拟结果表明,绿色屋顶对水量和水质的调控效果随着降雨强度的增大而降低,其中含蚯蚓粪的新型绿色屋顶对径流总量和水质的控制效果更优;绿色屋顶设置位置离雨水排放口越近,其对径流削减率越小,对污染物的控制效果越好,若从削减居住小区面源污染负荷的角度考虑,应将其重点布置在雨水干管的下游位置。     

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。     

生物滞留设施对城市雨水径流热污染的削减效应

径流热污染是水污染的重要方面,也是城市水体生态环境破坏的重要原因,生物滞留是缓解城市雨水径流热污染最有效的措施之一。通过不同填料的生物滞留实验,在人工模拟均匀降雨的条件下,探究了在不同降雨特征下不同填料生物滞留设施对城市雨水径流热污染的削减效果。结果表明,不同填料生物滞留设施热负荷削减效果从大到小依次为:炉渣、石英砂、陶粒、沸石;径流温度越高,所携带的热量越大,生物滞留设施的径流热污染负荷削减率也越高;体积削减对生物滞留设施削减雨水径流热污染的贡献大于热交换。     

上海地区雨水花园结构对降雨径流水文特征的影响

雨水花园是海绵城市构建过程中最基本、最适用的低影响设施技术之一,其结构特征是发挥自然式雨洪管控功能的关键。针对上海地区雨水径流的水文特点,通过室内人工模拟控制实验,运用正交实验方法,分析不同结构的雨水花园(包括填料类别、填料层厚度、排水层厚度)对降雨径流水文特征的影响(出流洪峰延迟时间、总削减率、渗透率、蓄水率)。结果表明,结构因素对出流洪峰延迟时间及径流总削减率的影响大小顺序为:填料层种类填料层厚度排水层厚度;对渗透率影响大小顺序为:填料层种类填料层厚度排水层厚度;对蓄水率影响大小顺序为:填料层厚度排水层厚度填料层填料;适宜上海地区以洪峰延迟及径流总量削减为主要目的的最优雨水花园结构是:沸石作为填料层填料,厚度为30~50cm;砾石作为排水层填料,厚度为20~30cm。     

道路生物滞留带削减雨水径流的实测效果研究

通过对深圳市某道路生物滞留设施进行雨水径流监测试验,研究生物滞留设施对道路雨水径流的削减效果及影响因素。结果表明,当降雨总量为3.3~76.7 mm、平均雨强为0.03~0.67 mm/min时,生物滞留设施对道路雨水径流的场次径流总量控制率为50.5%~100%,峰值流量削减率为53.4%~100%,滞峰时间可以达到2 min以上。生物滞留设施对场次降雨量小且平均降雨强度小的道路径流削减效果较好。     

利用暴雨管理模型（SWMM）对低影响开发措施效果的模拟研究

为考察低影响开发措施刘城市雨洪的控制效果,利用暴雨管理模型（SWMM）,对某区域内规划建设绿色屋顶、渗透铺装、雨水收集系统以及低势绿地等低影响开发措施后在不同重现期的降雨强度下出水口流量变化以及规划区域内产汇流情况的模拟研究。通过模拟显示,在一定重现期降雨强度下低影响开发措施可以削减区域内产流的峰流量、推迟区域内径流峰流量的出现肘间,并且采取低影响开发措施后,地表对降雨径流的滞蓄量和渗透量增加,减小了地表径流总量,从而间接增加了雨水资源滞留、消纳和利用量。通过SWMM模型可以对低影响开发措施在不同重现期降雨强度下地表径流的滞留消纳量以及雨水资源的利用量进行评价,进而为低影响开发措施的规划设计提供必要的技术支撑。     

某低影响开发道路的雨水滞蓄效果模拟与评价

选取我国南方某城市一条基于低影响开发(LID)理念建设的道路,利用Info Works ICM城市综合径流模型模拟道路的降雨径流过程,评价生物滞留带的雨水滞蓄效果;另外,分析LID道路的场次径流总量削减率、峰值流量削减率、年径流总量控制率等指标及相关影响因素。结果表明,道路生物滞留带对中小降雨具有较好的控制效果,随着降雨量的增大,尽管统计所得的年径流总量控制率增大,但对降雨的径流总量控制能力减弱。     

渗滤沟处理屋顶散排径流的试验研究

昆明市新运粮河流域屋顶散排雨水直接排河,造成了一定程度的河道污染和洪峰压力,针对此,采用渗滤沟工艺处理屋顶散排雨水,研究其对污染物的去除效果以及对径流洪峰的调蓄作用。结果表明:当表面负荷为4 m3/(m2·d)时,渗滤沟系统对屋顶散排雨水中COD、NH3-N、TN、TP的平均去除率分别为17.3%、28.8%、24.1%、47.8%,具有一定的除污效果;同时其对服务面积为15倍自身面积内的降雨径流量削减率在38.3%左右,并可将降雨洪峰延时15~30 min,在一定程度上代替了排水管道。     

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。     

海绵城市理念下雨洪控制效果分析

为了研究城市区域的雨洪径流特征以及加装不同低影响开发措施(LID)对径流削减的规律,该研究以西安市城区重点雨涝区为研究对象,基于SWMM模型模拟现状条件下不同设计雨峰系数、不同设计降雨重现期降雨径流的变化及加装4种LID措施组合:15％透水路面和无绿色屋顶,15％透水路面和25％绿色屋顶,15％透水路面和50％绿色屋顶,15％ 透水路面和75％ 绿色屋顶后降雨径流削减规律.结果表明:当加设15％ 透水路面和75％ 绿色屋顶时,洪峰洪量削减效果最为明显.并且在设计降雨重现期P=1年时,较现状条件下洪量削减36％;设计降雨重现期P=10年时,洪量衰减率减至24.3％.所以LID措施能有效降低城市内涝发生的频率,但随着设计降雨重现期的增大,加装LID措施效果明显减小.     

基于LID的小区绿色雨水系统径流量控制研究

为考察不同降雨强度和内部排水设施的串联对小区绿色雨水系统地面径流量控制效果的影响,采用SWMM暴雨模型建立了江西省南昌市城泰朝阳新城某地块的绿色雨水系统模型,包括地面开放式排水模型和地下管网排水模型,并通过子汇水面积的划分来实现排水设施间的串联与独排。利用模型模拟并分析了不同降雨强度下绿色雨水系统的内部关系对地面径流的影响。结果表明:对于低强度降雨,绿色雨水系统能起到较好的削峰减排效果,当降雨强度为1年一遇时,洪峰削减率达到41%、径流削减率为21.7%;对于高强度、短历时降雨,绿色雨水系统的削峰减排能力减弱,但依然能起到较好的雨水迟滞作用;绿色雨水系统内部排水措施间的有效串联有利于提高整个雨水利用排放系统的效能。     

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。     

某低影响开发居住小区水量水质的SWMM模拟

以深圳市某已建的低影响开发居住小区为例,运用SWMM模型模拟研究低影响开发设施对水量和水质的控制效果。结果表明,在年降雨条件下,采用绿色屋顶、下沉式绿地和透水性铺装的居住小区,其年径流总量控制率可提高到69%,年SS总量可降低41%。在不同强度降雨条件下,低影响开发居住小区对径流的总量和峰值流量以及污染物的负荷总量和峰值浓度均有不同程度的削减作用,但都随降雨强度的增大而减弱。污染物的负荷总量和峰值浓度与降雨强度呈正相关,且峰值浓度曲线具有一定的初期雨水效应。     

基于SWMM的低影响开发城市道路雨洪控制模拟研究——以萍乡市武功山大道为例

低影响开发设施作为能够有效消减、利用和延缓城市道路雨水径流以及控制径流污染的分散性单元,正逐渐应用于道路排水系统建设中。该文以海绵城市试点——江西省萍乡市武功山大道为研究对象,运用雨洪管理模型(SWMM)模拟不同重现期(一年一遇、三年一遇、五年一遇以及十年一遇)3小时降雨下生物滞留设施、透水铺装等单一低影响开发设施以及低影响开发组合模式对于道路雨水径流削减效果。结果表明,采用LID雨水系统的城市道路在不同重现期下对径流总量的削减率为34.5%、28.2%、26.1%、24.3%,径流峰值削减率分别为37.4%、27.3%、23.5%、19.5%。同时,对于单项LID设施而言,生物滞留设施在径流总量以及峰值削减上均优于渗透铺装,具有良好的雨洪调控效果。     

降雨特征对低影响开发停车场径流控制效果的影响

低影响开发设施可有效削减雨水径流总量,而降雨特征是重要的影响因素之一。以北京市某停车场为研究区域构建SWMM模型,采用相关性分析法探究降雨特征对雨水径流总量控制效果的影响。结果表明:各降雨特征共同影响雨水设施的径流控制效果,雨水设施的径流控制效果随中小降雨总雨量占年降雨量的比例(中小雨量占比)、降雨间隔、降雨历时的增加而升高,随暴雨总雨量占年降雨量的比例(暴雨量占比)、降雨量的增加而降低;暴雨量占比和降雨量是影响雨水设施径流控制效果最主要的降雨特征,降雨量与暴雨量占比之间存在较强的相关关系;降雨间隔和降雨历时与雨水径流控制效果存在正相关关系,但相对于其他降雨特征其影响程度较小。     

海绵城市雨水花园径流控制效果评价

在嘉兴市海绵城市建设的试点期间,建成了一批海绵设施。具有水量控制功能的海绵设施主要包括下沉式绿地、雨水花园、绿色屋顶等。这类海绵设施能有效控制的雨水径流包括：通过设施自身调蓄、蒸发、下渗回补地下水的雨水径流,以及通过设施土壤、填料等过滤、吸附作用净化后由底部盲管收集外排的径流量。因此,海绵设施的外排径流量即为通过设施溢流井外排的雨水径流总量,海绵设施进水口径流总量与外排径流总量即为设施雨水径流控制总量。本文主要以雨水花园为研究对象,监测其进出水口流量结合降雨量及降雨强度进行具体分析,综合评估雨水花园对径流控制的效果,为雨水花园的设计及推广提供有力的数据依据。