基于SWMM模型的城市内涝与面源污染的模拟分析

随着城市化的快速发展,城市内涝和径流污染现象日益严重。本文以陕西省西安市与咸阳市建成区之间部分区域为研究对象,利用SWMM软件对研究区域建立模型,对传统开发(TD)模式与低影响开发(LID)模式下不同情景的降水事件进行模拟。结果表明:(1)LID措施对于缓解雨水管网节点的积水情况具有较好的效果,重现期较小的降雨事件中,未有积水现象出现;强度大的降雨事件中,径流量及径流污染物均能得到较好调控。(2)在不同情景下,添加LID措施后径流总量控制率提高了3.18%~15.14%,洪峰迟滞时间为5~30min。LID模式与传统开发模式相比较,SS负荷削减率提高了28.16%~38.92%;COD负荷削减率提高了25.24%~36.34%;TP负荷削减率提高了29.78%~40.02%;TN负荷削减率提高了26.57%~37.26%。LID措施能够有效调控城市暴雨径流量,削减径流污染负荷。但随着降雨重现期的增大,LID措施对于暴雨径流和污染负荷调控效果逐渐减弱。     

基于海绵城市理念的电厂雨水排水系统设计

工业建设项目用水主要为生产用水。应用海绵城市理念将雨水收集净化后用于生产,具有重要的生态和经济效益。结合某燃机电厂的工程案例论述电厂项目中海绵城市雨水排水系统的设计。通过雨水花园、植草沟、人工湿地等海绵设施的合理设置,并与全地下式雨水泵房有机结合,电厂年径流总量控制率达到77.5%,年径流固体悬浮物总削减率达到65.86%。既实现了削减径流、控制污染以及节水节能的综合效益,同时雨水泵房的全地下式设计兼顾了现代电厂去工业化的设计趋势。     

剩余污泥改良生物滞留设施雨水径流控制效果

为应对城市面源污染控制及污水厂剩余污泥处置问题,用剩余污泥改良生物滞留设施基质,通过理化特性分析筛选适宜的掺泥比例范围,并考察剩余污泥基质生物滞留设施的雨水径流调控效果。结果表明：在上层15cm基质掺入比例≤44.8%的剩余污泥可有效提升生物滞留设施雨水径流调控能力。基质中掺泥比例越大,生物滞留设施雨水径流总量调控效果越优,而出水污染物浓度则呈现略有上升的趋势。与砂土基质相比,40%剩余污泥基质生物滞留设施的次径流总量削减率可提高16.9%,出水COD、TN、NH₄⁺-N和TP平均浓度分别为29.10 mg/L、3.25 mg/L、1.66 mg/L和0.093 mg/L,可满足GB 3838—2002《地表水环境质量标准》ΙⅤ类、Ⅴ类、Ⅴ类和Ⅱ类水质标准。     

西安市城区非点源污染特性与负荷估算

河流水质在较大程度上受城市非点源污染的影响,因此,有必要对城市非点源污染特征和负荷进行研究。2010-2011年,对西安市主城区不同类型小区的降雨径流进行了水质监测。根据监测结果,进行了西安市地表径流污染特征分析,计算了2010年（一般年）主城区的非点源污染负荷。结果表明：在降雨产流前20分钟径流中污染物浓度最高,随着降雨历时的延长,污染物浓度呈逐渐下降趋势,交通区径流中污染物浓度波动幅度最小,居住区污染物浓度波动幅度最大,交通区SS、COD、重金属平均浓度值最大,商业区NH3-N、TN、TP平均浓度值最大;浓度法、监测降雨量占年降雨量的比例估算法在城市非点源污染负荷估算中具有较好的可靠性,根据每个功能区的平均浓度和对应的地表径流量计算相应负荷量后加和的方法与使用所有功能区综合平均浓度和地表径流总量直接计算总负荷量的方法结果符合较好;西安市主城区2010年SS、COD、NH3-N、TN、TP、Cu、Zn、Pb、Cd、Cr的非点源污染负荷量分别为12958.482 t、3444.187 t、141.895 t、231.367 t、7.492 t、0.943 t、4.294 t、2.193 t、1.066 t和1.440t。交通区各污染物输出系数最大,绿地输出系数最小。     

平面二维动态水质模型在钱塘江河口上段污染控制中的应用

针对钱塘江河口区的水流特性和水质特点,建立对钱塘江河口上段富春江电站至杭州闸口区间的二维动态水流水质模型,选取2004年全年水位和水质资料进行率定,结果基本一致.初步进行了河段全年长历时水质计算分析,提出污染物负荷总量控制削减方案,为下一步污染物负荷排放优化决策,预测钱塘江水质趋势提供了模型基础.     

城市典型LID措施水文效应及雨洪控制效果分析

城市化的快速发展加剧了城市内涝灾害及水污染问题。以天津市蓟州区某小区为研究区域,根据其规划方案,在透水铺装物理实验基础上,建立SWMM模型,模拟不同降雨事件中7种规划方案的径流控制效果,分析在一定区域内采用自然排水系统代替雨水管网的可行性,以及单独布设透水铺装、下凹绿地、植草沟、生物滞留区和组合LID方案对径流的控制作用。结果表明：通过植草沟等完成汇流是可行的,并且能达到更好的控制效果。LID措施能够削减径流总量、洪峰流量、积水量,延迟峰现时间,且控制效果在低重现期、短历时降雨时更为显著。其中,组合LID方案的控制效果最优;透水铺装和生物滞留区对洪峰流量的削减效果最显著;植草沟单独铺设时,雨洪控制效果较差。     

水量调度对镇江内江水质和含沙量的影响分析

以镇江内江为例,针对滨江水体自长江引水过程中,由于长江水量、沙量时空分布不均所引起的水量-水质-泥沙不平衡问题,提出了实现水质改善、控制悬沙浓度,减少泥沙淤积三重目标的调度模式;在确定内江水量-水质-泥沙平衡关系的基础上,研究了维持三者平衡的调度方式,并对调度效果进行了预测分析,模拟计算结果表明：枯季低水位条件下,要保证内江水质、悬沙浓度同时达标,内江一次性换水率R约在50%~70%之间;洪季水位增加,换水率要求降至25%~40%;调度区间的划分、调度方式的确定与长江水位条件及引航道进水能力密切相关,洪季长江水位较高,节制闸开启后可直接满足换水量要求,调度方式为自引,而枯季长江水位较低,需通过泵站引水达到引水量要求;调度后,内江水质达到Ⅲ类水标准,全年平均悬浮物浓度由现状70mg.L^-1降至22 mg.L^-1,内江自长江全年引水量以及内江泥沙淤积量分别比现状条件下削减了90.2%8、6.0%,达到调度预期目标。     

城市湖泊对地表径流致涝控制作用模拟研究

为认识城市湖泊对城市内涝的影响,应用基于水动力方法的城市雨洪过程数值模型对代表区域暴雨致涝过程进行了模拟。计算了不同重现期暴雨下假定城市湖泊面积发生变化时内涝积水总量与面积,从积水总量峰值和重度内涝积水面积方面量化分析了湖泊面积和位置变化对城市内涝积水的影响。结果表明：研究区域内湖面面积由0.5024 km2减少到0.00785 km2时,其积水总量峰值增加12.71% ~ 18.21%,重度内涝面积增加11.71% ~ 25.66%;不同位置处的湖泊对区域内涝的影响程度各异,如当降雨重现期为100年、湖泊面积为0.5024 km2时,湖泊位于研究汇水面上游、中游、下游处对应的重度内涝面积分别为173460 m2、169160 m2、162628 m2,可见湖泊位于下游处对致涝径流控制效果最佳。该研究有助于城市规划与防洪排涝工作。     

基于SWMM模型的城市雨洪模拟与LID效果评价——以北京市清河流域为例

随着城市洪涝灾害的不断加剧,以低影响开发(Low Impact Development,LID)技术为核心的海绵城市建设正逐渐成为新的城市雨洪管理理念。本文以北京市清河流域为研究对象,构建流域暴雨洪水管理模型(SWMM),并针对流域尺度排水区下垫面特征设置相应的LID措施组合,在各种重现期降水情景下设置不同LID措施组合的比例并进行相应的模拟与分析。结果表明:LID组合措施对高频暴雨的洪峰流量和径流总量削减率可高达66.2%和49.4%,而对低频暴雨径流总量削减率仅为11.5%,洪峰流量无明显变化。由此可见,LID措施对研究区高频暴雨径流过程削减效果显著,而对低频暴雨削减效果较差,以上结果可为研究区的防洪排涝管理和海绵城市建设提供相应技术支撑。     

城市湖泊暴雨过程中蓄洪能力研究

结合雨水管网箱涵溢流公式,建立二维浅水方程洪水演进模型,模拟城市浅水湖泊在暴雨条件下城市湖泊蓄洪排洪效果.通过深圳荔枝湖两场实测暴雨验证,计算结果和实测资料吻合较好.并计算设计暴雨强度50mm/h情况下,有56961.5m3水体,即45%的降雨径流通过箱涵进入湖内,这大大削减排水管网中洪峰负荷,使街道暴雨径流尽快排出,将暴雨灾害减小到最小.     

城市地区流域洪水过程模拟:以清河为例

城市地区流域洪水模拟是当前洪水过程计算分析的热点和难点,本研究基于Mike洪涝模拟平台的河道一维水动力学模型(MIKE11),综合考虑城市地区不透水下垫面产流、多闸坝调度、城市排水、支流汇入等因素,系统构建了北京市主要排洪河道清河流域洪涝模拟模型,以设计流量、水位资料和实测场次洪水过程资料分别对河道、水工建筑物参数及运行规则进行了验证,模型模拟结果显示模型能够较好模拟城市流域复杂环境条件下的河道结点水位,情景模拟分析不同降雨重现期流域现状河道行洪能力和河湖雨水综合利用能力,显示清河流域具有明显的低水位、大流量的特点,可以满足20年一遇降雨行洪要求。在特大暴雨条件下清河干流中段清河闸至羊坊闸是河道洪涝的重点防护区域。从1年到20年一遇重现期设计降雨条件下,模拟蓄水占总库容的33.5%~54%。研究为城市流域防洪调度和雨水资源利用提供技术支持。     

城市暴雨地表积水过程研究：以清华大学校园为例

我国正处于城市化的高速发展阶段,不透水地表面积增大,导致城市内涝风险增加。本研究考虑建筑物、道路、绿地和雨水口等城市地物特征,旨在对降雨-径流过程进行精细模拟,对地面排水系统的能力进行评估。采用二维水动力学模型,以北京市清华大学校园为研究区域。通过两场降雨过程中积水点的实测水深对水动力学模型进行率定和验证,结果表明该高分辨率模型能够比较准确地计算出地表积水深度。在采用压强式水位计记录降雨过程中积水点压强时,必须同时记录大气压强的变化,否则水深会有一定的误差。基于上述结果,以2012年7月21日暴雨为例,对清华大学校园进行大暴雨情景的地表积水过程模拟,结果表明雨水口总排水量随降雨过程变化较大,地表积水主要通过雨水口排走,降雨结束时雨水口排水总量约占降雨总量的70.0%,而土壤入渗量较少,仅占降雨总量的11.1%。     

城市重污染河流水质特征分析——以皂河为例

皂河是西安市的重点排污和泄洪河流,除了点源污染外,还在一定程度上受到非点源污染的影响。因此,有必要对其水质特征进行研究。2010年4月至2011年11月,对西安市皂河进行了多次水质水量监测,分析了城市重污染河流的污染特征,计算了皂河下游控制断面草滩监测站的非点源污染负荷及构成。结果表明：①皂河污染物SS、COD、TP、NH3-N、NO3-N和TN浓度均超出地表水Ⅴ类标准;②草滩断面洪水期间各指标的平均浓度基本都小于平时的平均浓度;③上游至下游：COD浓度呈逐渐增加的趋势,TP、NH3-N和TN浓度呈现先增加后减小的趋势,NO3-N浓度变化不大,重金属污染物中Cr含量最高,平均浓度从上游到下游呈逐渐增加的趋势;④洪水过程中,非点源污染负荷均小于点源,SS、COD、TP、NH3-N、NO3-N和TN的非点源污染负荷比重依次为：14%,2.0%,5.1%,6.0%,7.4%和4.2%;⑤目前西安市皂河污染治理的重点仍然是点源污染,但非点源污染对水质的影响不容忽视。     

计及反弹效应的温控负荷有序削峰策略

近年来,高峰用电负荷逐年增长,峰谷差进一步拉大,给电网运行带来了很大的压力。因此,以电热水器和空调两种温控负荷作为受控对象,考虑负荷调控过程中出现的反弹效应,基于全时段和分时段两类控制策略,提出了一种负荷调度的线性规划数学模型,从而最大程度上实现负荷峰值的有序削减。通过对南京市夏季典型日负荷的调控,分析了不同条件下的峰值削减情况,验证了此模型的有效性。     

雨水花园集中入渗对地下水水位和水质的影响

为探究雨水花园集中入渗对地下水水位、水质的影响,2016年5—10月,每次雨前和降雨后1 d、3 d、5 d、7 d对三个地下水井(J1为对照井,J2和J3为监测井)的地下水位进行监测,并采集水样测定COD、NH4+-N、NO3-N、TN和TP的含量。监测结果表明:三个地下水井的水位变化幅度为J2J3J1;雨水花园集中入渗对地下水的补给作用具有滞后性,总体滞后3~5天。每次降雨后J2和J3地下水中COD、NH4+-N、NO3-N、TN和TP含量有所升高,但又快速下降;汛期(7、8月份)J2和J3中COD、N、P含量略有上升,汛期末其含量逐渐下降并趋于稳定。说明在本监测条件下,雨水花园集中入渗有利于补给地下水,但对地下水水质的负面影响不明显。     

北京温榆河流域水污染控制情景模拟与分析

温榆河的水环境状况已成为制约该流域乃至北京市经济、社会和环境协调发展的重要因素。本研究以控制水污染为目标,从点源控制和非点源控制两个方面出发设计了不同的情景方案,应用SWAT（Soil and Water AssessmentTool）模型进行温榆河流域的水污染控制情景模拟计算和分析。结果表明：控制点污染源的达标排放是减少温榆河入河污染负荷量和改善水体环境的有效措施,总氮和总磷负荷的削减率分别达到66.2%和80.5%;改变农田施肥量和施肥方式、坡耕地的退耕还林和减少城镇区不透水面积等措施对减少流域的非点源污染负荷产出都有较好的效果,且各种不同的污染控制措施对总氮、总磷的削减效果不同,总氮削减率为1.2%～32.3%,总磷削减率为3.7%～49.9%。模拟结果还显示,只有将点源控制和非点源控制相结合、浓度控制和总量控制相结合,并辅以适当的河道治理工程,才能彻底实现温榆河水质还清的目标。模拟分析结果可为该流域的水污染控制和治理规划提供参考。     

基于生态保护目标的乌梁素海生态需水研究

本文针对乌梁素海的生态环境问题和实际情况,提出了乌梁素海生态需水的水量目标为乌梁素海调蓄库容在2.4亿m^3～9.43亿m^3,相应的水位目标为1018.35m～1020m,水质生态保护目标为Ⅳ类;依据这些生态保护目标,基于水量平衡法,得出排干系统能够长期提供的水量为5.48×10^8m^3/a,就能够维持乌梁素海的水量平衡;由此乌梁素海的生态需水量主要体现为水质达标Ⅳ类标准的情况下的生态环境需水量,本文基于环境稀释需水量法建立了乌梁素海的生态需水量模型,计算得出了现状条件下在1、5与10年时间内相应的乌梁素海生态需水量为9.73亿m^3,4.62亿m^3与4.38亿m^3;在污染物30%削减方案下,1、5与10年内乌梁素海生态需水量为6.78亿m^3、2.39亿m^3与2.25亿m^3;在污染物40%削减方案下,同等历时的生态需水量为6.07亿m^3、1.76亿m^3与1.53亿m^3。研究成果对乌梁素海生态修复具有重要参考价值。     

洞庭湖平原堤垸区非点源污染模拟与分析

洞庭湖是我国的第二大淡水湖,近年来出现了水环境质量下降及富营养化等污染问题,非点源污染已成为其主要污染源。本研究在洞庭湖平原堤垸地区建立了分布式非点源污染负荷模型,对洞庭湖平原堤垸地区的非点源氮磷污染负荷的产生量及入河量进行了估算,并对研究区内氮磷污染负荷的流失规律及时空分布特征进行了分析研究。模拟及分析表明,堤垸地区非点源污染负荷以溶解态污染物为主,汛期污染负荷产生量约占年总量的75%;农田径流所产生的氮磷污染物占总量的70%左右,畜禽养殖的贡献率次之;非点源污染负荷的入河系数约为0.7。研究结果可为今后洞庭湖区水环境保护与治理提供参考。     

岸坡植物对受污染的城市降雨径流的净化作用

根据正交试验的原理设计桶栽试验,研究岸坡植物对受污染的城市降雨径流的净化效率.24个桶栽试验装置分为八组,每组包括一个对照空白样和两个平行样.试验结果说明,有植物的试样去除污染物效果明显好于对比空白样,菖蒲比花叶芦竹具有更强的耐污染能力,花叶芦竹比菖蒲有更强的去除污染物能力.当进水为高浓度时,花叶芦竹和菖蒲对CODCr、TP、TN整体平均去除率分别为95.98%,98.11%,95.66%和96.66%,97.35%,95.72%;当进水为低浓度时,花叶芦竹和菖蒲对CODCr,、TP、TN整体平均去除率分别为92.16%,96.21%,92.79%和92.08%,95.62%,92.39%.在一定程度上,去除率与污染物浓度成正相关关系.由极差分析得出:影响污染物降解因素的主次关系依次是污染负荷、水力负荷、地下水位和植物.     

基于物联网的500 kV变电站雨水回收利用技术研究

以系统的自动化、智能化控制为目标,把物联网技术引入到500 k V变电站的雨水回用系统中。在雨水回收的过程中,利用雨水污染物浓度传感器和雨量仪分别监测水质等级和降雨量,根据预先设定的程序参数,系统自动根据雨水的污染物浓度及不同的雨量采取不同的处理策略;在雨水的处理过程中利用PLC控制系统,实现制水、正洗、反冲洗的自动控制。