城市雨水径流污染特征分析——以佛山新城为例

雨水径流污染特征分析是海绵城市建设的基础支撑,同时可为城市水环境进一步改善提供助力。佛山新城是佛山市海绵城市建设实施方案重点区域之一,该文选取并收集其不同用地类型(住宅区、商业区、交通区、工业区等)、不同下垫面(地表、屋面、停车场等)降雨过程形成的雨水径流,分析污染特征。结果表明佛山新城雨水径流中地表径流中主要污染物为NH3-N、COD、SS,其中住宅区浓度最高,分别为1. 44 mg/L、85. 2 mg/L、242 mg/L,交通区浓度最低,分别为0. 6 mg/L、55. 5 mg/L、115 mg/L,同时污染物浓度在降雨形成径流过程中很快就达到峰值,大多在径流初期10~20 min,具有明显的初期冲刷效应。     

滇池环湖截污干渠错峰技术模拟与分析

为了实现滇池流域截污效果的最大化,基于前期建立的东岸排水管网SWMM模型,结合该区域1995-2016年间降雨资料,研究环湖截污干渠的错峰调蓄技术。根据雨水干渠液位高度执行不同控制模式:当水位低于6.76 m时执行典型污染物浓度阈值控制模式;当水位高于6.76 m时执行典型污染物阈值控制的同时执行液位-污染物通量控制模式。采用SS和TN作为干渠截流的典型污染物控制指标,其控制浓度阈值分别取12和5 mg/L。模拟重现期为0.5~1 a降雨时SS、TN浓度-负荷通量调蓄方案下干渠负荷收集情况,结果表明两种调蓄方案均能有效提高雨水干渠的负荷收集率,提高污水干渠出口浓度,降低雨水径流对污水厂的高水量和低浓度冲击负荷。随着重现期增大,干渠对污染物的高效和最大化收集效果越明显。但是TN调控下污染负荷收集效果优于SS,因此选择TN作为干渠截流的最优典型污染物控制指标。     

城市雨水径流污染及LID控制效果模拟

采用SWMM(storm water management model)模型对城市雨水经流及水质进行模拟,分析不同降雨条件下,LID(low impact development)控制措施对城市雨水径流及污染物的削减效果。结果发现:LID控制措施对城市雨水径流量、污染物总负荷以及径流峰值均有明显削减作用,对径流峰现时间有延迟作用;雨水径流量、污染物总负荷以及径流峰值的削减率随雨峰系数的增大呈先增大、后较小的变化趋势,随重现期的增大而减小;峰现时间的延迟效果与雨峰系数和重现期均呈负相关;相对雨峰系数,重现期对雨水径流量、污染物负荷的削减率、径流峰值以及峰现时间的影响更显著。     

北京市城市道路雨水径流水质特性研究

对北京市城市道路雨水径流水质监测结果表明,雨水径流水质恶劣,主要污染物指标与生活污水相近,且初期雨水径流水质更劣.道路雨水径流SS与其他污染物的相关性研究表明,径流污染物多数存在于SS中,可通过沉淀去除SS,进而提高雨水水质.雨水静置沉淀试验结果表明,北京市道路雨水SS的沉淀性能良好,经过充分沉淀,雨水上清液能够达到<城市污水再生利用城市杂用水水质>(GB/T 18920-2002)对城市绿化用水的要求,且雨水储存14 d不会发生缺氧变质现象.     

基于Digital Water的初期雨水径流污染控制措施研究

初期雨水作为非点源污染已经严重影响城市水环境现状,初期雨水的治理也被国内外专家重视。分析类比了不同类型的初期雨水径流污染控制措施,阐述了初期雨水污染物的积累及冲刷过程的模拟函数。借助Digital Water对研究区域降水进行模拟,分析未开发、仅增加LID措施、增加LID措施与末端调蓄池组合方案3种情况,发现初期雨水的源头控制和末端控制对初期雨水径流总量削减和污染物浓度削减分别在不同的时间和空间上起着显著的作用,LID措施通过源头截留在降雨初期削减污染物浓度和洪峰流量,而后削减能力减弱,继而雨水进入末端调蓄池,降雨后期洪峰流量和污染物通过调蓄池削减。初期雨水的源头控制和末端控制组合应用效果良好,对流总量削减和污染物浓度削减有不同的贡献率。而初期雨水的过程控制也就是初期雨水截留控制应用及研究还不足,是未来研究和实践的发展方向。     

青岛市李沧工业园区降雨径流污染特征研究

以青岛李沧工业园为研究区域,选取上下游分设水质监测点,研究了降雨径流污染物浓度随降雨历时变化规律及径流污染物分布特征,并探讨了工业区径流冲刷效应和污染物之间的相关性。研究表明:初期降雨径流污染较为严重,区域初期冲刷效应明显,随降雨历时延长,径流污染物浓度逐渐降低并趋于稳定,且径流雨水中各污染指标与SS之间存在良好相关性,拟合度较好。     

平原河网城市典型滨河片区雨水径流监测研究

开展城市雨水径流监测,定量评估径流污染水平,分析污染规律及影响因素,可为科学制定水环境治理方案提供重要依据。以我国平原河网地区某城市一典型滨河片区为例,基于对不同下垫面雨水径流及周边河道常规污染物指标的监测,结合河道水环境质量时空变化特征,分析径流污染程度及对河道水环境的影响。结果表明,监测区域径流污染程度总体较高,其中COD、TN、TP指标的平均浓度均接近或超过地表水劣Ⅴ类水质;不同降雨事件、不同污染物、不同取样点雨水径流的初期冲刷程度均不相同,并且与降雨强度和前期污染物积累情况等因素密切相关;降雨过程中工商业发达、人员与交通密集区域排放的雨水径流增加了河道中COD、SS、TN、TP等污染物的浓度;对比结果显示监测区域部分污染物指标的城市径流污染物年排放量超过污水处理厂尾水污染物排放量。     

考虑初期雨水污染的平原河网地区活水效果分析

以盐城市核心区为例,构建水量水质数学模型,在常态补水方案的基础上,充分考虑随初期雨水径流进入河道的污染物,分析初期雨水污染对活水效果的影响。结果表明,活水方案的水质改善效果与引水水质和污染物浓度分布有关;活水目标相同时,考虑初期雨水污染的活水时间较未考虑初期雨水污染的长;由于汇流时间不同,考虑初期雨水污染时,上游断面的污染物浓度峰值时刻和达标时间较下游断面有所推迟。     

小区域雨水径流污染物输送研究

以雨水径流污染物冲刷模型为基础,建立了汇流面污染物输送模型,进一步推导了雨水管道中污染物输送模型,并利用建立的模型对小区域雨水径流污染物输送进行了模拟。模型对CODCr、SS和TN均具有较高的模拟精度,随着降雨进行,污染物输送速度迅速增加,在全面汇流时达到最大值,然后逐渐降低。雨水径流污染物CODCr、SS和TN均表现了较强的初期冲刷效应,汇流面积的减小会导致污染物初期冲刷效应的增强。     

基于SWMM的城市初期雨水污染截流模拟

初期径流雨水是城市受纳水体的主要污染源,在排水系统末端设置截流井将初雨污染截流处理是减少污染物排放的有效手段。针对阜阳市颍泉区北部一规划区域建立了SWMM降雨径流污染模型,选取COD作为污染物指标,模拟分析了不同降雨条件下传统截流井和智能截流井的雨水污染截流效果。结果表明:在实现对初雨的精准截流后,有效提高了污染截流效率,并大幅度减小了调蓄处理工程规模,经济效益和社会效益明显。SWMM模型可以作为模拟截流井的有效工具,为截流调蓄系统的规划与设计提供科学参考。     

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。     

低影响开发单项设施模拟模型研究与应用进展

随着我国城市化进程的加快,城市内涝、雨水径流污染及水质恶化等问题日益严峻。低影响开发(LID)作为目前国际上城市水环境保护和可持续发展的雨洪管理新策略,在削减城市雨洪和滞留污染物等方面效果显著。为更好的模拟LID措施对环境带来的影响,不同尺度低影响开发模拟模型应运而生。本文总结了SWC、HYDRUS、DRAINMOD、RECARGA等典型小尺度单项设施模拟模型的特点、结构、适用条件和优缺点,分析了现有典型单项设施模拟模型的不足之处,指出模型参数选择、模型适应性检验以及水质水量耦合模型研发为今后的研究方向。     

低影响开发措施对雨水径流的控制效应

为了解LID措施在实际应用中对雨水径流的控制效应,选取广州市天河智慧城透水铺装和绿地开展现场监测,在透水铺装和绿地上分别选取20场次和11场次降雨径流资料分析径流削减情况,在透水铺装和绿地上均选取2场次降雨水质资料分析污染物去除情况.结果 表明:透水铺装和绿地的径流量削减率均随着雨前干旱期增加而上升,随着降雨历时、降水...     

基于水动力模型的土地利用格局对流域雨洪过程的影响研究

为了定量分析不同土地利用对流域雨洪过程的影响,建立流域雨洪水动力数值模型,模拟了王茂沟流域不同土地利用情景方案的地表径流过程,对比流域洪峰流量削减程度。结果表明：在重现期为2、10、50、100 a一遇降雨条件下,对于不同土地利用情景方案,林地的位置对径流量影响较大;林地位于流域坡面下部时,对洪峰流量的削减作用最大;降雨重现期越长,林地位于流域坡面下部的削峰效果越好。该研究结果在优化流域内土地利用方案规划等方面具有重要意义。     

邯郸市区不同下垫面降雨径流水质变化特征研究

为缓解邯郸市城区水资源供需矛盾,合理利用雨洪资源,在对生活区屋面、城区道路、公园绿地降雨径流水质进行检测的基础上,分析了雨水径流中主要污染物的变化过程,探讨降雨径流水质受环境条件影响情况。通过研究得出城区初期雨水径流污染最为严重,随降雨历时的延长,污染物浓度逐渐下降并趋于稳定。不同城区下垫面雨水径流污染物含量差异明显,城区主干道路降雨径流水质最差。     

城区雨水管网径流污染特征研究

以新乡市城区屋面作为汇水区域,开展试验对雨水管网中场次降雨径流水文水质过程进行研究,可为有效利用城市雨水、控制非点源污染等提供依据。水质指标包括SS、COD和TN。结果表明:水质指标中SS、COD变化趋势基本一致,随着降雨过程的持续浓度逐渐降低并趋于一个稳定值;TN随着雨量的累积浓度逐渐降低,但在降雨结束前有反弹趋势;指标标准差率呈SS>COD>TN的趋势;径流初期屋面冲刷效应明显,初期径流量可定义为前1³mm的降雨量;径流中SS与COD、TN之间的相关性较好,在控制径流污染时可采取措施同时去除;径流污染物直接通过城区排水管网汇入受纳水体后对其水质影响较大,尤以SS、COD的变化最为明显。     

基于SWMM模型的LID措施年SS总量去除率计算

由于SWMM(storm water management model)模型在进行污染物模拟时并未考虑LID(low impact development)措施的净化作用,致使计算年SS总量去除率时存在较大误差,为弥补该误差,本研究提出了一种基于SWMM模型并考虑LID措施净化作用的年SS总量去除率值计算方法。以深圳市玉田河流域为例,构建SWMM模型,结果表明,年SS总量去除率值不考虑LID措施净化作用时为23. 2%,考虑LID措施净化作用时为30. 1%,后者为前者的1. 3倍。同时论述了年径流总量控制率和年SS总量去除率的概念差异,指出两者之间并无确定比例关系。因为LID主要截留初期中小降雨,在考虑初期雨水冲刷效应的情况下,典型地块年SS总量去除率值可能大于年径流总量控制率值。     

巢湖流域土地利用变化对雨洪调蓄能力的影响

为探究土地利用结构变化对雨洪调蓄能力的影响,以1980—2020年巢湖流域的土地利用数据和土壤数据为基础,采用GIS和SCS模型相结合的方法,分析了不同时期不同降雨尺度下巢湖流域径流产生及分布情况。结果表明：1980—2020年巢湖流域土地利用变化主要表现为建设用地的增加及耕地和林地的减少;流域土地利用综合指数持续增长,其中高强度土地利用区面积从127 km²增长到了1 624 km²。1980—2020年渗透性差的地区从1 706.0 km²增加到了2 398.1 km²,以城市区域扩张为主。2020年相较于1980年,在不同土地利用条件下,相同降雨量时径流量明显增大,且主要在巢湖流域的合肥地区,而在增加降雨量时,径流量的增加幅度逐渐减小,在不同降雨量条件下(日降雨量为50、100、250 mm)径流量分别增大了6.11%、2.61%和0.96%。因此可以得出土地利用变化是导致径流量变化的主要因素,降雨量是次要因素。研究结果可为巢湖流域城市规划及城市雨洪风险管理提供参考。     

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。     

Hydrological Environmental Responses of LID and Approach for Rainfall Pattern Selection in Precipitation Data-Lacked Region

Global climate change and urbanization development have changed the hydrological environment dramatically. Flood control, non-point source pollution control, and comprehensive utilization of water resources are facing new challenges. On the basis of the Storm Water Management Model (SWMM), an approach for design rainfall pattern selection in precipitation data-lacked region containing model establishing, response analysis and design rainfall pattern screening was put forward. And the responses of the hydrologic, hydraulic and environmental of 2-commercial community mode are explored by using a simulation analysis under different rainfall patterns in this study. Based on the worst principle, the Chicago rainfall pattern was selected for the above-mentioned evaluation indexes at different reoccurrence periods. Results showed that, (1) in traditional development (TD), the values of surface runoff, peak flow and depth of outlet, and total pollution loading were at their maximum at the Chicago rainfall pattern; and in low-impact development (LID), the reduction rates of surface runoff and total pollution loading were at their minimum at the Huff4 rainfall pattern, and the reduction rate of peak flow was at its minimum at the P&C rainfall pattern; then design storm patterns at different simulation targets were obtained. (2) For the Chicago rainfall pattern, the reduction rates of various evaluation indexes decreased while the reoccurrence period increased, and the reduction rate of peak flow was more sensitive to high reoccurrence period rainfall than surface runoff. (3) After the setting of LID measures, the control effect of storm water and non-point source pollution gathered better results from the increase of permeable area and the change of microtopography, as well as from the physical and biological action. This study will provide a reference for the selection of design storm pattern at different simulation targets in regions with deficient rainfall data.