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。     

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SWMM的海绵改建小区雨水径流调控研究

以北京通州某建筑小区海绵改建示范项目为研究对象,利用SWMM雨水管理模型,依据降雨径流实测数据率定、校验模型参数,构建了海绵改建小区雨水径流多级调控系统,分析了海绵改造前后以及不同情景下LID设施参数、管道参数等对雨水调控能力的影响。结果表明,一级LID措施调控后年径流总量控制率可达到41. 51%～57. 40%、污染物削减率均在25%以上;二级调控雨水管道尺寸最为有效,当排水沟底宽或最大深度增加60%时,可保证小区10年一遇降雨重现期下无积水现象发生;三级调控蓄水池容积,可以实现小区3年一遇降雨重现期下无积水现象发生,同时雨水资源利用率达到3. 93%。     

海绵型城市道路的路面径流控制技术研究

为提高城市道路路面径流控制效果,基于低影响开发(LID)雨水系统原理,探究海绵城市道路路面径流控制技术。首先,分析城市道路径流雨水的汇流与转输过程,确立城市道路低影响开发雨水系统典型流程;其次,厘清分流制与合流制径流污染物总量计算参数,阐明低影响开发雨水系统的径流污染物控制机理;最后,分别阐明透水人行道铺装、下沉式绿化带、生物滞留、雨水弃流等道路径流控制的工程技术,为制定海绵城市道路路面径流控制方案提供依据。     

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。     

石洞口污水处理厂海绵化改造工程实践

石洞口污水处理厂存在雨水系统重现期标准低、初雨径流污染关注度高的问题。经比选,推荐采用海绵化改造方案,综合运用新建湿塘、雨水花园、植草沟、建筑雨水管断接、透水路面改造等措施,实现全厂雨水系统的提标控污。尾水区为改造重点,采用就地滞蓄和转输调蓄相结合的方式改造,并建设以湿塘等绿色调蓄设施为核心的海绵集成设施,通过雨天和旱天运行模式的切换,实现雨水调蓄和尾水展示的功能。通过海绵化改造,全厂可实现年径流总量控制率75%及污染物去除率55%的目标,雨水系统重现期提高至3年一遇。     

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。     

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。     

海绵城市设施应用于新建市政道路——以临沂国际商贸城临西十二路建设为例

为响应《临沂市海绵城市专项规划》的要求,在临沂国际商贸城临西十二路的建设过程中,融入了低影响开发理念。工程中对人行道及非机动车道采用透水铺装,绿化带采用下凹式,使雨水径流进入生物滞留设施后缓慢下渗至碎石结构层,再经底部盲管收集,汇流至市政雨水管道,从而达到收集雨水、渗透、净化、错峰、缓排的效果。经计算,道路范围内年径流总量控制率达到75%,年经流污染控制率达到60%,满足了地区海绵城市规划控制指标要求。     

生物滞留设施对不同历时的降雨滞留规律分析

基于SWMM模型的运动波,构建了丝兰湖小区的管网水动力模型,结合设计的生物滞留设施,分别分析了在短历时和长历时降雨下,生物滞留设施对于降雨的滞留规律。结果表明：对于短历时的暴雨,生物滞留设施对降雨能够削弱,设施能够储蓄调节部分雨水,但是无法满足年径流总量控制率的指标。对于降雨量较小的长历时降雨情况,生物滞留设施能够将降雨全部控制,能满足年径流总量控制率的要求。因此,海绵城市建设过程中,应该尽量采用模型,结合长历时降雨整体分析,才能对海绵城市建设做出更加科学的决策。     

地表径流污染物在透水铺装系统中的迁移规律

针对北京市雨水径流特性,选取3种典型的透水铺装系统即水泥透水砖、砂基透水砖和页岩透水砖,以面层破损实验和柱实验方式研究透水铺装系统对常规径流污染物（COD、NH₄⁺-N、TN、TP）的去除效能和机制,探讨不同降雨重现期和透水铺装各床层的影响。结果表明,破损的面层材料经雨水浸泡后可能会出现污染物溶出现象,加剧径流污染。3种透水铺装系统出水中的径流污染物浓度变化趋势基本一致,随着运行时间的延长,大部分污染物的浓度先急剧降低随后出现不同程度的升高。水泥砖和砂基砖透水铺装系统对污染物的去除效能较为接近,均优于页岩砖透水铺装系统。3种透水铺装系统面层、基层下部以及底基层对COD和NH₄⁺-N的去除效果较好;系统各床层对TN的去除效果均较差,甚至出现TN析出的现象,但对TP的去除效果均较好。当降雨重现期增加时,透水铺装系统对污染物的去除效果变差。     

渗排型透水铺装下渗出流控制效能场地试验研究

实地搭建了5种面层结构不同的渗排型透水铺装,监测了每种透水铺装在2个雨前干期和7个降雨重现期下模拟降雨的下渗出流,并从有效滞留量的角度分析和量化了透水铺装面层结构、雨前干期、降雨重现期对透水铺装下渗出流控制效能的影响。与透水铺装范围内的降雨相比,在降雨强度为18.0～241.8 mm/h、雨前干燥期为0～2 d条件下,渗透率≥0.57 mm/s的透水铺装的下渗出流体积削减率、峰值削减率、峰值延时的范围分别为22%～100%、41%～100%、6～44 min。在5种透水铺装中,透水混凝土铺装的下渗出流控制效能最佳。下渗出流控制效能与降雨重现期呈负相关,而与雨前干期呈正相关,下渗出流控制效能随降雨重现期的增加先明显降低而后趋于稳定。     

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。     

新型渗井-透水网格措施的径流调控效果研究

为更加合理地对雨水资源进行管理和调控,低影响开发(LID)措施日益成为我国许多城市"海绵化"的必然选择。透水网格被认为是一种有着良好雨洪管控效用的LID措施,然而大多情况下施工过程不尽规范,土基多采用渗透性不良的土质,这使得径流调控及渗流效益难以充分发挥,故拟以透水网格砖孔布设渗井来改善该现状。采用试验与SWMM仿真相结合的方法,研究了在6场重现期降雨作用下新型渗井-透水网格措施较透水网格在径流调控方面的改善效果,以及100年重现期降雨条件下两种措施的入渗规律。结果表明,在不同降雨场次下,新型措施较透水网格雨量径流系数降低了9.94%~51.09%,洪峰流量削减率提高了2.91%~30.42%;滞峰时间延迟效果不显著,在3 min以内;在100年重现期降雨下湿润锋迁移速率提高了73.47%。     

基于SWMM的城市道路LID设施雨水调控效果研究——以武汉市工业路为例

该文分析了城市道路径流规律和适用的LID设施,以武汉市工业路为例构建SWMM模型,探讨不同降雨强度下的生态滞留设施、植草沟、透水路面以及组合模式下的城市道路LID设施雨水调控效果。结果表明:(1)各等级城市道路应采用不同的雨水调控策略,LID设施对城市道路雨水调控作用显著,可有效减少径流量、降低峰值流量、推迟雨峰时间;(2)采用LID组合设施模式的城市道路,在0.5年一遇到10年一遇降雨下,LID设施对城市道路雨水径流量的削减率为34.8%～44.2%,对峰值流量的削减率为66.0%～83.6%,雨峰时间稳定推迟15min。(3)各类LID设施的径流削减量和峰值削减量随着降雨强度增大而提高,削减率呈总体下降趋势。LID设施一般对中小雨情(二年一遇及以下)的城市道路雨水控制作用更明显。城市道路景观设计时应更重视透水铺装材料的应用,降低道路绿地的雨水调控负荷。     

生物质炭改良生物滞留系统去除氮素的试验研究

雨水生物滞留系统是路面雨水径流净化的主要技术措施之一。利用土柱模拟试验,通过向人工配制的砂壤土中添加不同含量的生物质炭(0、2%、4%、6%),并模拟路面雨水径流淋滤,分析去除氮素污染物的效果及影响因素。结果表明,生物质炭的添加量达到2%以上时,可显著增大对路面降雨径流中TN、NH_4~+-N和NO_3~--N的削减率。生物质炭添加量对TN的去除效果影响不大,但是对NH_4~+-N的去除效果明显优于NO_3~--N。同时发现,路面雨水径流污染负荷、落干期、植物均会不同程度影响生物滞留系统对氮素污染物的去除效果。     

透水混凝土路面堵塞对径流水质控制影响试验研究

透水混凝土铺装对雨水径流水质控制有显著效果,但随着使用时间的延长,铺装系统中的路面堵塞会越来越严重,水质处理能力也随之下降。试验表明,在一年重现期下,没有堵塞的透水混凝土路面对SS、COD、TN、TP、Cu的去除率分别是47%、40%、37%、43%、43%。当透水混凝土路面的堵塞率达到70%时,SS、COD、TN、TP、Cu的去除率分别下降到33%、27%、33%、34%、37%。随着透水混凝土路面的堵塞率的不断增大,其对径流中常见污染物的控制作用持续减弱。结果揭示了堵塞对径流水质控制的作用及变化,为透水混凝土铺装在海绵城市的建设过程中的应用及维护对策提供了技术支撑。     

改性基层透水混凝土铺装路面对污染物的去除试验研究

通过使用人工模拟降雨装置和透水混凝土铺装路面,试验研究了透水混凝土铺装改性基层路面对径流污染物的削减情况。结果表明:在不同重现期下基层通过掺入膨润土并以沸石作为骨料后对COD、TP、TN、Cu、Zn、Pb的去除率分别为76.7%~86%、72.2%~84.1%、6%~7%、79%~82%、84%~85.5%、91%~93.8%,且随着重现期的增加,净化效果均减弱。在5年重现期下,改性基层透水混凝土铺装对径流污染物COD、TP、TN、Cu、Zn、Pb的削减效率较普通透水混凝土铺装分别提高了10%、9.5%、6%、13%、16.5%、20.6%。据分析,膨润土和沸石通过吸附作用、阳离子交换等官能团置换反应提升了对径流污染物的削减效果,为该种改性基层透水混凝土铺装路面的应用提供了理论依据。     

基于动态模拟的低影响开发设施组合设计及雨洪控制效果分析

针对南方低山丘陵地区土壤渗透性弱、暴雨多发且频次集中的特点,探索通过低影响开发设施组合设计实现径流总量控制和暴雨内涝防控的双重目标。针对设施规模计算时数据不精确、空间不匹配导致反复调整的问题,提出一种基于动态模拟进行低影响开发设施组合设计的方法,利用过程模型分析、计算、评估、修正,得到满足研究区年径流总量控制目标的6个低影响开发方案。对方案进行模拟分析,结果表明,低影响开发设施组合配比不同,雨洪控制效果有一定差异:透水设施(绿色屋顶、透水铺装)配比大的方案年径流总量控制率较高、长重现期暴雨径流削减效果较好;调蓄设施(生物滞留设施)配比大的方案洪峰削减及内涝削减效果较好、短重现期暴雨径流削减效果较好。     

基于模型的海绵型道路年径流总量控制率影响因素研究

采用SWMM模型模拟研究了道路长度、道路红线宽度、人行道及非机动车道宽度、人行道及非机动车道中透水铺装比例、绿化带中生物滞留设施比例、生物滞留设施下沉深度、绿化带宽度、车行道宽度等因素对海绵型道路年径流总量控制率的影响,以期为道路年径流总量控制率目标的合理确定提供依据。结果表明,道路红线宽度、人行道及非机动车道宽度、人行道及非机动车道透水铺装比例、绿化带中生物滞留设施比例、生物滞留设施下沉深度、绿化带宽度、车行道宽度会影响海绵型道路的年径流总量控制率。在海绵设施设计参数和设置比例一定的情况下,影响道路年径流总量控制率的主要因素是道路红线宽度、绿化带宽度和车行道宽度。制定道路年径流总量控制率目标时,应根据道路红线宽度、绿化带面积与车行道面积的比值合理确定。