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。     

低影响开发设施布设对区域雨洪控制效果研究

以青岛市城区某小区为例,研究了低影响开发(LID)布设下区域雨洪控制效果。基于SWMM和GIS构建区域概化模型,对比分析了现状模式及布设生物滞留网格、绿色屋顶、透水铺装和3种LID设施组合布设方案下,研究区不同重现期水文与水质变化情况,结果表明:相同降雨重现期下,LID设施单独布设时,绿色屋顶对洪峰流量削减效果最好,透水铺装对径流系数削减效果最佳、降雨控制率最高;LID设施组合布设方案优于单独布设方案,且降雨重现期越小,LID设施控制效果越好;LID设施单独布设和3种LID设施组合布设方案下污染物削减能力由强到弱为LID设施组合绿色屋顶透水铺装生物滞留网格。     

景观雨水设施对城市道路径流削减效果评价

生物滞留带和透水铺装作为城市道路低影响开发重要的景观雨水设施,能有效调控道路雨水径流。以漳州市区某道路为研究区域,通过构建传统开发模式和低影响开发模式的SWMM模型,模拟不同重现期下生物滞留带、透水铺装及两者组合模式对城市道路的径流削减效果,结果表明对降雨历时2 h重现期为2 a、5 a、10 a和20 a的降雨而言,其径流总量削减率均在50%以上,峰值削减率均为45%左右。各种措施的径流削减量和峰值削减量随着重现期的增大而增大,但削减率呈现出下降的趋势,短重现期的降雨条件下削减效果更明显,尤以组合模式的效果最佳。     

某低影响开发公共建筑雨洪效应的SWMM模拟与评估

以深圳市某已建公共建筑为例,研究低影响开发设施的雨洪控制效果。对SWMM5.1.8中新增的LID模块以及研究区域的建模过程进行了详细介绍。研究结果表明,在年降雨条件下,研究区域在含有绿色屋顶、下沉式绿地、植被草沟、透水性铺装和雨水桶5种组合LID设施的条件下,其年径流总量控制率可达60%;场降雨条件下,5种组合LID设施对峰值流量的削减率最高可达43%。通过对单项LID设施雨洪控制效应的研究,得知绿色屋顶和透水铺装对雨水径流总量的削减贡献较大,其贡献率分别为36.1%和30.5%;绿色屋顶对峰值流量的削减贡献最大,为53.7%。     

基于低影响开发措施的径流效应

以邯郸市的育德花园为研究对象,在验证SWMM模型在该区域适用性的基础上,模拟区域城市化前后以及透水性路面、绿色屋顶、蓄水箱、透水性路面+蓄水箱、透水性路面+绿色屋顶等5种低影响开发措施在单场降雨和连续降雨事件中的径流过程。结果表明城市化过程使得起涨速率增加,洪峰时间提前,洪峰流量增高,径流系数随之增大。5种低影响开发措施在单场降雨和长期径流影响中都起到了降低洪峰流量,减少径流持续时间,延迟洪峰时间,缓解城市排水管道压力,其中组合措施优于单一措施。     

SWMM在城市建设规划中的应用

随着城市化进程的加快,极端降雨的频繁发生,城区的排水设计标准偏低,以及传统的雨洪计算方法不足,城市地区暴雨内涝现象频发。借助ArcGIS数据处理工具,基于暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)对正在规划建设的河南开封运粮河项目区的雨水管网系统进行了概化,模拟了多种情景下的城区规划雨水管网系统运行状况,分析了不同雨型和重现期暴雨情景及不同城市化水平下的规划区暴雨内涝情况,并采取低影响开发(LID)设施对研究区的雨洪控制利用效果进行了模拟与评估。结果表明,SWMM可以对规划方案进行初步校核,在规划区具有良好的适用性。ArcGIS在模型数据提取及参数确定过程中可以有效减少建模工作量,从而提高建模效率。低影响开发措施的合理应用可以有效控制城市洪水,从而在一定程度上提高城市抵抗大暴雨能力。     

基于暴雨管理模型的广州某城市住区的低影响开发规划

以广州某城市小区为对象,基于GIS和SWMM构建城市住区雨水管理模型,对未开发、现状和分别应用绿色屋顶、渗透路面和雨水花园3类低影响设施等情景条件下,面向不同降雨重现期的地表径流、管道溢流变化情况进行模拟,并根据模拟结果,估算各类低影响设施的雨水管理效率和成本。在此基础上,结合研究区内子汇水区的实际情况,不断调整和优化的低影响设施的组合,最后形成研究区低影响设施综合规划优化布局。研究结果表明,综合应用各类低影响设施,能够有效地降低城市住区的径流和管道溢流总量,重建城市水生态,达到从源头控制城市内涝的目标。     

杨梅河流域“海绵型”综合管廊水文效应模拟EI北大核心CSCD

以广州市国家综合管廊试点区域——杨梅河流域为研究对象,利用SWMM和SUSTAIN模型对传统开发情景、传统综合管廊情景、低影响开发情景、低影响开发和综合管廊联合作用的“海绵型”综合管廊情景下的水文效应进行对比评估,结果表明:实测降雨条件下,SWMM模型的模拟结果与流域内涝实际情况相符,证明该模型适用于杨梅河流域水文效应研究;结合SWMM和SUSTAIN模型的优势,将SUSTAIN模型中的低影响开发优化布局方案输入至SWMM模型进行水文模拟,使得低影响开发布局更科学合理;“海绵型”综合管廊情景下,溢流量削减效果最佳,50 a重现期设计降雨条件下溢流总量削减率超过60%,与“快排”模式下的传统综合管廊情景相比,“海绵型”综合管廊使杨梅河出水口峰值流量明显降低,峰现时间也相应延迟。     

海绵城市中LID设施对降雨径流及非点源污染的控制研究

低影响开发(LID)以源头控制和延缓冲击负荷为核心理念,强调城镇开发应减小对环境的冲击,是海绵城市建设的重要途径。研究以海绵城市试点区域虹桥港片区为例,采用暴雨洪水管理模型(SWMM模型),对研究区域LID设施实施前后降雨径流以及非点源污染的变化情况进行定量和定性研究。研究结果表明:LID设施对地表径流量峰值削减作用明显,但随着降水重现期的增加,削峰作用降低;同时,对径流污染物总量削减效果明显,在不同降雨强度下,均能有50%以上的削减作用。     

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。     

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。     

基于SWMM的老城区LID布设比例优化研究

老城区因建筑密度高等特点,是内涝的高发地带。针对这一问题,基于SWMM模型中的LID(低影响开发Low Impact Development)模块,研究选取渗渠、渗透铺装、雨水桶和生物滞留网格4种措施,在不同重现期设计暴雨情景下,对不同布设比例(0.1%~15%)的LID措施进行模拟分析,寻找最佳布设比例。最后将几种最佳比例组合,对组合优化进行初步探索。模拟结果表明,几种LID措施布设在达到某一比例后,对不同重现期设计暴雨的削减作用会减缓,此时的布设比例即为所求最佳比例;而组合方案由于受到措施间的相互作用等因素影响,不能直接套用单项措施最佳比例,其优化仍有待研究。     

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。     

Multi-Objective Optimal Design of Detention Tanks in the Urban Stormwater Drainage System: LID Implementation and Analysis

Under the influences of climate change and rapid urbanization, extreme rainfall events become more and more intensive and the urban flooding issues have been frequently faced in many cities in the world. Previous practical and scientific experiences have demonstrated that appropriate utilization of detention facilities and low impact development (LID) devices for urban region design could be important and effective ways to the flooding control and drainage service management of an urban stormwater drainage system (USDS). This paper investigates the optimal design and application of detention tank network and LID devices for achieving these multiple objectives in the USDS. The framework and method of LID-based multi-objective optimal design of detention tanks in USDS is first developed in this study, and a practical case in SA city of China is then taken for the application. The results of this study confirm the feasibility and validity of the proposed methodological framework for the LID-based multi-objective optimal design of detention tanks in the USDS. Specifically, both total investment costs and flooding risk have been greatly reduced by the optimal implementation of the detention tank and LID measures. Meanwhile, the results indicate that the LID devices may have global effect to the flooding control and the detention tanks can be locally efficient to reduce the flooding risk. Finally, the findings of this study are discussed in the paper for their practical implications to the practical design and management of USDS.     

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。     

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。