道路生物滞留带径流削减效果的试验研究

道路积水是当前我国城市发展面临的突出问题,而设置生物滞留带是典型的道路雨水减排措施之一。为研究不同降雨强度和溢流高度条件下道路生物滞留带的径流削减效果和渗流规律,利用人工降雨装置和模拟道路-生物滞留带平台设计试验,并根据试验结论,结合实际案例进行水文效应计算,对道路生物滞留带设计提出优化建议。结果表明:试验条件下重现期P≤10年时,滞留带可延迟6～10 min的径流峰值时间;不同试验条件的径流削减率和峰值削减率分别为41%～100%和38%～100%;提升溢流高度对径流总量削减效果明显,并对渗流过程有较大影响;渗流流量与滞留带表面水头高度存在一定函数关系。基于试验结果,对道路-生物滞留带系统径流削减率公式进行了推导,为部分参数选取提供了参考值。     

雨水花园对不同赋存形态氮磷的去除效果及土壤中优先流的影响

雨水花园作为一种生物滞留系统,能够有效降低城市化进程对城市水文和水质带来的负面影响,但其效果与雨水径流中污染物的赋存形态以及花园内部的水力特性等因素有关。通过一项在黄土地区开展的雨水花园对路面雨水径流水文过程及污染物降解的试验研究,分析了雨水花园对不同赋存形态氮磷污染物的去除效果;同时根据雨水花园入流和出流的水文过程监测数据,分析了土壤优先流的存在及其对污染物去除效果的影响。结果显示,雨水花园入流中颗粒态磷和溶解态磷的浓度比例约为4∶1,颗粒态氮和溶解态氮的浓度比例接近1∶1;颗粒态总磷的浓度去除率和负荷去除率分别为40.1%和69.9%,颗粒态总氮的浓度去除率和负荷去除率分别为44.8%和73.8%;系统对于溶解态的氮、磷几乎没有去除能力。雨水花园土壤中存在的优先流现象导致出流速度较快,雨水径流在花园内的水力停留时间较短,结果表明:系统能够拦截颗粒态污染物,但对溶解态污染物去除效果较差;雨水花园对入流中总磷和总氮的浓度去除率很低,平均值仅为6.3%和-2.7%,但因截留了很大比例的入流(平均为51.5%),其对氮、磷污染物总负荷的削减分别达到52.5%和51.5%。所以,利用城市雨水花园来滞留雨水径流,净化雨水水质在研究区具有良好的应用前景。     

河泥与海泥陶粒填料生物滞留设施径流控制试验

为探讨河道疏浚泥(河泥)和海洋疏浚泥(海泥)资源化用于生物滞留填料的可行性，分别以河泥和海泥为主要原料制备陶粒，并以两种陶粒为填料搭建了生物滞留试验柱，通过径流雨水渗滤模拟试验，研究了两种试验柱在不同降雨重现期、不同降雨历时和不同污染物质量浓度条件下的运行效果。结果表明：河泥与海泥陶粒作为填料时，生物滞留柱中COD、TP、TN和NH₃-N的淋失量较低，污染物淋失风险较小；在降雨重现期为0.5 a时，河泥与海泥陶粒填料生物滞留柱出流时间分别为49 min和48 min,平均水量削减率分别为34.36%和44.87%,比传统砂土填料生物滞留柱分别提高了34.75%和75.96%;河泥与海泥陶粒填料生物滞留柱对污染物的削减效果明显，对COD、TP、TN、NH₃-N平均负荷削减率分别为50.27%、99.08%、50.72%、79.15%与54.20%、99.58%、55.43%、80.86%,均高于传统砂土填料生物滞留柱。     

倒置生物滞留技术水量水质控制效果研究

生物滞留技术是目前应用较为广泛的雨洪控制利用措施,生物滞留技术在应用过程中也出现一些问题。针对传统生物滞留设施存在的水土流失、污染物表层累积、填料层更换困难等问题,提出了一种新型倒置生物滞留技术。通过实验室模拟试验,研究了不同重现期条件下,倒置生物滞留技术的水量、水质控制效果,并与传统生物滞留技术进行了比较。结果表明:倒置生物滞留技术在径流总量控制率、峰值削减率方面比传统生物滞留分别提高了9%～21%和1%～32%;在峰值延迟时间方面最大延长了8 min;倒置生物滞留对TP、TN、COD、NH_4~+-N等污染物的平均去除率比传统生物滞留分别提高了约6%、4%、3%、6%。研究成果可为倒置生物滞留技术在海绵城市建设中广泛应用提供技术支撑,为生物滞留技术的完善与发展提供借鉴和参考。     

深圳光明新区透水沥青道路与滞留带对径流水质水量控制效果研究

通过现场监测分析,研究了深圳光明新区国家低影响开发雨水综合利用示范区内透水沥青道路与滞留带对路面径流水质和水量的控制效果。研究结果表明:与传统沥青道路相比,透水沥青道路径流中的SS、COD、NH3-N、NO-3-N、TN和TP等污染物浓度分别降低了94.76%、83.84%、70.59%、33.33%、50.00%和65.96%,对径流总量和峰值流量的平均削减率分别达76.70%和74.92%。道路滞留带对COD、NH3-N、NO-3-N、TN和TP也具有一定的去除效果;在小雨事件下不外排雨水,在中雨、大雨和暴雨事件下,对径流总量和峰值流量平均削减率分别达65.71%和57.69%,同时具有明显的延迟峰值作用。     

大坡度透水沥青路面-生物滞留带径流控制试验研究

为研究大坡度透水沥青路面-生物滞留带径流控制效果,通过人工控制降雨条件,更换路面材料等方式,模拟纵坡5%、横坡2.5%坡度条件下1 h内普通沥青路面/透水沥青路面及其与生物滞留带联用条件下的产汇流过程,监测流量并进行对比分析。试验结果显示:降雨重现期为1～20年内,所铺设的透水路面径流总量削减率可达71%～93%,联用滞留带后的总量削减率为81%～93%;联用滞留带后的峰值削减率为75%～95%,削峰效果明显。透水路面的径流系数为0.07～0.29,联用滞留带之后则为0.07～0.19。透水路面雨水口的雨水收集率为0.06～0.13,联用滞留带后可减少82%～95%的雨水口入流总量。针对道路坡度的特殊性,可在道路面层下设置排水边沟及排水横篦,以提升径流削减控制效率。     

红壤区填料沙土配比对生物滞留池环境水文效应的影响

提高填料透水性能以平衡其水文调节和污染物去除性能是红壤区生物滞留池构建的关键。研究设计红壤填料中掺入不同比例的河沙以改变其透水性,比较分析其在不同的重现期降雨强度下对生物滞留池的水文调节和污染物去除效果。结果表明:同一降雨强度重现期下,地表径流处理率随着掺沙比例的增加而增加,峰值削减率随沙土配合比的增加变化不明显,峰值延迟时间随掺沙比例增加而减少;硝氮的去除率随着掺沙比例的增加而增加,但对COD的去除率则随着掺沙量的增加而下降,对氨氮和总磷的去除率影响不大;综合考虑生物滞留池的水文调节和污染物去除效果,20%红壤土与80%河沙混合是红壤区生物滞留池填料较为科学的沙土配比。     

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。     

基于HYDRUS-1D生物滞留设施雨水径流水文调控模拟EI北大核心CSCD

为研究生物滞留设施水文调控效能,基于HYDRUS-1D建立生物滞留设施模型,通过物模试验数据率定模型参数,验证模型可靠性;利用验证后的模型开展模拟试验,采用径流总量和峰值削减率及产流和峰现延迟时间定量分析水力负荷参数、蓄水层高度和初始含水率对生物滞留设施水文调控效应的影响。结果表明:所建模型模拟值与实测值的均方根误差最高仅为0.134,相对误差为-2.28%~7.59%,纳什效率系数和决定系数均在0.8以上,模拟结果可靠;综合考虑水力负荷参数,汇流比小于10∶1的生物滞留设施对于重现期小于1a并且降雨时长小于120 min的降雨过程有较好的调控效果,随着汇流比、重现期和降雨时长的增加,设施水文调控效果不断削弱;增加蓄水层高度会提升生物滞留设施水文调控效果,当蓄水层高度由0 cm增加至25 cm时,径流总量和峰值削减率分别增加86.16%和96.74%,产流和峰现延迟时间分别为57.8 min和36.0 min;初始含水率的增大会降低设施水文调控效果,其径流总量和峰值削减率变化范围分别为49.32%~54.11%和22.84%~45.37%,产流和峰现延迟时间变化范围分别为24.1~25.0 min和1.0~2.5 min。     

复合填料生物滞留设施对径流污染物去除效果

填料类型对生物滞留系统水质净化效果具有重要影响。通过生物滞留柱试验,以天然土壤、建筑砂为基本填料,以木屑堆肥、沸石和无烟煤为改良材料,研究了种植土砂土比例、种植土中添加木屑堆肥、砂滤层中单独及同时添加沸石和无烟煤等不同填料组合对径流中COD、TP、NH~+_4-N及NO~-_3-N的去除效果,并对传统砂土填料及复合填料生物滞留设施在不同进流特征下的水质处理效果进行了系统评价。结果表明:在6种填料组合中,种植土中添加木屑堆肥及砂滤层中同时添加无烟煤和沸石对各污染物的处理效果最好;在7种进流工况下,砂土填料生物滞留设施对COD、TP、NH~+_4-N、NO~-_3-N的去除率分别为70.5%～87.5%、50.0%～79.3%、84.7%～96.7%、-110.5%～23.3%,复合填料生物滞留设施的去除率分别为84.0%～93.0%、82.0%～92.0%、80.0%～94.7%、24.3%～90.4%,复合填料生物滞留设施对污染物综合处理效果明显增强,且与传统砂土填料相比,复合填料生物滞留设施受进流特征的影响相对较小。