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。     

暴雨分布对LID设施设计深度及径流削减效果的影响

目前在确定低影响开发(LID)措施的设计深度以及对径流削减能力的方法时,一般借鉴城市排水规范中的设计暴雨法,暴雨强度采用整个历时上的平均值,但其与实际暴雨分布有一定差别。针对不同暴雨分布对低影响开发措施的两个关键指标,首先分析了雨强分布对LID设施蓄水深度的影响,然后针对一定设计标准,研究了不同暴雨分布下,LID设施削减雨水径流的效果。结果表明,针对典型设计情况,暴雨分布对于LID设施蓄水设计深度影响不大,相对差别在15%左右。而针对一定设计,暴雨分布对于计算径流削减效果影响较大,在降雨分布十分不均的情况下可达21.5%,暴雨分布越不均匀差异越显著。在设计LID设施时可以采用平均雨强,但是在确定对变化显著的极端暴雨的削减效果时,不宜采用平均雨强,应尽可能采用接近实际暴雨过程的计算方法。     

基于Hydrus-1D的透水铺装对降雨径流控制模拟研究

海绵城市建设是当前中国雨洪管理领域的热点,但起步较晚且缺乏海绵设施长期效果监测研究。引入Hydrus-1D模型,模拟了不同结构的透水铺装对降雨径流控制率、峰现延迟时间及峰值削减率的效果,结果表明,透水铺装能有效控制径流,但径流控制效果与降雨强度呈负相关;同时,当透水铺装基层存在防渗膜或雨水排水管,使得雨水不能下渗至土基时,面层对透水铺装的透水效果影响最大;当土基渗透性较好,雨水能穿过透水铺装自由下泄至土基时,基层会直接影响整个铺装的透水效果。     

基于LID的城市道路雨水管控能力分析

低影响开发旨在通过分散、小规模的源头控制来管控降雨所产生的径流,使开发地区尽量接近自然的水文循环。以青岛市中德生态园9号线为研究对象,运用暴雨洪水管理模型(SWMM),模拟低影响开发(LID)前后雨水的管控能力,建立缩尺模型试验对LID技术下的道路情况进行分析。结果表明:以重现期为1,2,5 a的降雨强度为变量,得出3种重现期下地表径流削减率分别为45.34%,43.03%,41.23%,径流峰值削减率分别为68%,67%,66%;径流峰值削减率随着重现期的增大而降低,LID能延缓径流峰值出现时间,有利于雨水的下渗和储存,方便雨水的收集利用。研究结果可为城市道路建设提供参考。     

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。     

城市更新区海绵改造对降雨径流的控制研究

以深圳市西丽环保产业园为例,通过现场监测和雨洪管理模型(SWMM)模拟方法,分析海绵改造后产业园区的径流控制效果。结果表明,不同场次降雨中,雨水花园峰现时间延后12～40 min,且峰现时间延后作用为雨水花园透水铺装,随着降雨历时增加,LID(低影响开发)设施的径流控制效果降低。海绵改造后,研究区年径流总量控制率达到73.9%,比改造前增加43.4%。通过分析,组合LID措施可以更大程度地减少径流系数、延迟峰现时间,更好地发挥海绵效益。     

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。     

源头雨水控制项目外排雨水的水力计算

源头雨水控制项目中外排雨水管道的设计流量及水力计算,应考虑雨水控制设施对雨水径流的折损作用,否则会产生诸多弊端。雨水管道起点集水时间为上游雨水控制系统的降雨历时,可取15min;外排雨水的径流系数应为下垫面径流总量扣减有效截留雨量后与下垫面降雨总量之比;有效截留雨水量应根据蓄(储)水设施的有效容积、汇水面积、日径流量、日渗透量、3日回用雨水量进行水力平衡计算确定。     

基于SWMM模型的不同LID设施对雨洪控制效果模拟分析

为了研究适宜三亚的低影响开发(LID)措施,以三亚市某采用低影响开发建设小区为研究对象,运用SWMM构建模型模拟某子汇水区域采用下凹式绿地、透水铺装和植草格等3种不同LID设施下,遭受不同暴雨重现期下的径流过程,评估3种LID设施对雨洪的削减效果。分析结果表明,低重现期降雨条件下,下凹式绿地对雨洪控制效果较为明显,可充分发挥其对雨水滞留调蓄功能。当然,仅依靠下凹式绿地进行雨洪管理势必对小区的景观园林统筹规划带来困难;因此在实际海绵城市设计中,需要采取多种LID措施并举方式实现对年径流总量控制率的控制。     

生物滞留设施对雨水径流热污染控制效果试验EI北大核心CSCD

通过土柱模拟试验,采用人工模拟降雨的方法,研究了生物滞留设施在不同降雨历时、不同服务面积以及不同内部储水层高度条件下对雨水径流热污染的控制效果。结果表明:在进水温度为30℃的试验条件下,生物滞留设施对1年一遇雨水径流的热污染控制效果显著,在设施深度范围92.5~115.0 cm处土壤温度最低且最稳定;生物滞留设施服务面积一定时,随降雨历时的延长生物滞留设施对雨水径流热污染削减率呈现先增大后减小的趋势;降雨历时一定时,生物滞留设施对雨水径流的最佳热污染削减率随设施设计参数改变,其中生物滞留设施面积与其服务面积比是重要因素,该比值由1∶20增至1∶5,热污染削减率由23.19%增至38.02%,且出水温度较稳定;内部具有储水结构的生物滞留设施对热污染的控制效果较好。     

海绵机场LID设施雨水循环可视化模型构建

近年来，极端暴雨频发，给机场的安全运行带来极大挑战。为降低机场建设对生态环境的影响，低影响开发海绵机场建设理念受到越来越多关注。首先根据机场安全运行、净空、鸟击防范等要求，进行了海绵机场雨水循环模型设计。为了更直观展示海绵机场LID设施雨水径流循环过程，借助3DsMax、草图大师等三维建模软件，以适合海绵机场建设的LID设施为例，进行LID设施的三维可视化雨水循环模型构建。研究结果可直观展示海绵机场LID设施的雨水径流循环过程，大大提高海绵机场LID设施的三维可视化水平，有利于提升海绵机场的设计和管理运行水平。这为海绵机场的规划建设提供了参考。     

透水铺装雨水入渗收集与径流削减技术研究

透水铺装属于多孔介质材料,其较强的孔隙渗透能力,为控制自身及周边不透水面积的雨水径流提供了条件。雨水不仅可以通过透水铺装材料下渗,也可以储存在铺装层的孔隙中,形成地下水库,并通过合适的设施收集回用。通过室内人工降雨试验,对透水铺装雨水下渗收集及不同透水比例雨水控制能力进行了研究。结果表明,采取收集措施后,透水铺装径流削减能力为40%～90%,比无收集措施时提高约10%;透水铺装能够较好地消纳自身同面积的不透水铺装产生的径流,并通过垫层收集系统回收入渗雨水,当透水铺装比例低于1/3时,透水铺装地面对降雨径流的控制能力会明显下降。     

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。     

海绵机场低影响开发设施设计及效果评价

根据国内外海绵城市、海绵机场建设理论与成效,探讨了海绵机场建设的原则和目标,针对我国不同分区的实际情况设计了适宜不同地区机场的低影响开发（LID）设施,并以某机场为例,基于SWMM模型验证LID设施的雨洪控制效果。结果表明：建设LID设施后,机场径流总量削减率和峰值流量削减率最大分别为74.0%、51.0%,峰现时间最多延迟16 min;机场飞行区在增设LID设施后溢流节点数减少13.1%,超载管段数量减少20.4%;机场停车场在增设LID设施后溢流节点数减少了6.3%,超载管段数量减少了10.0%;管段最大积水深度减幅为68%,最大流量减幅达63%。机场规划建设LID设施对雨水径流、峰值流量控制效果显著,降低了机场雨水管网系统排水压力的同时,对机场防洪排涝也具有重要意义。     

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%。     

降雨特征对西北地区海绵改造小区径流控制效果的影响

为研究海绵措施对降雨径流的削减效果和不同降雨特征对海绵措施的影响,以宁夏固原市玫瑰苑小区为研究对象,构建暴雨洪水管理模型（Storm Water Management Model,SWMM）,模拟不同重现期下研究区域海绵改造前后径流过程的变化。结果表明：(1)布设低影响措施对排水口1、2、3的径流削减效果明显。(2)重现期为1 a、5 a、10 a时,径流峰值和径流总量削减率分别可达到25%和10%,排水口水位峰值削减率可达到10%,且海绵措施可以适当延后洪峰出现时间;对于较大的降雨,海绵措施对径流的削减作用有限。(3)不同降雨特征的设计暴雨下,海绵措施的径流控制效果存在差异,径流峰值和水位峰值的削减率随着雨峰系数的增大而增大,径流总量的削减率随着降雨历时的增大而减小。     

天津市设计暴雨雨型的演变

利用天津市1951—2004年54年逐分钟的暴雨资料,采用Huff雨型法研究了天津市设计暴雨雨型及其年代变化。结果表明,天津市的暴雨雨峰大部分出现在降雨历时的第一和第二的四分之一时段内;对比前后27年数据得到的设计暴雨雨型,发现近年来暴雨出现了雨峰提前、雨峰峰值升高等现象,受此影响,暴雨径流出现了洪峰提前、径流总量升高的现象;即使设计暴雨在总量上没有变化,其降雨过程和雨型对防洪排涝和年径流总量控制的效果也会有相当大的影响。因此设计雨型的研究和设计暴雨一样都应当时常更新,并在工程设计中考虑降雨过程和设计雨型的变化可能带来的影响和水文效应。     

基于SWMM模型的城市化区域LID设施优化配置方案研究

低影响开发(LID)设施多组合优于单一设施布设,为科学地选择不同组合设施占比下效益—经济组合的最优方案,以典型城市化区域——常州商务城为例,基于SWMM模型计算典型降雨频率为80%下的3组组合设施的径流总量,根据经济成本的函数计算不同情境下的经济成本,采用线性归一化法和最优化目标函数确定不同设施占比的最优化方案。结果表明在降雨频率为80%时常州商务城的最优占比下的透水铺装—下凹式绿地—生物滞留网格的占比率为46%—49%—46%,此时的径流量控制率为83%。耦合SWMM模型与最优化目标函数能计算出城市化区域不同低影响开发设施占比的经济—效益最优解。研究成果可为低影响开发设施优化配置提供思路,可为当地政府和决策者在低影响开发建设规划中提供技术参考。     

低影响开发措施的城市雨洪控制效果模拟

以广州市某小区为研究对象,根据实测降雨径流资料,结合现状排水管网,建立暴雨雨水管理模型(storm water management model,SWMM),模拟不同降雨条件下的产流与排水状况。基于SWMM的低影响开发(low impact development,LID)模块,模拟分析采用渗透铺装、下凹式绿地、雨水花园和LID组合方案对城市雨洪的控制作用。结果表明,采用渗透铺装、下凹式绿地和雨水花园等LID措施,洪峰流量和径流系数均明显降低,可有效缓解市政管网的排水压力,各种LID措施的雨洪控制效果在低重现期降雨时更为显著。其中雨水花园对径流系数和洪峰流量的削减效果最显著;LID组合措施对洪峰的削减和滞后作用较好;下凹式绿地和渗透铺装单独布设的雨洪控制效果一般。