北京校园区降雨径流产污特性及其对水环境的影响

城市降雨径流产生的非点源污染是城市水污染的重要来源。该文以北京清华大学校园区为例,研究校园区的降雨径流污染特征及其对水体环境的影响。选取校园内道路、屋顶和绿地等不同的下垫面类型,采用天然降雨径流取样和人工降雨实验相结合的方式,对降雨径流的水质进行了化验分析,得到不同下垫面的降雨径流水质特性。结果表明:屋顶和道路径流以氮素污染为主,绿地径流以总磷TP和化学需氧量COD污染为主;通过降雨前后河道水质检测,分析了地表径流对河流水体环境质量的影响;最后对比分析了绿化屋顶和普通屋顶的径流水质表明,绿化屋顶具有较好的减污效果。     

低影响开发系统对西南红层丘陵地区雨洪调控效果的模拟研究

为探究低影响开发系统(LID)对西南红层丘陵地区的雨洪调控效果,以中国遂宁市河东新区湿地公园示范区为研究对象,构建暴雨洪水管理模型(SWMM),根据遂宁市河东新区海绵城市建设相关规划,结合研究区下垫面特征,模拟不同降雨重现期(2、5、10、20年一遇)降水情景下低影响开发(LID)措施的地表径流过程和下渗过程,以评估海绵城市建设的防洪减涝效果。结果表明:在低降雨重现期(2年一遇和5年一遇)情况下,LID措施对地表径流的控制率分别达到78%和45%,洪峰的推迟现象不明显,在高重现期(20年一遇和50年一遇)情况下,地表径流控制率仅为2%和1%,洪峰的推迟时间分别为2、2.5 h,表明LID措施对城市雨洪控制有一定的效果,且随着降雨重现期的增加,LID措施对城市雨洪的控制效果逐渐减弱。研究结果为中国西南地区海绵城市建设及后期运营提供了理论依据。     

污染土壤高压旋喷修复药剂迁移透明土试验及数值模拟

高压旋喷技术近几年开始应用于污染土壤修复,对所注入药剂的迁移扩散规律尚不明确,导致工程实践中缺乏可靠依据,同时为克服常规试验测试手段的不足,使用透明土材料开展了污染土修复药剂迁移的室内试验和数值模拟。在考虑分子扩散、机械弥散、对流等耦合情况下,建立了探究药剂在土壤中迁移特性的对流-弥散模型。研究结果表明:透明土试验技术能够直观地显示药剂迁移过程,可以应用于污染土修复药剂迁移特性的研究。在不同土壤压力条件下,存在最佳泥饼高度;相同土壤压力,泥饼高度越高,同一位置处浓度最大值越小;泥饼高度的选取关系到高压旋喷参数的设定,对修复效果及效率有重要影响。药剂的迁移以竖向迁移为主,水平向迁移不明显,因此为保证药剂以较高的浓度迁移至泥饼边缘,应使药剂在泥饼间隙水平方向上分布有较高且均匀的初始浓度。     

河北省重点城市土壤重金属污染评价与防治对策 -以石家庄市为例

随着城市化的快速发展,作为城市环境主要受体的城市土壤已经收到严重的污染,尤其是重金属的污染。本文以地质累积指数法和潜在生态危害指数法为评价方法,对石家庄城市表层土壤中的8种重金属元素进行了污染评价和潜在生态危害评价,评价认为：石家庄城市表层土壤中重金属元素平均值（除As、Ni外）均高于河北中南部平原的区域背景值,其中Hg、Cd、Zn元素的平均值较大;表层土壤中重金属元素Hg、Cd、Zn元素的富集系数较大,表明这些元素受到人为因素及工业活动的影响;整体而言,石家庄城市表层土壤环境整体良好,局部污染,警戒、污染土壤面积比例之和达到3.18%。潜在生态危害评价认为：石家庄城市表层土壤重金属元素Hg、Cd的潜在生态危害较大,其中Hg达到了强生态危害,Cd达到了中等生态危害;综合评价8种重金属元素的潜在生态危害性,石家庄城市表层土壤整体表现为中等潜在生态危害。在研究评价基础上提出防治对策。     

基于LID的SWMM模型在雨洪控制中的应用

为研究不同初始土壤含水量与LID(低影响开发)措施蓄水程度对径流调控效果的影响,以遂宁市体育中心为研究对象,构建暴雨洪水管理模型(SWMM),模拟分析了下垫面和LID措施在不同初始含水状态下LID和传统开发两种模式的径流控制与峰值削减效果。降雨重现期分别设定为1,2,5,10,20 a.结果表明:LID模式在自然状态、半饱和与饱和状态下的径流控制率分别为36%～76.3%,25.4%～56.8%,16.9%～38.1%;峰值流量分别为10.1～208.4,22.3～221.8,39.2～240.7 L/s;LID饱和状态的径流过程增长较快,峰现时间较为提前。与同状态的传统开发模式相比,LID径流控制削减率分别为6.5%～61%,3.2%～50.8%,2.1%～49.3%;洪峰削减率分别为10.8%～57%,5.4%～43.3%,0.7%～36.9%;LID措施对低重现期降雨径流影响效果远大于高重现期降雨。该研究为城市低影响开发措施设计方案和后期运行管理提供理论依据。     

城市土壤的生态服务功能演变与城市生态环境保护

城市化是急剧的土地利用变化过程。在城市化过程中，土壤的服务功能经历明显的转变，即从维系植物生长的功能为主转变为滞留、转化和净化污染的功能为主，因此，城市土壤在城市生态系统中承担着重要的生态服务功能并起着保护城市环境的作用。城市土壤在功能转变的过程中，土壤质量也发生重要的转变，这些变化包括物理的、化学的和生物学的等方面。巨大的人为影响致使城市土壤的退化比较明显。物理退化方面主要体现在由于压实导致容重增加、水分入渗速率降低，从而使降雨时地表径流系数增加、非点源污染负荷升高，对城市水体污染产生明显的影响；化学退化方面主要体现在土壤中的有机和无机污染物含量显著增加，这一方面使土壤对生物健康直接影响的可能性增加，另一方面使土壤的吸附容量接近饱和丽导致污染物的移动性提高，从而具有较高的释放潜力。城市生态系统中物质循环过程不闭合的特点，决定了城市土壤是养分和污染物末端固定者，因而城市土壤是一个人为的某些元素的地球化学“垒”(barrier)。建设健康的城市生态环境需要闭合开放状态的物质循环链条，这必然需要科学的城市土壤管理策略。     

不同降雨强度下三种典型农田土壤非点源氮输出研究

以河南淮河流域典型土壤砂姜黑土、褐土、潮土为对象，人工模拟0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm/min降雨强度下径流产出、泥沙流失、氮元素输出状况，研究降雨强度与土壤类型对非点源氮元素输出的影响，为量化淮河流域农田非点源输出负荷、建立本地化非点源污染模型、制定区域非点源污染防治策略等提供依据.结果表明：降雨强度越大，径流量、泥沙流失量、氮元素输出负荷及其平均产出速率均较大；土壤类型对径流产出影响较小，对泥沙流失量与氮元素输出负荷有一定影响；径流中氮元素平均浓度以2.0 mm/min降雨强度时最大；三种土壤的累积氮元素输出负荷均随降雨强度的增大而增大，增加幅度较明显的降雨强度，砂姜黑土为1.0、2.5 mm/min，潮土为1.0、3.0 mm/min，褐土为1.5、3.0 mm/min；氮元素通过泥沙输出的量占总输出量的81.57%以上.降雨强度、土壤类型均对径流产出、泥沙流失、氮元素输出等产生影响，氮元素输出负荷具初期冲刷效应.控制产流初期氮流失与泥沙流失是减少农田非点源氮输出负荷的重要途径.     

移土培肥后土壤养分变化特征分析——以重庆市涪陵区移土培肥工程为例

说明移土培肥工程对土壤养分变化的积极影响,为今后表土剥离再利用工程提供理论支持。采取土样进行化验,并对所得数据进行对比分析。研究结果:通过对重庆市开县三峡库区移土培肥工程不同采样点土壤养分-移土培肥措施响应差异分析发现:以萝卜、白菜、花生、红薯、玉米和榨菜为代表的土地利用/覆被类型,采取移土培肥措施和未采用移土培肥措施土壤养分均有不同程度的增加,不同土地利用/覆被类型,采取移土培肥措施后土壤养分响应也有所不同。研究结论:移土培肥对工程区域土壤养分变异具有积极影响,说明以移土培肥为代表的表土剥离再利用工程具有较强的实际意义和推广价值。     

不同坡度和前期土壤含水率下裸地和草地的降雨产流试验分析

坡度和前期土壤含水率是降雨产流过程的重要影响因素。为探讨其对降雨产流过程的影响,采用人工降雨模拟试验,对太行山前平原区不同坡度和前期土壤含水率下草地和裸地降雨产流过程进行了研究。结果表明:(1)草地和裸地的径流量均随坡度和前期土壤含水率的增加而增大,且裸地在稳定阶段的产流量以及累积产流量均高于草地;同时,前期土壤含水率较高时,累积产流量与降雨历时呈现出分段函数的关系;(2)径流系数、产流滞时以及入渗率随坡度和前期土壤含水率的增加分别呈现出增大、减小和减小的趋势,且两影响因素对草地径流系数、产流滞时及入渗率的影响程度均强于裸地;(3)裸地和草地的入渗率均随坡度和前期土壤含水率的增加,其变化速率逐渐增大,且较其他入渗模型,Horton入渗模型可以很好地估算土壤入渗率以及入渗量。通过试验研究,以期为进一步探索太行山前平原区降雨产流规律提供参考。     

建筑小区地下空间对海绵城市建设目标可达性的影响

为探究城市地下空间对海绵城市建设目标可达性的影响,以苏州市某建筑小区为研究对象,解析研究区内绿地有效性,并逐步构建低影响开发(low impact development, LID)措施布设方案,采用SWMM(storm water management model)模型模拟不同LID布置方案的径流削减效果.结果表明,地下空间顶部绿地不适宜建设集中入渗型LID措施,归为无效绿地,适宜建设LID措施的有效绿地仅占绿地总面积的38.00%;考虑到地下空间的影响,对研究区最大程度布设源头减排LID措施,仍未满足《海绵城市建设技术指南》中的75%年径流总量控制率的要求,须设置末端调蓄措施,对应的设计调蓄容量为43.6 m~3·hm~(-2);与现状相比,按照75%年径流总量控制率对应的设计降雨配套LID措施后,面对1,2,5年一遇的高强度降雨时,研究区径流总量控制率分别提升了28.3%, 25.1%, 22.2%,峰值流量分别削减了48.6%, 38.0%, 37.5%.研究结果为海绵城市建设中LID措施的规划和设计提供了技术支撑.     

不同模式雨水调蓄池与低影响开发组合对雨洪控制的效果

摘要：随着雨涝灾害出现的频率越来越高,雨水调蓄池和LID措施的应用也越来越多。选择QD市某片区为研究对象,基于地理信息系统ArcGIS和SWMM(storm water management model)模拟雨水系统探究集中式调蓄池、分散式调蓄池及其与LID（low impact evelopment）措施联用后的水力状况,结果表明,分散式小体积雨水调蓄池相对于集中式大体积雨水调蓄池而言,不但可以有效削减洪峰流量,有效缓解上游节点压力,减小溢流量;同时对于管径过小引起的溢流能较好的缓解,也解决了大块建设土地紧缺的问题,控制雨水洪流的效果更全面更有效;LID措施 + 雨水调蓄池的组合措施能有效削减径流峰值、径流总量且可削减调蓄池容积,减小占地。     

川东丘陵区柏木林水土保持措施径流调控效果对比

川东地区是我国重要的生态功能区。针对该区域由于水土流失导致的柏木林生态服务功能日益下降的现状,通过天然降雨下坡面径流小区降雨径流原位观测试验,对比分析了3种坡面水土保持措施径流调控的效果。研究结果表明：当场降雨在一定阈值内：总雨量9.6-51.0mm,平均雨强3.4-31.9mm.h^-1,随着雨量增大、雨强增强,措施径流小区径流调控能力逐渐增强,对照径流小区的平均径流系数达到了措施径流小区的 1.8倍,措施径流小区平均入渗率达到了对照径流小区平均入渗率的3.6倍。水平阶、垒穴/培土和综合措施最大可消减径流峰值的54%、46%和55%,最大可减少坡面径流总量的59%、39%和38%。中雨时,垒穴/培土措施和综合措施消减径流峰值、减少坡面径流总量的效果优于水平阶;大雨、暴雨时,水平阶优于垒穴/培土措施和综合措施,尤其是短历时、强降雨。综合消减径流峰值、减少径流总量的作用来看,在川东雨季多短历时、暴雨的气候特点下,水平阶能够发挥最优的水土保持效果。     

屋面雨水收集缓解城市内涝时效分析

针对屋面降雨散落造成城市地面产生径流形成内涝等问题,本文通过对现有的蓄水池结构进行改造,在蓄水池底部设置不同孔径d的排水孔,使得降雨时雨水先收集到蓄水池降雨后缓慢排入土壤或地下管网,达到延长排水时间,降低径流峰值从而降低地下管网堵塞几率。通过设计实验和模拟分析得出以下结论：土壤渗透系数I大和排水孔径d小时排放到土壤的效果最好;排水孔径d越小,雨水进入地下管道时间越长所降低的径流比ψ越高;设计相同体积蓄水池时,底面积A越小蓄水量越大。通过理论和实际验证蓄水池改进技术的可行性,为治理城市内涝提供一种新方法。     

北方高校校园雨水径流控制与景观设计

以高校校园雨水管控和景观融入为目标,利用暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)模拟北方校园夏季雨水径流过程,对比分析不同低影响开发(low impact development,LID)设施布设前后对高校径流、洪峰流量削减控制效果,并探讨校园雨水生态景观构建的策略.以东北农业大学为研究对象,设计包含下凹绿地、绿色屋顶及透水铺装所组成的4种LID情景方案,模拟不同降雨重现期下雨水径流过程.结果表明:3种LID设施均对径流、洪峰流量具有调控削减效果,且在低降雨重现期时取得控制效果最佳;单项设施中透水铺装径流量控制效果最优,下凹绿地洪峰流量削减效果最佳;LID组合布设优于单项设施的控制效果.依据结果分析,选择LID组合布设方案,对校园景观进行改造设计.研究结果既可为北方校园LID设施的布设选择应用提供依据,也可为海绵校园雨水生态景观构建提供参考.     

基于SWMM模拟的快速城市化地区洪峰径流和非点源污染控制研究

为避免城市内涝、控制非点源污染, 利用现场监测和模型模拟的方法研究快速城市化地区非点源污染的特征和控制。采用SWMM模型(Storm Water Management Model)模拟研究区的暴雨径流过程和非点源污 染负荷, 分析对比下垫面加入LID (low impact development)和BMPs (best management practices)措施的控制效果。结果表明, LID作为一种离散型城市降雨径流控制装置, 可以有效地减小研究区的径流系数、洪峰流量和非点源污染物负荷。BMPs工程性措施(不透水调蓄池)对研究区的洪峰流量和非点源污染物负荷也有较好的控制效果, 但是对径流总量没有影响。在研究区联合使用这两种措施, 可以更大程度地减小洪峰流量和非点源污染物负荷, 同时减小径流系数。     

渭河流域陕西片的水环境特性

针对流经陕西境内的渭河干流主要断面的流量逐年减少,而入河污染负荷却保持着增加趋势,导致渭河水质超标严重这一水环境现状,分析了渭河流域陕西片的降雨特性,并以降雨形式、地表特性(土壤类型,前期土壤湿润程度,土地利用)、地形特征等因素为基础,利用SCS模型进行了流域产流量的模拟计算。从降雨量与产流量的关系表明,单场降雨量小于6 mm时较难产生地表径流;由于流域片内除径流外没有可以利用的其他水资源。提出了改善渭河水质须削减入河污染负荷和增加河道流量并行措施。     

移动降雨条件下结皮对坡面产沙的影响机理

通过室内小尺度坡面(4m×1m)人工降雨物理模型,设计沿坡面上下移动的移动降雨工况进行产沙产流过程比对试验,对产流产沙量时空特性及侵蚀泥沙粒径特性进行分析,探讨不同降雨移动方向条件下结皮对坡面产沙过程的影响机理。结果显示:结皮发育造成产沙显著减少;降雨向上移动时,结皮发育成熟使峰值产沙提前出现,而向下移动时产沙峰值始终随产流峰值一起出现;向上移动降雨工况在雨强3.6×10-5 m/s时达到产沙峰值和等效泥沙浓度的最大值,而向下移动工况则对应更大的降雨强度;结皮发育在降雨初期对产沙成分的影响最明显,总体上产沙成分保持特定比例结构,粉粒最易受侵蚀,粘粒次之。研究表明:结皮发育是影响移动降雨条件下坡面产沙时空特性的重要因素。     

扬州市不同类型城市绿地径流污染特性

为研究不同类型的城市绿地径流污染特征,以扬州市为研究区域,选取了公园绿地、小区绿地、工业区绿地、文教区绿地和道路绿地等五种不同类型的城市绿地,采集径流雨水水样并测试其中典型污染物的浓度。结果表明:不同类型城市绿地径流雨水均存在水质污染情况,其中道路绿地、工业区绿地污染严重,公园绿地、小区绿地次之,文教区绿地污染程度最低;城市绿地初始冲刷效应不强烈,大部分污染物呈现中等程度的初期冲刷效应;不同类型城市绿地污染物的赋存状态不同,其中TN(总氮)、Zn、Pb主要以颗粒态存在,COD(化学需氧量)、TP(总磷)主要以溶解态存在。