雨水花园对实际降雨径流的调控效果研究

基于海绵城市倡导的雨水自然积存、自然渗透、自然净化理念,根据西安地区降雨特征,设计建造了入渗型和防渗型两套雨水花园。2015~2017年对33场次降雨事件径流调控效果进行了监测分析。结果表明:(1)以原状土为填料的防渗型雨水花园设施水量削减率为11.2%~100%(中位数=69.14%);(2)污染物浓度超越概率分析结果显示,径流雨水经过雨水花园系统后,总氮、氨氮、总磷和化学需氧量出流浓度超过地表水环境质量标准Ⅳ类限制的概率,与入流浓度超过地表Ⅳ限制的概率相比,分别降低了58.57%,2.71%,20.57%和29.71%;(3)雨水花园设施场次径流水量削减率与污染物负荷削减率的相关关系在0.857以上;(4)通过监测的场次降雨量及系统进水和出水水质水量,估算的雨水花园系统年径流污染物浓度去除率为11.93%~60.97%,径流污染物年负荷削减率基本在70%以上。     

海绵城市建设的雨水径流控制效果评估——以济南市兴隆试点区为例

为了对海绵城市的建设措施运行效果进行评估,以济南市兴隆试点区域为主要研究对象,利用SWMM雨洪管理模型,分析了研究区域海绵城市建设前后雨水径流的变化情况。研究发现:海绵城市的建设能够控制雨水径流量、改善地表径流水质;海绵城市建设后,重现期为1～10 a的2 h短历时降雨事件中,研究区域场径流总量控制率提升了41.7～44.5百分点,排放口出流量峰值降低了5.4%～87.9%,峰值时刻延后了3～20 min;与周边未进行海绵城市建设的区域相比,经过建设的区域排放口出流中总悬浮固体、氨氮、总氮、总磷平均浓度值分别削减了89.18%、60.32%、58.21%和42.96%,进一步研究发现,建设海绵城市措施中的生物滞留单元和雨水花园能够减少氨氮、总氮和总磷污染,而透水路面对雨水径流中固体悬浮污染物的滞留吸附有着显著效果。     

固原市玫瑰苑小区低影响开发措施改造对降雨径流的调控效益

[目的]计算住宅小区海绵改造后对降雨径流的调控效益,旨在为海绵城市建设提供技术参考。[方法]结合宁夏回族自治区固原市某住宅小区各低影响开发(low impact development, LID)设施的布设情况,计算不同设计降雨量下LID设施对降雨径流的截蓄量与各LID设施截蓄容积的利用率;再结合固原市2004—2014年的降雨资料,计算出该小区年均降雨径流总截蓄量与各LID措施对降雨径流的截蓄量。基于计算出的小区LID设施对降雨径流的截蓄数据,结合资源环境经济学原理,计算小区降雨径流年调控效益、单方降雨径流调控效益与各LID措施年均降雨径流调控效益。[结果]小区海绵改建后,年均降雨径流调蓄量增加11 568 m~3,产生的效益为111 302元/a,单方降雨径流调控效益为9.62元/m~3;各LID设施年均效益分别为:雨水花园45 273元/a,下沉式绿地27 103元/a,雨水桶6 654元/a,雨水池32 272元/a。[结论]住宅小区海绵改建能够有效控制小区降雨径流的外排量,提高小区年径流总量控制率,具有明显的经济、环境和社会效益。     

梯田对黄土区降雨径流过程的影响及SCS-CN模型应用与改进

梯田改变了流域下垫面,对降雨径流过程势必产生影响,径流曲线模型（Soil Conservation Service Curve Number,SCS-CN）在中国黄土区,特别是梯田分布广泛流域的适用性仍存争议。为此,该研究以位于甘肃天水的罗玉沟流域为研究对象,利用梯田修建前后2个时段（1985-1990年、2000-2010年）的降雨径流实测资料,分析梯田修建对降雨-径流过程的影响,验证SCS-CN模型的适用性,进一步考虑梯田修建的影响针对不同降雨类型分别提出了基于降雨量和平均雨强的模型改进方法。结果表明：1）梯田修建对流域径流过程的影响与降雨强度关系密切。当雨强较小时,梯田显著削减流域洪峰和径流总量,削减幅度均在55%以上;而当降雨量和雨强较大时,梯田削减洪峰和径流总量效果并不显著。总体上,梯田修建后流域平均降雨径流系数显著减小至0.06,减小幅度约54%。2）基于最小二乘法优化与考虑前期土壤含水率修正的SCS-CN模型并不适用于梯田分布广泛流域的径流预报。引入降雨量和平均雨强改进后的模型模拟效果显著提高,此时流域暴雨量级以下和以上降雨事件的初损率分别为0.29和0.02。该研究基于降雨因子改进的模型在梯田分布广泛流域具有一定的适用性,可为流域产流计算及水土保持规划提供参考依据。     

山东药乡小流域降雨径流关系研究

为掌握山东山丘区水土流失动态规律,选取泰安药乡小流域东沟集水区,以2013—2014年降雨、径流等实地观测数据为基础,利用相关分析、逐步回归方法探究降雨、径流变化规律及其相关关系。结果表明:药乡小流域东沟集水区的降雨具有明显的季节变化,78.7%~92.6%的降雨集中在雨季(6—9月),年内分布极不均匀,侵蚀性降雨占总降雨的82%左右,且以大雨和暴雨为主。从雨型来看,2013年暴雨占当年降雨量的52.5%;2014年大雨和暴雨分别占降雨量的30.0%和38.1%。产流也集中在雨季,且呈周期性变化;降雨量与最大30min雨强、洪峰流量、总径流量都显著相关;产流的主控因子为降雨量、降雨历时、最大30min雨强;该流域径流对降雨的响应十分敏感,虽然径流量峰值滞后于降雨量峰值,但滞后时间较短。     

西安市雨水花园蓄渗雨水径流的试验研究

雨水花园是结合城市景观,以滞留和净化雨水径流为主要功能的生物滞留处理系统,能够在一定程度上减轻城市化进程对城市水文和水质的负面影响。根据在西安市雨水花园蓄渗屋面雨水径流的现场试验,确定在各种暴雨条件下,花园设计及土壤入渗能力不同时,雨水花园拦蓄雨水径流的能力以及花园溢流的时间和溢流量。结果显示,黄土具有良好的入渗能力,达到2.346m/d;在较为湿润的2011年基本没有发生溢流,汇集的雨水径流全部入渗补给了地下水。对于某一重现期的暴雨,雨水花园溢流总量受到降雨强度和历时二者叠加效果的影响。     

安吉毛竹林分改造对地表径流及氮磷流失的影响

为了探究不同经营模式对毛竹林降雨后地表径流及氮磷流失的影响,于2013年1月至2014年10月,通过在浙江安吉县毛竹纯林中种植红豆杉、香榧、红茴香、朱砂根4种经济灌木,建立了不同的毛竹林经营模式;随后测定了毛竹林样地降雨、径流量和径流氮磷浓度等指标。结果表明,15次地表径流事件中,各样地累计径流量为3.06~9.22m3,总氮流失量为总磷的7.6倍,其中铵态氮流失量为硝态氮的2.5倍,但通过林分改造能显著降低铵态氮与硝态氮比例。与毛竹纯林对比,4种林分改造模式两年累计径流对比毛竹纯林减少40.0%~66.8%,累计总磷流失减少64.0%~83.8%,总氮流失减少49.1%~78.8%,硝态氮流失减少37.4%~76.2%,铵态氮流失减少42.8%~80.4%。4种林分改造模式对地表径流流量和氮磷流失的削减作用均为种植红豆杉最好。     

紫色土区小流域侵蚀产沙对水土保持措施的响应

探讨降雨量与水土保持措施对流域水沙关系的影响,对流域水土流失预报和水土保持效益评价具有十分重要的科学意义,但在紫色土区这方面的研究还相当薄弱。以鹤鸣观小流域Ⅱ号支沟实测降雨径流泥沙数据为基础,分析了水土保持措施对流域径流、泥沙及水沙关系的影响。结果表明:流域治理后期,降雨产流量变化率、降雨产沙量变化率均减小,随着降雨的增多,水土保持措施对径流、产沙的影响效应增强;暴雨强度愈小,降雨量愈少,水土保持径流拦蓄作用愈显著;但降雨量愈大,泥沙拦蓄作用愈显著;流域减水量一般在30%~70%,而减沙量都高于90%,减沙量明显高于减水量;由于水土保持综合治理的作用,1989年后的多年平均径流量较1989年前减少33.11%,多年平均产沙量减少90.50%。     

蔡家川流域降雨-径流关系及水量平衡分析

以晋西黄土区蔡家川流域为研究对象,利用该流域2004—2009年的降雨径流实测数据,采用多重比较和回归分析等统计方法,对降雨—径流关系及水量平衡进行了研究。结果表明,流域年耗水量占年降雨量的比例高达90%以上,是水循环过程中的重要支出项;流域年径流系数只有1.60%～2.66%;场降雨条件下径流量和洪峰流量随雨量P和最大60min雨强I60的量级具有明显的跳跃式变化,当P≥30mm时,径流量、洪峰流量分别是0～10mm雨量级的8.31,6.52倍,当I60≥20mm/h时,径流量、洪峰流量分别是0～10mm/h雨强级的3.35,16.87倍;对不同雨型下径流量、洪峰流量与降雨指标进行多元回归分析后得出,短历时高雨强的A型雨下雨强对洪峰流量的贡献率(47.12%)大于历时较长且雨强较大的B型雨(44.62%)和长历时低雨强的C型雨(32.51%),C型雨下雨量对径流量的贡献率(28.5%)大于A型雨(26.69%)和B型雨(3.15%)。     

植草沟对北京市道路地表径流的调控效应

[目的]分析植草沟对北京城市道路径流的水量和水质的调控效应,为北京市雨洪管理提供参考。[方法]实地建立植草沟,并根据北京市多年降雨资料和主干道路径流水质2010—2012年的监测结果设置径流水量和水质。[结果](1)降雨历时短,降雨强度低时植草沟的调控水量的功能明显。在降雨历时为3h,降雨重现期为0.33a时,50m2的植草沟可削减50m2沥青道路上产生的66%的径流量,降雨强度相对降雨历时来说对植草沟传输入渗的影响更大。(2)植草沟对水质污染物有一定的去除效果,但达不到完全净化。建设的植草沟能够削减径流中的氨氮达20%,总磷达35%,COD达22%。(3)植被覆盖度能影响植草沟的调控能力。植被覆盖度增加60%,植草沟对0.33年重现期降雨1h的雨量入渗率提高了8%。(4)若建立与北京市城六区道路等长度、宽2m的植草沟,对1a,2a重现期24h降雨形成的道路径流削减率分别为96.3%和56.0%,但对50a极端降雨道路径流量的削减率仅为13.0%。[结论]植草沟对北京市道路地表径流具有一定的调蓄洪峰流量,延缓产流时间,减少径流污染的作用,但无法单独作为有效控制城市道路地表径流水量的管理措施。     

国际侵蚀控制领域的新动向

国际侵蚀控制领域的新动向刘思忆（兰州大学，兰州７３００００）现阶段的国际侵蚀控制领域是一个学术思想异常活跃、技术创新层出不穷与产业化发展方兴未艾的广泛领域，其内在活力远为以往任何时期都不能比拟。这其中除了世界各国对日趋恶化的全球性土壤侵蚀问题的高度重...     

梯田、林地、草地减水减沙效益指标初探

通过对各地坡面径流场试验资料的系统整理，结合梯田、林地、草地的减水减沙机理，引入径流、泥沙水平和措施质量概念，分析得出了不同质量的梯田、林地、草地在不同的径流、泥沙水平年份的减水减沙效益指标，形成了一套较为完善的梯田、林地、草地减水减沙效益指标体系。     

三川河流域水沙变化水文分析

根据三川河流域实测降雨、洪水、泥沙资料,在统计分析和探讨产洪产沙机理的基础上,应用数理统计学原理,通过逐步回归分析建立了降雨产洪产沙数学模型,并用之计算了三川河流域1970—1996年水土保持综合治理措施的减洪减沙效益,对三川河流域20世纪90年代水沙变化进行了重点分析,还采用另外4种水文分析方法进行了平行计算和验证,取得了比较理想和真实的结果,为全面分析流域综合治理成效提供了科学依据。对三川河流域降雨资料的系列化处理方法、径流系数变化趋势以及河道冲淤变化情况进行了分析,其研究方法对黄河中游其它多沙粗沙支流的水沙变化研究具有重要的借鉴作用。     

淤地坝拦泥减蚀机理和减沙效益分析

该分析了黄河中游地区典型小流域和重点支流淤地坝的资料，得出淤地坝拦泥减沙作用明显，减蚀作用也很显。（１）淤地坝是沟道治理主要措施，坝库的减沙量约占水保措施总减沙量６０％－７０％；（２）坝地淤积，抬高了侵蚀基准面，可以防止沟道下切和沟岩扩张；（３）黄河中游地区淤地坝的发展潜力很大，有待进一步合理规划坝系，增加投入，开发建设。     

生物质能与节能减排及低碳经济

生物质(Biomass,原意生物量)一词出自生态学,现已成为生物质能和生物基材料的惟一可再生性原料的专用词.生物质可部分替代化石能源,减少化石能源使用产生的温室气体及污染物.我国农业和农村在节能减排中应有所作为.农业是惟一生产生物质的产业,在我国的节能减排及向低碳经济战略转型中,生物质能可发挥重大作用,也能成为生态农业的新内涵.     

滑板气幕减阻效果的计算及其试验验证

提出了滑板在湿软土壤中滑行时,气幕条件下的阻力和减阻率的数学模型。分析了减阻的机理。并利用该数学模型结合作者曾提出的理论进行充气层面积、滑板阻力及减阻率的计算,同时进行试验验证。结果表明,计算与试验结果基本相符,说明这一方法可用以预测上述各参数。同时又提出了提高减阻率的重要途径。     

栓皮栎林下枯落物减流减沙效应研究

采用室内人工模拟降雨的方法,对有枯落物覆盖的栓皮栎林与无枯落物覆盖的栓皮栎林在不同的雨强、坡度条件下的减流减沙效应进行比较分析,研究结果表明:(1)相对于只栽植栓皮栎的坡面,林下枯落物的存在能有效地减弱坡面径流,且在坡度为10°、雨强为60mm/h时减流效果最优,达到25%;(2)枯落物的存在显著提高了栓皮栎林的减沙效益,其中在坡度10°、雨强为90mm/h条件下减沙效果最优,达到125%;(3)枯落物层的存在还能延长坡面径流产生的时间,降低坡面流流速,同时还能有效地减少坡面的总产流量(6.60%~28.17%)和总产沙量(11.08%~65.08%);(4)对比枯落物层对总产流量和总产沙量的减少率可以发现,枯落物层在不同条件下对总产沙量的减少率普遍大于相同条件下其对总产流量的减少率。     

Competition for electron donors among nitrate reducers,ferric iron reducers,sulfate reducers,and methanogens in anoxic paddy soil

Slurries of anoxic paddy soil were either freshly prepared or were partially depleted in endogenous electron donors by prolonged incubation under anaerobic conditions. Endogenous NO ₃ ^– was reduced within 4 h, followed by reduction of Fe³⁺ and SO ₄ ^2– , and later by production of CH₄. Addition of NO ₃ ^– slightly inhibited the production of Fe²⁺ in the depleted but not in the fresh paddy soil. Inhibition was overcome by the addition of H₂, acetate, or a mixture of fatty acids (and other compounds), indicating that these compounds served as electron donors for the bacteria reducing NO ₃ ^– and/or ferric iron. Addition on NO ₃ ^– also inhibited the reduction of SO ₄ ^2– in the depleted paddy soil. This inhibition was only overcome by H₂, but not by acetate or a mixture of compounds, indicating that H₂ was the predominant electron donor for the bacteria involved in NO ₃ ^– and/or SO ₄ ^2– reduction. SO ₄ ^2– reduction was also inhibited by exogenous Fe³⁺, but only in the depleted paddy soil. This inhibition was overcome by either H₂, acetate, or a mixture of compounds, suggesting that they served as electron donors for reduction of Fe³⁺ and/or SO ₄ ²⁺ . CH₄ production was inhibited by NO ₃ ^– both in depleted and in fresh paddy soil. Fe³⁺ and SO ₄ ^2– also inhibited methanogenesis, but the inhibition was stronger in the depleted than in the fresh paddy soil. Inhibition of CH₄ production was paralleled by a decrease in the steady state concentration of H₂ to a level which provided a free enthalpy of less than G=–17 kJ mol^-1 CH₄ compared to more than G=–32 kJ mol^-1 CH₄ in the control. The results indicate that in the presence of exogenous fe³⁺ or SO ₄ ²⁺ , methanogenic bacteria were outcompeted for H₂ by bacteria reducing Fe³⁺ or SO ₄ ²⁺ .Deceased on 27 December 1992     

Effect of temperature on reduction of iron and production of carbon dioxide and methane in anoxic wetland rice soils

 Wetland rice soils from Italy (Pavia) and the Philippines (Bugallon, Luisiana, Maligaya) were incubated under anoxic conditions at 31 different temperatures ranging from 4.7  °C to 49.5  °C. Production of CO₂ was most intensive at the beginning of the incubation (0–4 days) and was predominantly coupled to the reduction of free Fe(III). The optimum temperature for these processes was between 32  °C and 41  °C. After 9–16 days, CO₂ production rates had decreased and the available Fe(III) had been completely reduced at the optimum temperatures. However, Fe(III) was still available at temperatures below and above the optimum. Maximum CH₄ production rates were observed after 4–16 days (except in soil from Maligaya) with temperature optima between 32  °C and 41  °C, similar to those for CO₂ production and Fe reduction. Since ongoing Fe reduction is known to suppress CH₄ production, the temperature range of optimum CH₄ production was restricted to those temperatures at which Fe(III) had already been depleted. Nevertheless, the temperature characteristics of both CO₂ and CH₄ production often exhibited two temperature optima at some time during the incubation, suggesting a complex pattern of adaptation of the methanogenic microbial community to temperature. When available Fe(III) was completely depleted by anoxic pre-incubation at 30  °C, CH₄ was produced at a constant rate (steady state conditions) which increased with increasing temperature. Steady state CH₄ production reached a first maximum at about 40  °C, but increased further up to at least 50  °C, suggesting the presence of thermophilic microorganisms whose activity was apparently masked when Fe had not been completely reduced. The apparent activation energy of CH₄ production at steady state ranged between 48 kJ mol^–1 and 65 kJ mol^–1. Received: 26 August 1999     

砂层在黄土中的阻水性及减渗性的研究

根据土壤水的能量原理,对砂层在黄土中的阻水作用进行了室内一维土柱的入渗试验研究及教学模拟,结果表明:在黄土中设置砂层,不仅具有良好的阻水性,使下渗水流在一定限度内滞留于砂层以上的土体内,增加了上层土壤的持水能力;而且还具有减渗性,使下渗水量及入渗峰面的湿润速度明显减小,并且还可将下渗的非线性过程转化为线性过程,从而使整个入渗过程进入一个具有较小入渗率的稳渗阶段。该研究结果对在黄土地区采用设置砂层的方法,作为水利、建筑工程以及西北农村窑洞民居防渗、减渗的一项工程技术措施,提供了理论依据。