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。     

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。     

房地产建设项目雨水池适宜容积计算模型

随着城市化进程加快,城市内涝问题越来越突出.为解决因下垫面硬化引起的城市内涝问题,探求建设项目中雨水池容积计算方法.本文以北京市房地产建设项目为研究对象,从北京市1953-2012年降雨数据中选取降雨量最大、平均和最小年的日降雨数据,并拟定中水同时用于绿化和道路浇洒,应用日水量平衡模型方法,对比分析雨水池可利用率和中水补给率变化趋势,综合考虑经济效益因素,确定雨水池适宜容积.应用多项式拟合法,得到雨水池适宜容积简易计算模型.结果表明:随着雨水池容积增加,雨水池可利用率增大(0～1),中水补给率减小(1～0);当雨水池容积增至一定程度,其可利用率与中水补给率的变化趋于平缓;3种年况的雨水池可利用率的关系为最大＞平均＞最小,中水补给率的关系为最大＜平均＜最小,为互补趋势;效益费用比随着雨水池容积增大而减小.经验证,模型符合工程建设要求,且具普遍性,可投入应用.为提高模型可靠性,应用时宜将模型计算结果与规范最低建设标准进行校核比对.本研究为今后雨水池设计提供了一种新的快捷简便算法,丰富了设计理论.     

不同绿化屋面对雨水调蓄能力的影响

[目的]为了分析不同基质层厚度的绿化屋面对雨水的调蓄作用。[方法]通过搭建绿化屋面装置,采用人工降雨模拟器开展试验,在不同基质层厚度和降雨条件下,对绿化屋面的降雨—径流过程、持蓄雨水和减滞洪峰能力进行了研究。[结果]基质层厚度在一定的范围内时,绿化屋面出水的洪峰过程具有很高的相似性;绿化屋面基质层厚度与降雨持蓄率呈指数函数的关系;洪峰削减率与降雨强度无明显关系,主要由基质层厚度决定。[结论]绿化屋面能在一定程度上降低雨水的径流峰值,减少总的径流量,延缓产流时间,且随着基质层厚度的增加,绿化屋面对雨水的调蓄能力越好。     

海绵化改造小区调蓄池优化布局及其雨水径流控制效果——以浙江省嘉兴市烟波苑小区为例

[目的]在海绵城市建设背景下,从建筑小区尺度探究调蓄池布局对雨水径流的控制和利用,为平原河网区域城市旧城海绵化改造,增强排水防涝能力,提高雨水利用效率提供技术依据。[方法]以浙江省嘉兴市典型老旧小区烟波苑海绵化改造工程为例,基于暴雨管理模型(SWMM)软件建立排水系统数学模型,通过分析研究区不同降雨重现期和积水节点之间关系,探究最佳的积水节点控制数目;在此基础上,输入设计雨水控制条件探索调蓄池合理布局方案。[结果]①在5～15 a重现期内,研究区积水节点数量分布出现稳定期,并于9 a重现期时积水节点控制数量达到最佳;②模拟容积在20～100 m~3之间的调蓄池比例达84%,达到实际建设标准;③采用合适的"低影响开发(LID)+调蓄池"方案后,研究区雨水径流控制效果提升明显,其中径流峰值削减率达40%以上,外排径流系数降低0.2左右,杂用水供给率最高可达146.3%。[结论]老旧城区在进行海绵化改造时,应当重视调蓄池的合理布局与利用,以构建灰绿结合的径流控制系统,实现高效的雨水管理。     

神府东胜煤田弃土弃渣体径流水动力学特性研究

[目的]对神府煤田开发建设过程中造成的弃土弃渣体的径流水动力学特性进行研究,并分析土壤剥蚀率与各水动力学参数之间的关系。[方法]采用野外模拟降雨试验方法。[结果](1)弃土弃渣体的土壤剥蚀率Dr随雨强增大显著线性递增;(2)雷诺数Re总体上随着雨强增大而增大,随降雨历时先增大后保持稳定;佛罗德数Fr受雨强影响不显著,在产流0~12min内波动较大,随后在某一常数附近上下波动;阻力系数f随降雨历时呈递增趋势,受雨强影响不显著,次降雨平均阻力系数f大小表现为:沙少石多弃渣体弃土体沙多石少弃渣体;(3)各下垫面土壤剥蚀率Dr与水流剪切力、水流功率P之间均呈显著的线性函数关系。[结论]研究区不同类型下垫面次降雨径流水动力学参数变化各具特点,土壤剥蚀率与各水动力学参数之间存在显著相关关系。     

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。     

石漠化区薄土层坡地雨水转化及土壤侵蚀影响因素分析

为了探究影响喀斯特坡地雨水转化及土壤侵蚀的影响因素,该研究采用人工模拟降雨方法,降雨强度选取50、75和100 mm/h,降雨次数为相同降雨强度下的连续3次降雨,坡度为5°、15°和25°,坡地包括地下基岩具有裂隙的地下裂隙坡地和地下基岩无裂隙的无地下裂隙坡地,研究了不同降雨强度、降雨次数和坡度下喀斯特坡地地表-地下的径流和土壤侵蚀变化。结果表明：1）两种坡地的地表径流率随降雨强度、降雨次数和坡度的增加而增加;壤中流率随降雨强度和坡度的变化也呈相同的趋势,但随降雨次数增加,两种坡地的壤中流率减少;岩土界面流率和地下裂隙流率随坡度和降雨次数增加而减少,随降雨强度增加先增大后减小。2）在降雨强度（50和75 mm/h）、降雨次数（第1场）和坡度（5°和15°）较小时,坡地径流以岩土界面流和地下裂隙流为主,分别占总雨水的24%～39%和28%～51%;随着影响因素增强,两坡地径流转变为以地表径流为主,分别占总雨水的30%～50%和25%～43%。3）降雨强度和坡度是驱动两个坡地地表土壤侵蚀的主要驱动力（P<0.01）,但降雨强度、降雨次数和坡度对两坡地地下土壤侵蚀的影响较小（R2<0.3,P>0.05）;总体上,无地下裂隙坡地和地下裂隙坡地土壤侵蚀以地表土壤侵蚀为主,分别占总侵蚀量的54%～97%和39%～96%;以岩土界面侵蚀或地下裂隙侵蚀为辅,分别占总侵蚀量的1%～45%和2%～60%。研究结果可为理解识别喀斯特坡地雨水转化和土壤侵蚀驱动因素以及喀斯特石漠化防治提供参考。     

喀斯特地区裸坡面土壤侵蚀的人工模拟降雨试验研究北大核心CSCD

通过人工模拟喀斯特裸坡面微地貌特征和地下喀斯特裂隙构造,结合人工模拟降雨实验,研究不同基岩裸露率、不同降雨强度、不同地下孔裂隙度以及降雨历时对土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)地表、地下孔裂隙流量均随雨强的增大而增大,地表累积悬移质和推移质流失量,地下累积悬移质流失量均随雨强的增大总体呈增大的变化规律;(2)总体上地表径流随基岩裸露率的增大先增大后减小,地下孔裂隙流随基岩裸露率的增大先减小后增大;地表累积推移质和悬移质流失量随基岩裸露率的增大总体呈增大趋势,地下孔裂隙流的累积悬移质流失量随基岩裸露率的增大总体呈减小的变化规律;(3)降雨历时和地表径流呈正相关的关系,而和地下孔裂隙流则呈负相关的关系;地表的推移质和悬移质产沙量,地下孔裂隙的产沙量随降雨历时总体呈下降趋势;(4)地表产流产沙随地下孔裂隙度增大而减小,而地下产流产沙则相反;(5)土壤侵蚀和各因子间相关程度为雨强>降雨历时>地下孔裂隙度>基岩裸露率。     

不同施肥水平下植草对坡地径流氮素流失的调控作用

采用室内模拟人工降雨的方法,研究坡地植草措施在不同施肥水平下对径流氮素流失的控制效应。结果表明:(1)植草措施使坡地初始产流时间滞后约3′6″～18′28″,地表径流量随雨强的增大而增加,植草措施下径流调控率变化范围为3.3%～59.81%,泥沙调控率变化范围为39.66%～83.51%,且均在小雨条件下效果最好;(2)径流三氮输出量随雨强的增大而增加,且与降雨强度之间的关系较施肥水平更紧密;(3)径流氮素流失以硝态氮为主,硝态氮占总氮浓度的变化范围为21.28%～88.36%,铵氮在总氮浓度中的比例较小,仅占3.39%～22.28%,硝态氮浓度是铵氮浓度的1.3～16.9倍,表明坡地径流氮素流失以硝态氮为主。径流氮素浓度与施肥水平的关系较紧密,与降雨强度无紧密关系。     

水泥混凝土路面集雨产流特征研究

在我国雨水资源缺少地区,把雨水收集起来加以利用成为提高城市道路雨水利用效率的关键.作为雨水收集面的道路,其产流特性对于雨水收集利用起着重要作用.利用人工水泥混凝土处理集雨面进行了道路路面产流特性模拟试验研究.水泥混凝土路面在干燥情况下的临界产流降雨量为1.55 mm,只有降雨量达到或接近1.55 mm,集雨面才会产生径流,次径流系数随着次降雨量增大而增大,产流时间与降雨时间相比存在着明显滞后性,并且径流强度明显小于降雨强度.     

土壤对城市雨水径流中污染物的削减作用

[目的]分析城市雨水径流在土壤中的净化情况及径流污染物对土壤环境造成的影响。[方法]在充分了解陕西省西安市某地土壤特性和当地雨水径流水质的基础上,模拟城市土壤表层系统和雨水径流装置,研究雨水径流中的污染物在下渗过程中土壤表层对它们的削减作用及土壤基本理化性质的变化。[结果]在土壤层厚度为20cm,雨水渗透量为6 000ml,径流时间3h的条件下,裸土和绿地表层土壤对模拟雨水中各污染物的去除率均达到40%以上;土壤的密度及pH值基本未发生变化,氮的含量由原土的54.95mg/kg分别增加到65.10(绿地)和68.60mg/kg(裸土),有效磷的含量由原土的59.23mg/kg变化到82.39mg/kg(裸土)和39.93mg/kg(绿地),有机质的含量由原土的18.32mg/kg变化到19.28mg/kg(裸土)和14.04mg/kg(绿地)。[结论]绿地对雨水径流处理效果较好。在渗流过程中,土壤对氨氮的截留效果较为明显,短时间内土壤基本物理性质变化不大。     

大豆冠层对降雨再分配的影响

[目的]研究农作物冠层的降雨再分配特征,为区域水土流失治理和生态环境建设提供科学依据。[方法]以大豆作为研究对象,采取人工模拟降雨法以及喷雾法观测大豆不同生育期(幼苗期、始花期、盛花期、结荚期和始粒期)以及降雨强度(40,80 mm/h)下的茎秆流量、穿透雨量以及冠层截留量,探究大豆全生育期的冠层截留分异特征及叶面积指数和降雨强度对大豆降雨再分配的影响。[结果]大豆生育期内,茎秆流率平均值为15.02%,穿透雨率平均值为83.94%,冠层截留率平均值仅为1.04%。表明冠层截留所占降雨再分配的比例很小,其对降雨空间分异的影响所占比例较小。随着叶面积指数的增加,大豆的茎秆流量及茎秆流率,冠层截留量及冠层截留率均显著增加,然而穿透雨强度及穿透雨率显著减小。当降雨强度由40 mm/h增大到80 mm/h时,大豆的茎秆流量显著增加,但茎秆流率随雨强的变化并无显著差异;穿透雨量随着雨强的增大而增大,且随着雨强的变化存在显著性差异,但穿透雨率随降雨强度的变化并无显著差异。[结论]大豆冠层对降雨的再分配主要体现在茎秆流以及穿透雨,冠层截留所占比例很小,且叶面积指数与降雨强度均对降雨再分配有着重要的影响作用。     

人工集水面降雨径流观测实验研究

野外降雨径流观测实验研究表明 :土质集水面 (自然黄土坡面、清除杂草自然黄土坡面和夯实集水面 )的降雨产流方式为超渗产流 ,受降雨强度的影响大 ,径流的产生主要是由几次高强度的暴雨引起。此类集水面的年平均集水效率在 7.4%～ 35 .5 %之间 ,因此 ,增大集水区面积是保证土质集水面收集到更多雨水的基本途径。油毡、沥青和混凝土处理集水面的产流过程受降雨量和降雨强度的影响小 ,年平均集水效率在 5 0 %～ 80 %之间 ,但投资成本较高 ,其雨水利用方向是和设施农业相结合 ,修建固定集水面 ,发展高投入高产出农业。塑料膜集水面一次性投入低且平均集水效率较高 ,但寿命较短 ,建议利用简单临时性的移动塑料集水面收集雨水以供大田作物缺水期补灌。     

坡度与降雨强度对植物路路面侵蚀动力参数的影响

通过人工模拟降雨试验,研究了不同坡度和降雨强度条件下植物路的水沙响应过程及机制.结果表明:植物路和裸露路面的径流水力学参数流速、径流深、雷诺数、弗劳德数和过水断面单位能量均随坡度和降雨强度的增大而增大;而Darcy-weisbach阻力系数和曼宁糙率系数则随坡度的增大而增大,随降雨强度的增大而减小.在相同坡度和降雨强度条件下,植物路路面径流的流速、雷诺数、弗劳德数和过水断面单位能量比裸露路小,而径流深、Darcy-weisbach阻力系数和曼宁糙率系数均比裸露路大.在不同坡度和降雨强度条件下,植物路径流量与径流时间均符合双曲线移轴模型关系,而输沙率与径流时间符合三阶对数关系.植物路减沙效益明显大于减水效益,并且减水和减沙效益均随着坡度和降雨强度的增大而减小,因此在建设植物路时应同时考虑坡度和当地降雨强度的影响.     

豫西山丘区构建径流聚集工程体系研究

通过对豫西土石山区的汝阳县和黄土丘陵区的嵩县历年开展雨水水土保持调控工程的调研,提出了在豫西山丘区构建以水平梯田、隔坡梯田、水窖（池）为主要措施的坡面径流调控工程和以集流坝为主要措施的沟道径流调控工程以及山泉溪流开发工程等综合性的降雨径流聚集工程体系,目的在于有效缓解豫西山丘区水资源缺乏、雨季降水多以山洪形式流失、雨水资源利用率低下等问题。     

不同下垫面径流小区次降雨对产流产沙的影响

[目的]揭示南方红壤区人工径流小区次降雨对径流泥沙作用规律,为区域水土保持工程实践与基础理论研究提供参考。[方法]基于云南摩布小流域3种下垫面(林地、农地、裸地)人工径流小区2013—2015年自然降雨观测资料,采用M-K趋势检验、灰色相关分析及双累积曲线等方法研究了次降雨量、径流量、泥沙量和入渗率的变化趋势及相关关系,以及降雨因子对径流泥沙的影响。[结果](1)2013—2015年摩布径流小区月降雨均呈先增加后减少的波动性变化趋势,3a降雨量无显著性变化趋势。(2)相同降雨量各下垫面径流小区产流差异显著(p0.05),其中林地最小,农地次之,裸地最大;3种下垫面次降雨径流深增长速率大小规律与此相同。(3)次降雨产沙量与降雨量、径流量均存在密切相关关系,相关系数分别为0.67~0.82,0.69~0.85。径流小区产沙能力随雨强增大而增强。相同雨量下,林地产沙能力最小,而裸地累积产沙量增速最大。(4)3个径流小区的入渗率均随降雨量和雨强增大而增大,其中林地入渗率最大,平均入渗率为94.03%;裸地入渗率最小,平均入渗率为86.28%。[结论]与农地和裸地相比,林地不同程度提高了土壤入渗性能,降低了产流量和产沙量。     

城市雨水花园集中入渗对土壤氮、磷、有机碳及重金属的影响

[目的]研究陕西省西安市雨水花园集中入渗对土壤污染的影响,为城市雨水径流集中入渗工程技术的合理配置与推广应用提供科学依据.[方法]以西安理工大学校园内运行8～9 a的2个雨水花园(RD1:受纳屋面径流雨水;RD2:受纳路面和屋面径流的混合雨水)为研究对象.2016-2018年对雨水花园RD1和RD2监测了 16～18场...     

模拟降雨条件下红壤坡面侵蚀产沙水动力学特征

[目的]对红壤坡面侵蚀过程中的产流、产沙以及坡面径流水动力学参数进行试验研究,为揭示红壤坡面侵蚀产沙机理提供科学依据。[方法]以我国南方侵蚀性红壤为研究对象,采用人工模拟降雨法,通过不同坡度(6°,10°和15°),不同雨强(120,180和240 mm/h)条件下的模拟试验分析红壤坡面产流产沙过程及径流水动力学特征。[结果]在坡度一致时,坡面累积径流量和累积产沙量均随雨强的增大而增大,径流率表现为初期的波动增长,随降雨进行逐渐达到稳定状态,且径流率随坡度增大而增大;坡面产沙过程受坡度和雨强的双重影响;侵蚀产沙率呈降雨初期急剧上升,随后迅速下降并趋于平稳的趋势。试验坡面的径流水动力学特征表明,阻力系数f与雷诺数R_e无明显的相关关系,但与弗洛德数F_r存在显著的指数关系。[结论]径流水动力学参数与侵蚀产沙量之间存在明显相关关系,相比较而言,径流雷诺数R_e与坡面侵蚀产沙量间的关系最密切。     

贵州省喀斯特阔叶林降雨截留分配特征

[目的]对贵州省喀斯特阔叶林降雨截留分配特征进行研究,为喀斯特地区水土保持和森林生态功能分析提供参考。[方法]以贵州喀斯特阔叶林的降雨分配特征为研究对象,利用2015年9月至2016年3月间野外实测的25场降水数据对森林林冠层、灌木层的降雨截留分配特征进行研究。[结果]观测期内降雨以小雨和中雨为主,降雨总量为208.25mm;树干流总量为21.83mm,占降雨总量的10.48%,变化范围为0~14.3%;林间穿透雨总量为186.89mm,占降雨总量的89.7%。灌木层截留总量为34.86mm,占降雨总量的16.74%;林冠截留的总量为22.58mm,占同期降雨的10.84%。当林外降雨量大于1.15mm时,研究区内开始产生树干流,且树干流与林外降雨量呈线性正相关关系;灌木截留量随着降雨量的增大而增大,但林冠层截留率与降雨量之间没有明显的相关关系。[结论]喀斯特阔叶林对降雨具有较强的截留和再分配作用,对区域水量平衡和水土保持具有重要影响。