不同空间布局对城市降雨径流的影响

[目的]探讨不同城市空间布局(包括分析绿地、建筑)分别到出水口不同水流长度、面积比等因素与降雨径流的关系,以优化城市典型下垫面的空间布局,实现城市雨水径流的控制。[方法]以漯河市中心城区为研究对象,基于2016年3月航拍影像,提取中心城区的土地覆被信息,利用SWMM模型分析研究区在不同降雨重现期的径流特征以及影响降雨径流的因素,并定量研究城市绿地、建筑不同空间分布格局对径流削减的影响。[结果]绿地、建筑面积比与径流系数呈极显著负相关,二者到出水口的水流长度对产流效应有较显著影响,绿地较建筑离出水口近的子汇水区径流系数较小,其中重现期为5a时,径流削减率最高可达到44.49%。[结论]结合水流长度、面积比等因素,合理安排绿地、建筑的规模及布局,可实现雨水空间再分配,从而达到削减径流的目的。     

北京地区下凹式绿地土壤渗透能力及蓄水对土壤物理性质的影响

采用自制的模拟下凹式绿地,通过模拟不同设计暴雨强度条件下下凹式绿地的进水负荷,动态监测下凹式绿地在蓄水过程中土壤水分的渗透量和平均入渗速率,研究北京地区下凹式绿地在蓄积周边外来雨水径流过程中土壤水分的渗透规律以及蓄积雨水径流后对土壤孔隙及土壤密度的影响。结果表明:1)在土壤含水率基本相同的条件下,下凹式绿地土壤渗透性能在1、3、5年一遇暴雨情况下会随着暴雨强度的增加而增大;2)在设计暴雨强度一致时,土壤水分的渗透量和平均入渗速率没有明显差异,土壤密度小、总孔隙度大的渗透量和平均入渗速率更大;3)随着绿地蓄水次数的增多,土壤密度和总孔隙度变化较大,蓄水试验后,土壤密度由最初的1.33 g/cm3变为1.65g/cm3、总孔隙度由原来的50.06%变为39.18%。     

北京市房地产类建设项目下凹式绿地的雨水拦蓄能力及挖深研究

下凹式绿地是解决由城市大量房地产建设引发的排洪压力和降水径流流失等问题的一种有效措施.通过设计暴雨产汇流计算,分析了北京市不同下凹深度绿地的雨洪拦蓄能力.针对北京市房地产类项目绿地率的一般要求,当下凹式绿地率为20％以上,下凹深度为15 cm时,对于设计重现期为2 a的降雨,拦蓄率可达80％以上;下凹深度20 cm时,对于设计重现期为5 a的降雨,拦蓄率可达80％以上.从土方挖填平衡的角度提出了下凹式绿地施工挖深的计算方法.结果表明,北京市房地产类项目下凹式绿地设计深度为15～20 cm,施工挖深约为6～15 cm较为合理.     

昆明市城市绿地蓄水滞洪效益研究

城市绿地的蓄水滞洪效益是城市绿地水土保持效益的重要方面。以昆明市建成区城市绿地为研究对象,分析其蓄水滞洪效益,结果表明:绿地表层土壤总孔隙度较大,然而土壤稳渗率普遍较小,尤其是人工绿地,平均值只有0.242mm/min;在一年一遇1 h降雨(36 mm)条件下,除了自然绿地外,人工绿地均有径流产生,人工绿地平均蓄渗率只有15.10%;当前期非毛管孔隙没有水分滞存时,绿地的暂时滞洪效益非常显著,12.35 cm土壤即可蓄存全部降水;土壤稳渗情况下,绿化区平均下凹3.73 cm即可额外蓄渗非绿化区50%的径流;若要绿化区不产流,则绿地平均入渗率至少要达到0.6 mm/min或下凹2.1 cm。从降水特点分析,昆明市城市绿地目前滞洪效益较低,需要提高土壤入渗性能或建下凹式绿地。     

沈阳市雨涝源头控制措施关键影响因素分析

基于沈阳市1975—2005年降雨统计数据,通过芝加哥降雨过程线法建立沈阳市的设计暴雨雨型模型,研究了土壤稳定入渗速率K、一系列重现期P条件下的低势绿地下凹深度Δh、低势绿地面积率f与渗蓄率N的关系,分析了低势绿地设计的关键参数Δh和f的合理范围。结果表明:沈阳市降雨强度随着降雨历时先增大后减小,主体表现为单峰雨型,降雨历时在48 min时降雨强度达到最大。在一定的降雨强度条件下,Δh和f越大,K值越高,低势绿地的渗蓄效果越明显。为了保证实际降雨的完全下渗,K选取较低值1.0×10^-6 m/s;居民区绿化面积在15%~20%范围内时,低势绿地下凹深度宜在230~250 mm;工业区绿化面积在20%~40%范围内时,低势绿地下凹深度宜在120~250 mm。如果通过土壤改良将K提高到5×10^-6 m/s,下凹深度100~250 mm即可使得沈阳市98%的降雨量有效渗蓄。     

不同形态工程堆积体产流产沙对比研究

通过室内模拟降雨试验,研究了二维平面和三维锥状两种堆积体坡面在不同砾石含量条件下的产流产沙特征。结果表明:(1)坡面流速和单位面积径流率随产流时间呈“快速增大—缓慢增大—稳定波动”的变化过程;(2)平均流速和单位面积平均径流率随砾石含量的增加而减小;砾石含量相同时,二维平面坡面的流速和径流率大于三维锥状坡面;(3)二维平面坡面剥蚀率随产流时间呈“稳定—减小—稳定波动”的变化过程;三维锥状坡面剥蚀率呈“增大—稳定波动”的变化过程;(4)单位面积侵蚀量随砾石含量的增加先增大后减小;砾石含量相同时,二维平面坡面的侵蚀量大于三维锥状坡面。     

建筑小区海绵城市建设中雨水系统设计方案的优化研究

[目的] 研究建筑小区海绵城市优化设计模型,为建筑小区海绵城市设计与建设提供有益支撑。[方法] 在探讨外排径流系数、径流污染与海绵设施基础上,以年费用最小和径流污染削减率最大为目标函数,应用非线性规划建立建筑小区海绵城市双层耦合优化模型,并以合肥市某区域海绵城市建设为例,分析验证该模型有效性。[结果] 优化后,A小区、B小区与C小区的外排径流分别为0.257,0.268,0.303;总成本为1.11×10⁷元,年费用为9.87×10⁵元;径流污染削减率为70.06%,与原设计方案相比,其经济效益和环境效益均有明显提高。[结论] 双层耦合优化模型应用于建筑小区海绵城市设计,能有效降低年费用,提高径流污染削减率,使海绵城市设计与建设更加合理。     

城市化土地利用对降雨径流的影响与调控

运用水文模型DRAINMOD模拟了1988-2007年西安市城市土地利用变化对降雨径流产生的影响,通过DRAINMOD模型探讨了降低城市地表径流、增加雨水入渗的调控措施。结果表明:西安地区透水地面的年径流系数为0～0.414,不透水地面的年径流系数在0.677～0.844之间变化;土地利用类型、土壤入渗能力以及降雨强度是影响城区降雨-径流关系的重要因素;当透水与不透水地面比例接近1∶1时,城区综合径流系数达到0.8以上。分析结果显示,通过增加透水地面下凹深度的建设形式来蓄渗雨水可有效增加雨水入渗量,削减地表径流水量,但此类滞留系统对24h最大暴雨的作用有限。     

密云水库集水区森林的水文作用——以北庄小流域为例

 从径流小区、天然坡面径流场及流域3个尺度,对试验流域内森林植被对水文特征的影响进行研究。结果表明:试验流域2004年年径流系数为0.43,2005年为0.10,流域内产沙均为0。有林与无林2个天然坡面径流场相比,降雨与径流系数之间呈二次曲线关系,有林坡面径流系数2003年最大,为0.72,无林坡面径流系数2003年最大,为0.97,有林坡面产沙模数明显低于无林坡面,2004年产沙削减率为18.7%,2005年产沙削减率为77.3%。不同树种组成的径流小区产流量排序为板栗>刺槐>油松。对流域水质抽样检验结果表明,超标指标主要是总氮和总磷,其余水质指标均达到一类水质标准。总体来看,流域内森林植被的增加,明显增强林地的调洪、蓄水、减沙和改善水质的功能。     

坡面尺度林地植被对地表径流与土壤水分的影响初步研究

通过定位观测以及对两个天然坡面有林地径流场和无林地径流场进行对比,以2003年、2004年实测的降雨、径流数据分析研究区域内降雨特性、地表径流产生的过程和机制,并结合1996～1998年相关数据,初步研究了林地植被对地表径流的影响.结果表明:无论是有林地还是无林地,地表径流系数随降雨量增大而增大.有林地径流系数小于对应的无林地径流系数.植被对地表径流有不同程度的削减作用,径流削减率与降雨量大小并不是单一的线性(递增、递减)关系:当降雨量小于73.04mm时,植被对地表径流系数的削减率随降雨量增加而增加,当降雨量大于73.04mm时,植被对地表径流系数削减率随降雨量增加降低.植被能够削弱地表径流的峰值,延缓峰值出现的时间,使得径流历时加长.植被对地表径流削减率的大小和降雨量大小关系不是单一的线性(递增、递减)关系:当降雨量小于73.04mm时,植被对洪峰的削减率随降雨量增加而增加,当降雨量大于73.04mm时,植被对洪峰的削减率随降雨量增加而呈总体下降趋势.以2004年为例,比较有林地与无林地在三种相同坡位情况下的土壤含水量大小关系,结果:坡上位土壤水分有林地大于无林地,而坡下、坡中无林地土壤水分大于有林地.说明林地植被能够拦蓄、调节径流,起到涵养水源、在空间和时间上合理配置土壤水分、提高生态效益的作用.     

基于暴雨洪水管理模型的铁路车站片区雨洪模拟及低影响开发效果评价

[目的]减轻西北地区高速铁路车站片区建设过程引起的水资源矛盾问题,实现铁路车站片区雨水的积存、渗透和净化,促进雨水资源的利用和生态环境保护,实现高速铁路绿色施工。[方法]以甘肃省兰州市西客站为研究对象,采用暴雨洪水管理模型(SWMM)研究了传统开发下的雨水径流效应,并对采用生物滞留池、透水铺装、绿色屋顶及生物滞留池+透水铺装+绿色屋顶组合措施方案3种低影响开发(LID)方案进行了模拟。[结果]不同LID措施均能有效削减径流总量、洪峰流量、溢水量及延后峰现时间,其中组合LID方案的控制效果最佳,对洪峰流量和径流总量削减率高达75.9%和41.6%;透水铺装和生物滞留池对洪峰流量和径流总量的削减效果较显著;绿色屋顶单独铺设时,雨洪控制效果较差。[结论]合理采用LID措施可以有效地实现雨水的可持续管理,减小铁路车站片区的洪涝灾害。     

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。     

合肥市建筑小区雨水利用设计方法

[目的]探讨建筑小区雨水利用设计方法,为建筑小区雨水利用设计提供理论参考。[方法]以安徽省合肥市滨湖假日F-3居住小区为例,根据小区雨水设计目标,计算小区所需雨水利用强度;结合小区具体条件、各种雨水利用设施雨水利用强度与基本规模、成本与效益,确定小区雨水利用设施组成。[结果]提出了小区雨水利用设计方法,解决了雨水利用设计中规模与组成这2个关键问题。滨湖假日F-3居住小区雨水利用设施:景观水体1 742.1m3,储水池1 500m3,下凹式绿地12 200.5m2,透水铺装10 672m2,能满足雨水径流总量控制率为85%,重现期2a对外排流量径流系数的要求。[结论]建筑小区雨水利用设计应以外排径流系数为主要目标,结合小区具体条件,兼顾雨水利用的经济、环境与社会效益,并满足相关规定,合理确定雨水利用设施规模及构成。     

模拟降雨条件下不同覆被减流减沙效益与侵蚀影响因子

[目的]研究不同坡度和降雨强度条件下,不同覆被的减流减沙效果,定量分析各侵蚀影响因子的权重。[方法]采用室内人工模拟降雨的方法。[结果](1)与裸地相比,枯落物、砾石和黑麦草均具有良好的减流减沙效果,枯落物的减流效果最好,减流效益最大为79.7%,平均减流效益46.1%。其次为黑麦草,最大减流效益68.9%。第三为砾石,最大减流效益68.0%。(2)黑麦草的减流效果存在临界盖度,其值在60%左右,当盖度大于60%后其减流效益不再增加。(3)减沙效益随着盖度的增加而增加,枯落物、砾石和草地最大减沙效益分别为98.8%,64.6%和88.1%。(4)经过灰色关联定量分析得出选取的8个影响因子与径流均有较高的关联性,关联度都在0.622 3以上。[结论]不同试验条件和不同覆被对坡面产流产沙具有明显影响,降雨强度和降雨量是对泥沙量影响较大的因素,降雨强度、降雨量、覆被盖度和坡度是对径流量影响较大的4个因子,影响因子与径流和泥沙的关联度和关联序因土壤种类不同而存在差异。     

山地校园不同下垫面雨水径流重金属污染特征和健康风险评估

[目的] 了解山地校园不同下垫面雨水径流重金属污染特征及雨水径流中重金属元素对于人体的健康风险，为山地海绵城市建设提供径流污染控制参考和人员健康保护基础数据。[方法] 2019年7月22日在重庆交通大学针对屋顶、道路、停车场和广场4种典型的下垫面进行了雨水径流的取样监测，并统计分析场次降雨平均浓度（EMC）、电导率（EC）、钠吸附率（SAR）、危险商（HQ）和危险指数（HI）。[结果] 广场径流过程中重金属元素整体变化波动较大，道路雨水径流的重金属健康风险最大而屋顶健康风险最小；大多重金属污染物在产流后的10 min内出现了降幅，其中Fe和Mn的降幅较大，Zn的降幅中等，Cu的降幅最低；As和Cr是雨水径流中健康风险最高的重金属污染物。[结论] 山地校园重金属污染物冲刷速度较快，人流大的下垫面雨水径流中重金属元素变化波动较大，但健康风险较低；车流大的下垫面雨水径流中重金属元素波动较为稳定，但健康风险较高。     

冲刷条件下黄土丘陵区浅沟侵蚀形态及产流产沙特征

浅沟是农耕区特有的一种侵蚀沟类型,浅沟侵蚀是耕地土壤流失的主要方式之一。该文采用野外放水冲刷试验,研究黄土丘陵区典型坡耕地浅沟在不同坡度及放水流量条件下的产流产沙及侵蚀形态特征。结果表明:1)产流时间变化范围7.00~68.02 s,与坡度×放水流量交互项呈极显著负指数幂函数关系。稳定径流率变化范围3.06~23.71 L/min,与放水流量呈极显著线性函数关系,并随坡度的增大呈增大趋势。稳定流速变化范围27.35~55.59 cm/s,与坡度×放水流量交互项呈极显著幂函数关系;2)产沙率呈波动减小-稳定和增大-波动减小-稳定2种变化趋势,平均产沙率随放水流量的增加呈极显著指数函数增大,随坡度增加先增大后减小,并在26°条件下存在临界值;3)侵蚀沟槽平均宽、深变化范围分别为4.45~17.09、1.88~10.15 cm,平均宽深比变化范围1.45~2.39。平均横断面面积变化范围为11.40~197.91 cm2,是描述浅沟侵蚀产沙量的最优形态因子,二者呈极显著线性函数关系。结果可为黄土丘陵区浅沟防治及浅沟侵蚀产沙模型的建立和修正提供参考。     

基于“海绵城市”理念的城市绿地优化途径

[目的]分析城市绿地、汇水区与积水点的关系,需优化绿地与汇水区的关系,以期能够缓解城市雨水径流问题。[方法]融合"海绵城市"与国内外最新的生态雨洪管理理念,以郑州市为例,采用ArcGIS10.0软件将其划分为93个汇水区,通过水量平衡法理论计算需优化绿地面积的参数。[结果]在现状绿地与汇水区面积比值不同和单次降雨分别为50,100,200mm的情况下,得出需优化绿地与汇水区面积的不同比值,并建立相应的回归方程,且得出在绿地率为30%左右时绿地调蓄效果较好。[结论]城市绿地可以从增加城市绿地规模、合理布局城市绿地以及具体实施途径方面进行优化。     

伊犁河谷5种土壤管理措施减流减沙效果分析

伊犁河谷区域水力侵蚀等级中等偏强,分析土壤管理措施的减流减沙效果为土地资源的可持续利用和防治水土流失提供参考.本文采用野外人工模拟降雨试验,研究在10、20和36 mm/h 3种降雨强度条件下裸地、角果藜覆盖、木地肤覆盖、鱼鳞坑、水平沟等5种典型土壤管理措施的产流产沙过程,并分析比较不同土壤管理措施的减流减沙效果.结果表明:不同降雨强度下,裸地初始产流时间最短,水平沟未产流;降雨强度是影响产流产沙的关键因素之一,径流速率和含沙量随降雨强度的增大而增大;减流减沙效果由高到低的顺序为:水平沟＞木地肤覆盖＞鱼鳞坑＞角果藜覆盖＞裸地,木地肤覆盖、鱼鳞坑措施减沙效果明显.水平沟、木地肤覆盖措施减流减沙效果较好,可以在该区域防治水土流失中推广应用.     

人工降雨条件下耕翻面积对水土流失的影响

[目的]探讨耕翻面积对水土流失的影响,为黄土高原地区农田水土流失防治提供依据。[方法]通过人工模拟降雨试验,研究了3种坡度下不同耕翻面积的产流和产沙特性。[结果]耕地的产流和产沙特征除了与坡度、雨强以及土壤前期含水量等因素有关外,还与耕翻面积有密切关系。坡度相同时,随耕翻面积的增加初始产流逐渐延后;耕翻面积相同时,随着坡度的增大径流量有增大的趋势,在坡度15°的情况下,耕翻50%时径流量最大。相同坡度下,随耕翻面积的增加,产沙量呈持续上升趋势;坡度为10°时,耕翻面积对产沙量的影响表现最为明显,翻耕的产沙量平均为不耕翻的8.66倍。15°坡度下径流量对累积产沙量的影响最显著。不同耕翻面积下的产流率在产流开始后10min左右趋于稳定。在不同坡度下全耕的产沙率均最大,不耕翻的最小。[结论]随着耕翻面积逐渐增大,初始产流时间逐渐延后,径流量逐渐减小,产沙量逐渐增大。