基于典型年法的海绵城市建设控制指标研究

[目的]探讨海绵城市控制指标年径流总量控制率的确定方法,为海绵城市建设控制指标的合理确定提供新的思路。[方法]结合中国目前海绵城市建设相关规范及研究成果,分析关于年径流总量控制目标确定方法的合理性。以合肥市为例,分别采用长序列法、典型年法、外排径流系数法、逐日水量平衡法对相关问题进行研究,探讨不同年径流总量控制率对外排径流系数的影响及不同规模雨水调蓄设施的实际控制效果。[结果]提出控制指标的典型年计算法,并总结了外排径流系数随年径流总量控制率变大不能无限减小的规律,提出采用雨水利用有效容积这一指标来校核年径流总量控制率提高的适宜范围。[结论]典型年计算方法与雨水系统设计重现期相对应。结合对实际雨水总量控制率的研究,可为海绵城市建设中径流总量控制目标的确定提供新的思路。     

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。     

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。     

北方城市海绵社区生态效益分析

[目的]分析海绵社区建设带来的经济效益、生态效益,为中国海绵城市建设提供技术参考。[方法]以北京市通州区某建筑小区为研究对象,通过增设屋顶绿化、下凹式绿地、雨水调蓄池等雨水渗蓄措施,对比增设设施前后外排量、节水量、回补地下水量、消除污染而减少的社会损失量、节电量、固碳释氧量的变化。[结果]研究区增设雨水调蓄设施后,年单位面积总效益增加量为38 566元/(hm~2·a),年单位面积节约中水量为208m3/(hm~2·a),年单位面积节电量为145(kW·h)/(hm~2·a),年单位面积回补地下水增加量为281m3/(hm~2·a),年固碳增加量为0.02t/(hm~2·a),年固氧增加量为0.01t/(hm~2·a)。[结论]采用雨水调蓄设施,在节水、节能、截污等方面均可产生具有明显的经济效益和生态效益,值得大力推广和提倡。     

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。     

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。     

北京地区不同设计暴雨强度下凹式绿地的减流效果

[目的]研究不同汇水面积的周边外来雨水径流,计算绿地产流过程的动态径流系数以及对径流的削减率。[方法]采用人工模拟的下凹式绿地,模拟绿地的不同暴雨强度。[结果](1)30%下凹式绿地面积比基本可以拦蓄3年,5年一遇暴雨,稳定后径流系数在0.30以下;(2)下凹式绿地面积比为20%时,雨水口高8cm和5cm时对3年,5年一遇暴雨产生的径流削减率均在40%以上,稳定后的径流系数均在0.90以上,且两种雨水口高度下的削减率差异不明显,相比之下5cm雨水口高度设计较8cm更为合理;(3)绿地的产流速率变化过程曲线呈"几"字形,汇水面积越大、暴雨强度越大,产流速率稳定时的峰值就越大,产流历时也越长。[结论]下凹式绿地对暴雨条件下产生的径流有很好的削减作用,其所占面积比越大,削减效果越好。     

基于GIS和LID的雨水集蓄技术研究——以山东省滨河小镇营丘镇为例

[目的]研究山前冲洪积平原滨河中小型镇区洪涝灾害频发,排水不畅,雨水资源利用不充分等问题,为雨水集蓄设施在中小型镇区的合理规划和应用提供参考。[方法]选择山东省潍坊市营丘镇区为研究对象,根据研究区当前排水现状和土地利用情况,基于GIS技术提出了"汇水区划分、用地类型提取、计算调蓄容积、建立技术体系、确定施工时序"的规划步骤。[结果]综合采用"透水铺装+下凹式绿地+植草沟、简易生物滞留池+湿塘、雨水湿地"的雨水综合蓄集利用系统并规划其布局,通过引入水文敏感指数,规定了镇区汇水区海绵城市建设时序。[结论]探索性地将雨洪利用工程技术与镇区景观规划相结合,低影响开发综合设施的实际调蓄能力大于设计雨水调蓄容积,实现了镇区雨水资源的蓄集利用。     

灌木式屋顶绿化设计及对屋面初期雨水的净化

[目的]探讨灌木式屋顶绿化屋面承载力及对屋面初期雨水径流污染物的净化效果,为屋顶绿化设计及雨水资源化利用提供一定的理论指导。[方法]根据屋面所能承受承载力大小及屋面雨水径流的特点设计灌木式屋顶绿化结构,采用蛭石、珍珠岩作为吸水剂,与红壤土、腐殖土按一定比例复配为屋顶灌木绿化的种植基质。通过将收集到的屋面雨水模拟降雨,淋洒屋顶灌木,对其干、湿重荷载和对雨水去除效果进行研究。[结果]1m3复配的人工土壤的饱和吸水量为0.65m^3,种植基质湿容重为1 190kg/m^3,灌木式屋顶绿化的干、湿重荷载分别为261,529kg/m^2。对屋面初期雨水中的SS,COD,TN,TP的削减量分别在60.1%~71.3%,50.0%~61.8%,49.2%~53.2%和55.6%~67.7%之间。[结论]灌木式屋顶绿化能满足一般建筑物屋顶的荷载要求,同时对初期雨水径流具有较好的净化效果。     

城市海绵小区雨水利用的效益分析——以固原市海绵小区建设为例

[目的]对城市海绵小区雨水利用措施的经济、环境及社会效益进行识别计算并与其成本进行对比分析,为海绵小区建设评估提供参考。[方法]以第二批试点宁夏回族自治区固原市西南新区6个海绵小区为研究对象,采用水量平衡法、替代工程法、影子工程法、市场价值法、碳税法、造林成本法等,对海绵小区产生的雨水资源利用、固碳释氧、降噪、调蓄径流、文化教育等3大类共10项效益进行定量计算并采用效益费用比进行静态和动态成本效益分析。[结果]固原市西南新区6个海绵小区的总效益为2.91×10~5元/a,其中雨水花园的效益为1.03×10~5元/a,下沉式绿地的效益为7.99×10~4元/a,植草沟的效益为6.15×10~4元/a,经济、环境和社会效益比例分别为22.84%,76.89%和0.27%。[结论]海绵小区雨水利用有较好的投资效益,固原市海绵小区的建设产生了良好的经济、环境和社会效益,值得进一步研究推广。     

城市透水面集水效益评价研究——以大连市为例

透水面是城市雨水利用的重要手段.以大连典型市区--西岗区和中山区为研究区域,根据2005年航摄采集的基础数据统计了当年各类透水面的面积,进而根据当年的降雨量、地表径流的截留系数和地下水的下渗补给系数计算得出研究区域透水面的集雨量,然后根据相应的经济、生态效益指标计算了透水面的集水效益.研究结果表明:(1)透水面的总面积为3 663.30 hm2,占研究区域总面积的51.5%;林地、草地和透水路面的面积比为6.5:1.3:1.0.(2)研究区域林地、草地、透水路面对降雨径流的截流量为1.69×107 m3,其中补充到地下水层的雨水量为5.0×106 m3;合计产生经济效益1.4×104元,生态效益5.52×107元.同时,由于大连市透水面的发展控制了城市水土流失,营造了良好的人居环境,促进了该市的和谐发展,因而产生了显著的社会效益.     

清水河上游流域可收集雨水资源量估算与检验

以北京市西部山区典型流域——清水河上游流域为例,采用地理信息系统(GIS)和SCS(Soil Conservation Service)相结合的方法,估算了该流域不同土地利用类型在不同水文年6-8月可收集雨水资源量;并选取2008-2009年6-8月10场降雨的实测径流量数据,与SCS-CN模型计算的径流量进行误差分析,用来检验SCS-CN模型的精确度。结果表明:(1)研究区枯水年(p=75%),平水年(p=50%),丰水年(p=25%)6-8月可收集雨水资源量分别为7.16×10⁷,1.04×10⁸,5.71×10⁷ m³,占全年的平均百分比为82.43%;(2)不同土地利用类型在平水年6-8月可收集雨水资源量占总量百分比分别为:草地和林地占86.13%,耕地和园地占4.87%,工矿仓储用地、住宅等其他土地利用类型占9%;(3)利用SCS-CN模型计算径流值与实测值相比,合格率达到90%。     

长江源区沱沱河流域1961-2011年径流特征及其对降水的滞后效应

[目的]分析51 a来长江源区沱沱河流域径流量在降水的年代、年代际、季节等时间尺度上的变化,以及径流对降水的滞后效应,为流域水资源管理和利用提供理论依据。[方法]利用1961-2011年长江源区沱沱河流域沱沱河水文站和气象站的径流量和降水数据,在此基础上结合累积距平、变差系数、集中度、集中期等统计方法开展分析研究。[结果]沱沱河流域51 a来年际及四季径流量均呈增加趋势,其中年际、春季、夏季增加显著,气候倾向率分别为1.00×10⁸ m³/10 a,6.00×10⁶ m³/10 a,6.30×10⁷ m³/10 a;径流量和降雨量主要集中在5-10月,尤其集中在7月下旬至8月中旬之间。径流量与降水之间存在极显著的相关性;径流对降水均具有滞后效应,多年平均滞后时间为10 d左右,且滞后天数随着时间的推移呈扩大趋势。[结论]近51 a来研究区径流量和降水量的变化趋势均呈增加趋势,径流对降水具有10 d左右的滞后效应。