基于生态水利的海绵城市设计原则

[目的]探索基于生态水利的海绵城市建设方法,解决城市水资源短缺、水灾害频发、水生态恶化等一系列水安全问题。[方法]概括海绵城市的科学内涵,归纳总结其传统建设方式,分析中小尺度雨水管理措施的局限性,指出当前海绵城市建设中存在的突出矛盾,分析生态水利应用在海绵城市建设中的可行性和优势。[结果]通过制定任务目标、基本原则和整体架构,围绕构建海绵城市的生态水利保障体系,提出一系列重点生态水利工程和非工程措施。[结论]生态水利理论应用于海绵城市建设是保障城市水安全、解决城市水问题的根本之道,海绵城市建设应建立以生态水利为核心的发展战略。     

城市建设用地海绵化程度对地表径流水质的影响——以浙江省嘉兴市为例

[目的]探究海绵化程度与地表径流水质的关系,为缓解当前地表径流污染的海绵设施建设提供理论依据。[方法]以国家首批海绵城市试点嘉兴市为例,选取20个不同海绵化程度的项目为研究单元,建立可表征海绵设施类型、数量和布局等海绵化程度的指标,并采用冗余分析、偏最小二乘法、Origin拟合方程等方法进行分析。[结果]①样本中居住小区和公共建筑区域的水质均未满足地表水Ⅳ类及污水排放二级标准;已改造建设用地水质普遍优于未改造建设用地。②绿地和有效不透水下垫面(effective impervious area, EIA)比例是影响径流水质的关键因素,其中悬浮物(SS),生化需氧量(BOD_5)和化学需氧量(COD)是主要受影响指标。③为使径流水质达到海绵城市建设要求,不同海绵化程度下的用地需要管控的指标阈值有差异。[结论] EIA≈0时,绿地比例应不低于31%;EIA=0.04(TIA)~(1.7)时[其中TIA(total impervious area)为总不透水下垫面]绿地比例应不低于38.5%;EIA=TIA时,绿地比例应不低于47%;若维持现行的城市绿地比例(约为35%)建设标准,EIA比例应不超过9%。     

北京市2010-2019年水资源生态足迹和生态承载力

[目的] 定量评价北京市水资源生态承载状态,为地区可持续发展提供科学依据。[方法] 以水资源生态足迹作为理论基础,叠加生态承载力模型,以北京市2010—2019年数据为主,分析了北京市水资源生态足迹、生态承载力和水资源负载指数的动态变化。[结果] 北京市2010—2019年水资源生态足迹总趋势非常平稳,其值范围为0.28~0.32 hm²/人。北京市人均水资源生态承载力在0.04~0.12 hm²/人之间,受降水影响较大。但随着南水北调外来水的输入,该项指标受降水影响的程度有所降低。万元GDP水资源生态足迹呈现上下波动的趋势,整体变幅与北京市年均降水量变化趋势一致。北京市历年来水资源呈现明显赤字,负载指数也远高于10,水资源生态压力大。[结论] 北京市近几年积极采取措施缓解水资源状况取得了一定成效,但目前北京市水资源形势依然比较严峻。南水北调外调水虽然从很大程度上缓解了北京市严重缺水的局面,但由于北京市水资源存量资本消耗严重,外来水对北京市水资源生态承载力的改善有限。提高水资源利用率,合理调整产业结构,依然是北京可持续发展的主要措施。     

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。     

基于层次分析法的豫北地区雨水花园植物综合评价

[目的]研究豫北地区雨水花园植物的筛选,为雨水花园和海绵城市的建设提供理论支撑。[方法]对国家级海绵城市鹤壁市和河南省省级海绵城市安阳市境内的典型雨水花园植物进行研究,采用AHP层次分析法对29种雨水花园植物进行综合评价,从3个准则层和9个指标层构建植物评价体系。[结果]指标层中的抗旱性、抗湿性、绿化美化特性、去污降污能力4个指标对于雨水花园植物的选择具有重要影响。千屈菜、红蓼、东方狼尾草、鸢尾、细叶芒、花叶芒6种植物综合评价等级为1级;再力花、常夏石竹、八宝景天、美人蕉、金鸡菊、马鞭草、大丽花7种植物综合评价等级为4级;香彩雀、紫叶狼尾草、蜀葵等16种植物综合评价等级为2—3级。[结论]综合评价值为1级的植物是豫北地区建设雨水花园的首选植物;综合评价等级为4级的植物是雨水花园慎重选择的植物材料;综合评价等级为2—3级的植物,选择合适的区域如蓄水区、缓冲区、边缘区进行雨水花园植物的种植。     

基于脱钩理论的城市水资源利用与经济增长关系研究

[目的]探讨水资源利用与经济增长间的相互作用关系,为中国城市水资源利用与经济增长的协调可持续发展提供科学依据和决策参考。[方法]基于脱钩理论,运用Tapio弹性分析法对中国4个直辖市2001—2014年水资源利用与经济增长关系进行研究。[结果](1)中国4个直辖市水资源利用与经济增长总体处于弱脱钩状态。(2)农业用水脱钩关系优于工业。农业用水方面,北京市、天津市与上海市总体处于强脱钩,重庆市为弱脱钩;工业用水方面,北京市与上海市主要处于强脱钩,其余则相反。(3)北京市水资源利用与经济增长的脱钩状态最好,其次是上海市,重庆市的脱钩状态最差。[结论]各市水环境与经济尚未达到协调可持续发展,重庆市发展的压力最大,其次是天津市,北京市与上海市要避免向弱脱钩和负脱钩发展。     

基于熵权法的城市水资源脆弱性研究——以广东省为例

[目的]研究城市水资源的脆弱性,客观反映水资源的可持续发展能力,为建设可持续发展城市提供参考。[方法]本文把广东省21个行政市及佛山市顺德区水资源列为实证对象,从自然因素、人为因素、承载力因素3个角度建立评价指标体系;在熵权法计算影响权重的基础上利用线性加权求和法构建水资源脆弱性评价模型。[结果]广东省水资源脆弱性总体呈现较脆弱,深圳市水资源脆弱性呈现不脆弱,在22个研究对象中水资源脆弱性表现最稳定。[结论]根据广东省水资源脆弱性评价结果结合智慧城市中可持续发展的目标可知,由于产业结构、水资源利用效率较低等问题导致广东省水资源脆弱性较高,可以通过产业结构改革,建设智慧水务和利用科技水平提高水资源利用效率等方法来降低水资源脆弱性。     

浙江省水资源生态足迹时空格局

[目的]研究浙江省水资源生态足迹时空格局,并对浙江省及各市水资源可持续利用水平进行评价,为区域发展和相关政策的制定提供必要的理论指导和依据。[方法]以生态足迹理论为基础,运用水资源生态足迹和生态承载力模型,核算浙江省及其各市水资源生态足迹和生态承载力。[结果]从时间序列看,2003—2013年浙江省整体水资源生态足迹呈较小波动的上升趋势;水资源生态承载力波动较大;人均水资源生态量均为盈余,且整体为上升趋势;水资源利用处于安全状态;水资源利用效率逐步提高。从空间差异看:浙江省各市水资源生态足迹可分为高值、中值和低值3个级别;水资源生态承载力和人均水资源量均呈自西南向东北递减格局;南部地区水资源生态安全程度高于北部地区;东部地区水资源利用效率高于西部和北部地区。[结论]浙江省整体水资源可持续利用水平逐步提高,但内部差异显著。为提高水资源利用科学化水平,浙江省及其各市应从发展阶段和发展目标出发,合理调整产业结构,建设相关水利工程设施,加强水资源循环利用,增强水资源保障。     

京津冀水资源脆弱性评价

[目的]评价京津冀水资源脆弱性,为京津冀水资源管理提供理论依据与数据支撑。[方法]选取人口密集、经济发达、水资源问题极为突出的京津冀区域,采用水足迹的理论与方法,构建了集水资源压力—发展压力—污染压力—水资源管理压力(RDHM)于一体的水资源脆弱性评价指标体系,采用层次分析法确定不同指标的权重,对该区域2003—2013年水资源脆弱性进行了评价。[结果]京津冀地区面临着水资源禀赋差,开发利用强度大,污染严重,水资源管理力度区域差异大等问题。北京市在水资源管理方面水平相对较高,但水污染压力长期没有得到有效缓解;天津市虽然在水资源管理上获得了长足的进步,但水资源脆弱性有增无减,其水资源问题的解决亟需寻找新的途径;河北省水资源管理相对京津地区差距较大,水资源脆弱性逐年突显,成为京津冀地区水资源问题的短板。[结论]缓解区域水污染压力,正视河北省水资源管理的滞后性,统一配置水资源,缩小水资源脆弱性区域差异在京津冀一体化背景下势在必行。     

海绵城市建设中的雨洪资源综合利用措施——以北京市海绵城市试点道路工程为例

随着城镇化进程加快，我国城市发展面临环境与资源压力。城镇化发展必须协调城市发展与环境资源保护之间的矛盾。海绵城市通过“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，有效利用雨洪资源，不仅改善我国“逢雨必涝”的现状，而且有效缓解城市水资源不足的问题，是我国实现城市发展与资源环境相互协调的重要契机。以北京市海绵城市试点道路工程为例，探讨海绵城市建设中道路工程的雨洪资源综合利用措施及建设成效，为海绵城市建设提供支撑。     

北方半湿润地区海绵城市建设的问题与对策——以辽宁省沈阳市为例

[目的]对比中国南北方海绵城市建设差异,以沈阳市为例找出适合北方海绵城市建设的途径。[方法]通过遥感解译、空间分析以及实地访谈等方法,从降水与城市下垫面性质、海绵工程效用、海绵城市成本收益以及公众认知与参与度4个角度来分析沈阳市海绵城市的建设阻碍。[结果]沈阳市海绵城市建设中存在着不透水面激增,海绵工程匹配度低,海绵工程成本高收益缓以及公众参与度低4个方面的主要问题。[结论]海绵城市建设应该与民生工程协同推进,要在助推国家中心城市建设,吸引人口人才流入以及财富增值,拉动投资方面发挥作用,为此,要提高公众海绵城市建设的参与度,对新老城区进行差别化治理,并从政策上保障海绵工程的政府和社会资本合作(public private partnership, PPP)模式的可持续性。     

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。     

基于最小累积阻力差值模型的北京市生态安全格局构建

[目的] 构建适合北京市区域环境特点和社会发展水平相对完整的城市生态安全体系，为有效控制城市扩张发展生态安全底线和城市生物多样性保护提供科学参考。[方法] 基于北京市生态系统水源涵养、水土保持、防风固沙和生物多样性维持服务功能及各类自然保护地提取生态源地；综合考虑全域多要素指标，运用生态源地扩张阻力面和城镇用地扩张阻力面差值划分生态安全格局（即高水平生态区、中水平生态区、低水平生态区、生态城镇临界区、低水平城建区、中水平城建区和高水平城建区）。同时识别生态廊道和生态节点区域，从而构建北京市生态安全格局。[结果] 北京市生态源地总面积为3 568.95 km²，占全区土地总面积的21.7%，集中分布在北京市西北区域，呈包围中心城区态势；北京市重要生态廊道11条，生态节点153个，其中石景山区生态网络密度最大，东城区生态网络密度最小，北京市中心建城区呈“摊大饼”式蔓延，城区的生态廊道断裂程度较高。[结论] 北京市生态格局破碎化明显，未来应优化生态节点空间布局，以保护生态源地，规划生态廊道，控制生态城镇临界区建设等方式获得生态效益。     

基于多层次模糊综合评价模型的喀斯特地区水资源承载力研究

[目的]研究影响水资源系统承载力变化的关键因素,为贵阳市水资源的可持续利用及合理管理政策的制定提供决策依据。[方法]以贵阳市为例,将水资源系统分为水资源、生态环境、社会经济3个子系统,选取评价指标,建立多层次模糊综合评价模型对该市水资源承载力进行评价。[结果]整体上,2003—2013年贵阳市水资源承载力状况不断提高,可较好地支持贵阳市社会经济发展。其中水资源子系统指数处于波动缓慢下降状态,生态环境子系统指数呈持续上升趋势,社会经济子系统指数呈下降趋势。[结论]水资源子系统对水资源承载能力的贡献率逐渐降低,生态环境质量的改善是水资源承载力提高的主要驱动因素,而社会经济子系统是水资源承载力提高的主要压力源。     

国外低影响开发雨水资源利用对中国海绵城市建设的启示

[目的]研究美国、英国、德国、日本、新加坡和澳大利亚的低影响开发雨水资源利用情况,为中国海绵城市建设在管理、技术等方面提供一定依据。[方法]通过调查研究,从政策法规、应用技术、管理体系、公众意识等方面系统地梳理国外低影响开发雨水资源利用经验,并结合国内实际,探讨促进中国海绵城市建设发展的建议。[结果]针对目前中国海绵城市建设遇到的城市内涝、缺水及生态环境问题,可从制定和完善相关政策法规,加强先进技术的研发和应用,创新融资渠道、优化管理体系,提升公众意识等方面进行改进。[结论]合理借鉴国外已经成熟的低影响开发雨水资源利用经验,能够更好地推进中国海绵城市建设。     

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。     

中国省域耕地生态破坏与农业经济增长的脱钩效应

[目的]研究中国省域耕地生态破坏与农业经济增长的脱钩效应,为深入了解耕地生态与农业经济的协调发展状况奠定基础。[方法]运用2011—2020年中国31个省份的面板数据,从耕地生态破坏程度入手,采用熵权法、TOPSIS法对各省域耕地生态破坏程度进行评价分析。并在此基础上引入Tapio脱钩模型,深入研究中国省域耕地生态破坏与农业经济增长的脱钩效应。[结果]在初期,中国各省域农业经济增长多以牺牲耕地生态健康为代价。不同地区之间的耕地生态破坏与农业经济增长之间变化存在一定的差异。上海、浙江、西藏、重庆、福建等地区耕地生态破坏与农业经济增长发展协调性较高,其中上海一直以来均处于强脱钩理想状态,西藏、重庆、福建、浙江一直处于脱钩状态未出现负脱钩效应。就整体而言,绝大部分省域耕地破坏与农业经济增长的协调性逐渐增强,但部分地区不协调问题较为突出,需要尽快整顿。青海、湖南、新疆5次出现负脱钩状态,云南、河南、甘肃3次出现负脱钩状态。[结论]未来需要进一步促进耕地生态与农业经济的协调发展,牢牢守住耕地生态红线,扎实有效推进耕地保护工作。