北京西山砂壤土绿地雨水断接径流调控效应试验研究

目的定量评估雨水断接系统的径流调控效应,探寻影响其径流调控效应的主要因素,为海绵城市建设过程中雨水断接系统水文设计和效益评估提供数据基础和科学参考。方法于2017年4—10月,取北京西山砂质壤土填充土槽（4 m长×0.6 m宽×0.25 m高）,构建雨水断接试验系统并开展人工降雨试验,采用产流和峰现延迟时间及径流和洪峰削减率4个指标,定量分析绿地面积比例（25%、50%和75%）、绿地建设方式（平式绿地和深5 cm下凹式绿地）及绿地土壤前期含水量（26% ~ 30%和35% ~ 38%）对雨水断接系统径流调控效应的影响。结果本试验9组雨水断接系统的平均产流和峰现延迟时间分别为18和8 min,平均径流和洪峰削减率分别为38.9%和28.3%;雨水断接系统的径流调控效应随绿地面积比例增大而增强,绿地面积比例为25%、50%和75%的雨水断接系统的平均产流延迟时间分别为15、23和24 min,峰现延迟时间分别为5、5和15 min,径流削减率分别为29.4%、35.1%和52.2%;绿地下凹可增强雨水断接系统的径流调控效应,绿地下凹深度为0 cm和5 cm雨水断接系统的平均径流削减率分别为20.3%和52.3%,平均洪峰削减率分别为12.8%和35.4%;绿地土壤前期含水量越低（26% ~ 30%）,雨水断接系统的产流延迟时间越长（17 min）,径流和洪峰削减率越高（分别为44.1%和39.1%）。结论雨水断接系统具有较好的径流调控效应,能有效滞蓄地表径流,降低流速,延迟产流时间和峰现时间,削减径流总量和洪峰流量。      

上海滨海盐碱地区雨水花园适应性结构设计——以临港海绵城市建设示范区为例

上海临港新城作为我国海绵城市示范点之一,其所在地上海属于典型的滨海盐碱地区,但现有海绵城市建设中关于雨水花园的设计缺乏对地下水位高、土壤盐碱化严重等问题的解决方案。针对以上问题,将雨水花园与工程隔盐技术相结合,通过室内模拟和正交试验方法,研究不同结构雨水花园(包括隔盐层材料、隔盐层位置、填料层厚度)对隔盐效果和雨水渗透过程的影响。结果表明,不同因素对隔盐效果影响大小的顺序为:隔盐层材料填料层厚度隔盐层位置;对雨水渗透影响大小的顺序为:隔盐层材料隔盐层位置填料层厚度。并且根据盐碱地等级分类和水文功能需求,提出适于上海滨海盐碱地区的3种雨水花园结构模式:适用于重度盐碱地区的强隔盐型雨水花园、中度盐碱地区的综合型雨水花园和轻度盐碱地区的渗透型雨水花园。     

沈阳市雨水花园设计的关键参数及影响因子研究

雨水花园可以有效控制径流污染,削减径流流量,是海绵城市建设中最为重要而有效的处理措施。以沈阳市为例,因地制宜,从设施面积、组成构造等方面分析了雨水花园设计中的关键参数和影响因子。关键设计参数为蓄水层高度、种植土层结构、填料组成和深度及砾石层结构,影响因素主要为沈阳市降雨特点、植物品种、土壤渗透系数、雨水花园面积率。以沈阳市某居住小区为例,运用水量平衡分析方法设计雨水花园,根据建筑给水排水设计规范,计算得出小区内屋顶、道路、绿地的雨水径流量及小区所需雨水花园总面积,为雨水花园在东北寒地范围内的推广应用提供重要的数据支撑。     

基于雨水源头调蓄的上海城市社区绿地生态改造与效益评估

雨水源头调蓄系统建设是上海海绵城市建设推进过程中重要的一环。本文针对上海市闸北共康绿地改造项目,应用实地踏勘、模拟实验等方法对该地改造工程方案进行设计,并对其雨洪管控效益建设效果进行评估。结果表明有针对性地设置雨水源头调蓄系统能使区域内雨水管控能力大幅提高,在上海2年一遇降雨标准下能有效延缓洪峰30~40 min,减少径流29%,满足该地87.1%径流控制要求,削减总磷、总氮、氨氮、化学需氧量和悬浮物等污染物9%~66%。     

生态植草沟结构参数变化对降雨径流调蓄净化效应的影响

通过对5条不同结构参数的生态植草沟进行模拟降雨径流实验,分析生态植草沟结构参数变化对降雨径流的调蓄效应和污染物净化效应的影响,找出效果最佳的结构参数和相关影响因素。结果表明,5种结构参数的生态植草沟在大雨(12mm/h)和暴雨(24、30mm/h)情况下对降雨径流洪峰的延缓均能超过20min,同时对降雨径流的削减率均能达到20%以上;5种结构参数的生态植草沟中对径流污染物净化效果最佳的结构组合是:20cm种植土+30cm砌块砖+10cm砾石,此结构对总悬浮物(TSS)、化学需氧量(COD)、氨氮(NH+4-N)和总磷(TP)的削减率分别为89.3%、48.0%、72.3%和85.3%;随着砌块砖厚度增加、砾石厚度减少,植草沟对TSS和TP的削减率都增大;随着砾石厚度增加、砌块砖厚度减小,植草沟对COD的削减率增大;砌块砖层和砾石层组合结构的植草沟对氨氮的削减率较高。     

下凹式绿地对降雨径流及其污染物削减作用

针对日益严重的城市内涝及降雨径流污染问题,搭建下凹式绿地装置,人工配水模拟地表降雨径流及污染物,通过改变基质种类和结构、不同植被考察下凹式绿地对降雨径流污染物去除效果及对降雨径流的削减效果。结果表明:无植被覆盖情况下,沸石、草炭土分层填装和混合填装处理装置中,4#沸石+土壤混合填装的装置对COD、NH3-N和TP的去除效果最好,分别达到55.61%,99.55%和89.00%;2#沸石+土壤分层装置对径流削减能力最强;种植植被狗牙根和高羊茅后装置对污染物的去除率和径流削减能力明显提升,其中种植高羊茅的装置去除效果较优,对COD、NH3-N和TP的去除率达到66.78%,89.98%和96.92%,径流削减率最高,达到了46.00%。     

居住区低影响开发评价及优化研究

气候变化将导致极端天气事件频率与强度增加,为了找到居住区应对未来极端降雨天气的最佳适应性方案,以陕西省西咸新区空港花园B区为例,根据研究区原有管网资料、气象资料等建立暴雨洪水管理模型,模拟研究区域在2、5、10 a和50 a不同降雨重现期情景下的径流过程,评价透水铺装、雨水花园、植草沟和雨水罐4种低影响开发设施的不同组合对雨洪的控制效果,并根据研究区本地特征优化方案。结果表明,在2、5、10 a和50 a重现期降雨条件下,透水铺装、雨水花园和雨水罐均有显著的径流控制效果,植草沟削减峰值能力尚可,但削减径流量效果欠佳;透水铺装、雨水花园、植草沟和雨水罐的组合方案性能全面、稳定,组合LID措施明显比单独LID措施雨洪控制效果更显著,多重组合措施调控效果优于双重组合措施。因此,应采用组合LID措施并举的方式,依据研究区的实际需求对布设规模做出适应性调整,科学合理地实现渗透、滞留目标,提升居住区应对极端天气的能力。     

三峡库区森林小流域森林理水调洪功能模拟研究

为给三峡库区理水调洪型植被建设提供方法和依据,该文以四面山响水溪森林小流域为研究对象,采用美国地质调查局（USGS）主持开发的MMS（模块化模型系统）,构建适合于三峡库区的分布式暴雨水文模型PRMS_Storm,模拟暴雨产流过程.结果表明:① PRMS_Storm用来模拟响水溪森林流域暴雨产流过程满足国家乙级洪水预报标准,可用来发布洪水预报;②综合不同森林群落水文功能评价结果,提出流域3种森林群落配置情景:针阔混交林型(情景1)、阔叶混交林型(情景 2)、综合配置型（针阔混交林、常绿阔叶林和灌木林）(情景 3);③对各森林群落配置情景的模拟表明,各配置情景都可使地表径流减少20%以上,壤中流增加16%以上;与流域植被现状相比,各配置情景,分别可削减洪峰20.8%、9.6%和18.9%;最大降雨峰值0.8 mm/min的降雨过程削减洪峰的作用非常明显,尤其对短历时降雨洪峰的削减作用更明显;针阔混交林型理水调洪作用最优,是最优的理水调洪配置情景,其次是综合配置型,阔叶混交林型较差.但是,从所研究的响水溪流域实际情况出发,综合配置更符合实际,是最佳理水调洪型群落配置.      

植草沟草种选择对降雨径流调蓄效应的影响

【目的】探究不同草种对植草沟控制径流和渗水蓄水功能的影响,针对不同降水强度选择出更适合的植草沟草种,为海绵城市建设提供参考资料和理论依据.【方法】选用由大叶油草(Axonopus compressus)、百慕大草(Cynodon dactylon)、假俭草(Eremochloa ophiuroide)3种不同植物构成的植草沟进行小雨、大雨、暴雨3个降雨强度的模拟降雨观察试验,分析在不同降雨条件下,3种植草沟对径流的消减能力、对径流洪峰的延缓能力以及蓄排水能力.【结果】假俭草植草沟在消减径流方面最为出色,不同降水条件下地表径流率均未超过10%,百慕大草植草沟消减径流性能次之,大叶油草植草沟最差,且三者差异显著.小雨条件下由百慕大草构成的植草沟砂层渗水率能力最高,为73.197%,大雨时三者无明显差异,暴雨时由假俭草构成的植草沟表现最好,砂层渗水率为79.922%;蓄水效果方面,假俭草植草沟在不同降雨条件下均优于其他2种植草沟.【结论】小雨状态下,百慕大草植草沟的渗排水能力更强;暴雨条件下,假俭草植草沟对于地表径流的消减能力和延缓径流洪峰的能力均为最优.     

上海地区不同结构雨水花园对径流的去污效果分析

通过人工模拟实验,分析改良种植土、瓜子片、沸石、砌块砖等不同填料,不同填料层厚度(10、20、30、40、50cm),不同排水层厚度(10、15、20、25、30cm)的雨水花园对径流中有机物(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除效能差异,提出适用于上海地区雨水花园的最佳结构参数,为雨水花园在长江三角洲地区的推广和运行提供理论依据和技术支撑。研究结果表明,对COD去除最优的填料是沸石,其厚度为50cm最佳,最优的排水层厚度是30cm;对TN去除最优的填料是瓜子片,其厚度为10cm最佳,最优的排水层厚度是20cm;对TP去除最优的填料是瓜子片,其厚度为50cm最佳,最优的排水层厚度是30cm;综合COD、TN、TP的去除效果,最佳的雨水花园结构组合推荐采用瓜子片或改良种植土作为填料层填料,厚度范围为30~40cm,砾石排水层厚度范围为20~30cm。     

陕北黄土坡地枣园降雨入渗产流试验与模拟

【目的】对陕北榆林黄土坡地枣园的降雨入渗、产流进行试验与模拟研究,为陕北坡地枣园雨水的高效利用提供指导。【方法】在陕北枣园径流小区,利用人工降雨试验,开展不同降雨强度(0.8,1.0,1.3mm/min)和不同初始土壤含水率(0.08,0.15,0.24cm3/cm3)条件下的降雨、入渗产流试验,运用Richards入渗方程结合水量平衡方程对人工降雨的入渗、产流过程进行模拟。【结果】土壤含水率相同条件下,降雨强度越大产流时刻越早,入渗达到稳定的时间越短,累积入渗量和径流量越大;降雨强度相同条件下,土壤初始含水率越大,产流越快,平均入渗率越小,趋于稳定入渗的时间越短,累积产流量也越大。模拟值与实测值相比,累积入渗量相对误差小于3%,平方根误差小于0.3mm;累积径流量平均误差≤12.5%,平方根误差小于0.4mm。模拟产流起始时刻普遍滞后于实测产流时刻,滞后时间最少为0.8min,最多为2.55min,其原因与坡面饱和导水率的空间变异性及降雨的不均匀性有关。【结论】采用Richards入渗方程并结合水量平衡方程模拟黄土坡地径流小区的降雨入渗、产流过程,结果合理可靠,且比较符合实际,但产流起始时间的模拟还需进一步探索。     

基于SWMM情境模拟的外源雨水型公园绿地雨洪调控效果研究

公园绿地相对其他城建区拥有大面积的透水性下垫面,可以配合城市管网接纳外源雨水,有效地参与城市雨洪调控。本文以迁安市滨湖东路东侧绿化带为研究对象,对研究区域进行合理概化,并在区域内建立公园绿地的低影响开发(LID)模式和传统开发模式,根据项目要求引入外源雨水,运用SWMM模型模拟不同重现期(1年一遇、2年一遇、5年一遇、10年一遇、20年一遇)1 h降雨下的两种开发模式,对比分析排放口的径流总量、峰值流量和峰现时间,以及2年一遇1 h降雨下各单项LID设施对径流的调控效果。结果表明:1)SWMM模型可以量化模拟LID设施对雨水径流的控制效果,为城市进行低影响开发建设提供技术支持和理论依据;2)在进行制定径流控制目标时,应结合场地现状情况,规划外源汇水面积;3)LID设施对城市雨洪具有良好的调控效果,可以减少径流总量,降低径流峰值,推迟峰现时间。采用LID模式建设的外源雨水型公园绿地在1年一遇至20年一遇的降雨条件下,对径流总量的削减率为100%~37.69%,对峰值流量的削减率为100%~40.55%,峰值消失或出现时间迟滞135~24 min。各项LID设施对径流总量削减的效率排序为:下沉式绿地＞组合型＞植草沟＞生物滞留池＞透水铺装;对峰值流量消减的效率排序为:下沉式绿地＞组合型＞生物滞留池＞植草沟＞透水铺装;对推迟洪峰出现时间的效率排序为:组合型＞下沉式绿地＞生物滞留池＞植草沟＞透水铺装。4)公园绿地在进行LID设计时,应考虑防灾避险等其他功能需求。      

随机模拟模型在丘陵山区雨水集蓄优化方面的应用

根据水文现象的随机性特点,在对已有降雨资料进行分析的基础上,建立了反映水文现象主要变化特性的季节性AR(1)模型。利用模型随机模拟75%来水频率下多个降雨过程,在此基础上计算不同降雨量、不同水稻和旱作物面积种植比下的新沂市丘陵山区雨水最优集蓄容积,并与典型年实测降雨量下推算出的雨水最优集蓄容积进行对比。结果表明:模拟出的降雨系列具有一定的代表性、实用性,随机模拟模型可以成功应用于雨水集蓄优化研究。     

施肥与耕作技术集成对土壤理化、生物性状及木薯产量的影响

为了探讨施肥及耕作技术集成对木薯地土壤理化、生物性状及木薯产量的影响,本试验共设置5个处理,分别是生物有机肥+测土配方肥+盖膜集雨水+深耕(处理1)、生物有机肥+测土配方肥+盖膜集雨水(处理2)、生物有机肥+测土配方肥+深耕(处理3)、生物有机肥+测土配方肥(处理4)、施通用高浓度复合肥(处理5常规施肥及种植方式作为对照),通过大田试验研究他们对木薯地土壤理化、生物性状及木薯产量的影响。结果表明:与常规施肥及种植方式相比,不同施肥及耕作栽培技术集成处理均可提高木薯地土壤养分含量和含水量,改善土壤理化性状和土壤微生物区系组成。处理1的木薯产量增幅达到35.81%,差异极显著。本试验条件下,木薯最优的施肥及耕作栽培模式是技术综合集成生物有机肥+测土配方肥+盖膜集雨水+深耕(处理1)。     

基于SWMM模拟的首钢西十地块低影响开发系统雨洪调控效果研究

目的根据《新首钢高端产业综合服务区控制性详细规划》要求，首钢西十项目以消纳北京市3年一遇24 h降雨量(108 mm)为目标进行低影响开发系统设计，从雨水渗透滞留与储存利用两个角度考虑，以西十地块的现状特征为依据制定相应的设计策略。方法针对渗透滞留系统，通过SWMM建立低影响开发模型和传统开发模型，模拟不同重现期(1年一遇、2年一遇、3年一遇、5年一遇、10年一遇、20年一遇)24 h降雨条件下的径流排放过程，对比分析两种开发模式的径流总量、峰值流量和峰现时间；针对储蓄利用系统，通过SWMM模拟2017年全年降雨过程，以周为单位统计外源雨水调蓄池收集的径流总量，与西十地块植物灌溉需水量相比较，分析雨水调蓄池中收集径流的利用情况。结果(1) 依据场地现状在其内部设计绿色屋顶、透水铺装、下凹绿地、植草沟、生物滞留池、雨水调蓄池6种LID设施，在1年一遇、2年一遇、3年一遇、5年一遇、10年一遇、20年一遇的降雨条件下，西十地块低影响开发系统对径流总量的削减率为100%、100%、100%、78.79%、50.41%、34.73%；对峰值流量的削减率为100%、100%、100%、70.12%、33.33%、19.44%，1~3年重现期峰值消失，其后峰值出现时间推迟375、310、240 min。(2)2017年，外源雨水地块雨水调蓄池接纳径流总量9 617 m3，径流收集主要集中在第25~35周，单周最大收水总量为2 078 m3，发生在第27周(6月初)，第1~20周、43~52周收水量基本为0；2017年第25周、第27周、第29~32周、第34~35周、第41周雨水调蓄池收集径流量在满足本周灌溉需求后仍有余量，冬季雨水调蓄池空置率较大。结论(1) 低影响开发设施对雨洪问题具有良好的调控效果，可以减少径流总量、峰值流量和推迟峰现时间，但随着时间的推迟削减能力逐渐减弱。低影响开发系统的雨洪调控能力具有上限。(2)根据北京市2017年全年降雨量日值统计，外源雨水地块雨水调蓄池中径流收集的利用率为43.65%，有30周(210 d)雨水调蓄池空置率为100%，较为浪费。在进行低影响开发系统设计时，应综合考虑成本造价等因素。      

湖南丘陵风化花岗岩区水土保持林的水文效应研究

本文以湖南丘陵风化花岗岩区水土保持林作为研究对象，分析了水保林的水文效应，并根据灰色系统原理，建立了水保林的蓄水量和蓄水效率的灰色数学模型；同时还阐述了水保林提高了林内空气湿度、削减延迟洪峰、减少河流含沙率和降低河床的巨大作用。     

基于SWMM的村镇易涝小区雨水系统改造与优化研究

以某村镇居民小区内涝防治工程为例,应用SWMM雨水管理模型模拟该小区在多个重现期下雨水系统改造效果,分析雨水管道泄流能力、雨水井最大水深、排放口峰值流量等水力特征;考察增加海绵设施后子汇水区径流量、雨水井最大水深和排放口峰值流量等水力特征,并通过雨水井积水深度随时间的变化曲线分析了雨水井累积雨水量。结果表明：无海绵设施的情况下,改造后雨水管网重现期提升至20 a, GQ32雨水管道泄流能力提升2.70%～22.81%,雨水井最大积水深度下降值为0.024～1.651 m, PFK1水流频率下降4.69%～8.02%,PFK2水流频率下降4.72%～8.12%。增加海绵设施的情况下,改造后雨水井积水深度下降0.020～0.298 m, PFK1峰值流量下降0.051～0.144 m³/s, PFK2峰值流量下降0.043～0.143 m³/s;雨水径流削减率随重现期的增加而减少,最高达28.68%。该研究结果可为村镇居民环境优化提供思路和技术支撑。     

径流曲线数(SCS-CN)模型估算黄土高原小流域场降雨径流的改进

径流曲线数(SCS-CN)是预测场降雨地表径流常用的水文模型之一,由于其基本假设合理、参数易于获得而被广泛应用。然而,由于流域径流的形成受广泛存在空间或时间异质性的地形、地貌、土壤、气象、植被以及土地利用等多种因素的影响,按照标准径流曲线数模型估算的场降雨径流与实测径流相差可能很大。因此,针对特定区域、特定流域对该模型进行相应的修正是提高其径流预测精度的有效途径。本文于晋西黄土区吉县蔡家川分别以农田草地、人工林和次生林为主的3个典型小流域为对象,将2004—2011年实测的场降雨径流数据分为模型参数率定期(2004—2009年)和验证期(2010—2011年),对比标准SCS-CN模型和修正的SCS-CN模型(包括降雨量修正,降雨量与降雨强度修正,降雨量、降雨强度和初损率优化修正)预测场降雨径流的可靠性。结果表明:1)标准SCS-CN预测小流域场降水径流时,精度极差,模型拟合效率系数(E)均小于0;2)采用降雨量修正CN值预测流域地表径流精度优于标准模型,但对于小径流事件而言,预测结果会偏大,对于大径流事件,预测结果会偏小;3)基于优化降雨强度修正因子β和初损率λ模型可以提高以农田草地和人工林为主2个小流域的径流预测精度。对于以次生林为主的流域而言,仅通过降雨量修正CN值即可提高模型的预测精度,E可达0.79。反映流域储水特征的初损率λ,人工林为主的流域最小,为0.069,农田草地为主的流域次之,为0.189,次生林为主的流域,为0.200,表明次生林流域具有较好的储水效果。      

基于SWAT模型的半城子水库流域径流模拟

该文应用分布式水文模型(SWAT模型)对半城子水库流域的径流状况进行模拟研究,并重点探讨森林植被变化对水文生态响应的影响。对半城子水库流域1990—1999年期间年、月径流进行模拟,以月径流模拟的效率系数、相对误差和相关系数3个指标为标准,对模型的敏感参数进行率定,并对2000—2006年的月径流进行验证模拟。结果表明,该模型适用于半城子水库流域的径流模拟,且精度较高。然后基于SWAT模型的模拟分析结果,应用GIS的空间分析功能,分析了半城子水库流域在1990、1995、2000和2005年的径流分布以及不同土地利用类型对水文响应影响的贡献。结果表明,降雨和土地利用变化对径流产生了较大的影响。降雨较多的月份,产生的径流也较大;降雨较少的月份,产生的径流也较小。土地利用的变化主要表现在灌木林和针叶林面积的减少和阔叶林面积的增加,相应的水文变化表现为径流量的减少。其中,针叶林和针阔混交林产生的径流量最大。     

有机肥对滇中红壤烤烟坡耕地氮磷流失的影响

【目的】研究自然降雨条件下施用有机肥对滇中坡耕地产流产沙与氮磷流失特征的影响,旨在为该地区肥料合理施用及坡耕地土壤侵蚀状况改善提供科学依据。【方法】以滇中二龙潭小流域红壤烤烟坡耕地为研究对象,在施用相同化肥的基础上,设置6种有机肥用量处理,分别为0 kg/m~2(CK)、0.25 kg/m~2(T1)、0.50 kg/m~2(T2)、0.75 kg/m~2(T3)、1.00 kg/m~2(T4)和1.25 kg/m~2(T5),选取4场自然降雨,研究不同有机肥用量条件下坡耕地径流及其泥沙中的氮磷流失特征。【结果】(1)4场降雨条件下,不同处理的径流量和产沙量无显著差异,而降雨量和降雨强度对径流量和产沙量影响较大。(2)随着有机肥用量的增加,径流中总氮(TN)、NO_3~--N、NH_4~+-N质量浓度总体降低,表现为CKT1T2T3T4T5;溶解态氮是径流中氮素的主要存在形式,而NO_3~--N又是溶解态氮的主要组成部分。(3)随着有机肥用量的增加,径流中总磷(TP)及PO_4~(3-)-P质量浓度明显降低,均表现为CKT1T2T3T4T5;径流中TP、PO_4~(3-)-P质量浓度随着施肥时间的延长呈明显降低趋势。(4)在4场降雨过程中,泥沙中的TN和TP含量均随着有机肥用量的增加而降低。(5)有机肥用量的增加降低了坡耕地TN、TP流失总量,TN流失以径流输出为主,TP流失以泥沙输出为主。【结论】探明了自然降雨条件下施用有机肥后红壤坡耕地氮磷流失规律,为减少研究区氮磷流失量,雨季应尽量减少或避免农事活动,暴雨情况下应控制氮磷的输出,并可以通过增加有机肥用量和减少化肥用量的方式降低氮磷的输出。