海绵城市建设探索——以济南英雄山山体公园设计为例

在海绵城市推进建设的试点时期,济南英雄山山体公园因其特殊的地理位置和典型的城中山特点,成为亟需建设的片区之一。本文运用低影响开发雨水系统的理念,通过对英雄山山体公园海绵城市建设的探讨和研究,提出了针对该类型山体公园进行有效雨水调蓄的设计方法和适合的调蓄措施,以达到有效控制山体径流雨水的目的。设计主要采用的调蓄设施有,山谷拦蓄、渗透塘、渗透沟、下沉式绿地、景观水池、旱溪、截水沟和透水铺装等,通过对这些调蓄设施的优化和改进设计,保证山体公园的自然、生态特性和景观观赏性。     

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。      

雨水调蓄工程与城市绿地建设结合途径初探

利用城市雨水是缓解城市用水紧张以及改善城市水环境的有效途径之一。绿地系统对雨水径流有渗透、蓄积、利用及削减污染的四重效用。在总结分析国家现行绿化规范的基础上,初步探讨城市绿地建设工作中可以与雨径流调蓄相结合的途径,并通过计算分析下凹式绿地和景观水体调蓄径流的可行性,为今后制定或完善绿地建设相关规范等提供一定的参考依据。     

滨海盐碱地区的雨水花园介质土对水文特征的影响——以上海临港新城为例

上海滨海地区海绵城市建设因地理条件所限,遇到地下水位高、土壤盐碱化严重等急需解决的难题。为了推进临港海绵城市试点工程的建设,探索雨水花园的适应性应用,根据上海滨海盐碱地区雨水径流的水文特点,通过人工模拟降雨实验,分析在雨水花园种植层中加入不同介质土(草炭、有机肥、石膏、黄沙、污泥、椰糠、混合土)对降雨径流水文特征(出流洪峰延迟时间、洪峰时刻累积径流削减率、径流总削减率、雨水花园渗透率)的影响,提出适合上海滨海盐碱地区雨水花园的种植土,为雨水花园在滨海盐碱地区的推广提供理论依据和技术支撑。结果表明,对出流洪峰延迟时间最优的介质土是混合土(63 min),对洪峰时刻累积径流削减率最优的介质土是草炭(89%),对径流总削减率最优的介质土是黄沙(76%),对雨水花园渗透率影响最优的介质土是有机肥(9.2E~(-07) m/s)。     

雨水径流控制的景观设计途径及在公园绿地中的应用分析

论述了雨水径流控制的景观设计途径,提出了雨水径流控制设计方法.依据雨水径流流动的过程,在径流产生的起始、中间和末端环节,在园林绿地中合理安排滞留渗透、传输引导、受纳调蓄3类设施,阐述各环节应用的景观设施、设计策略、设施布局参数.以晋中社火公园为例,结合竖向、水体、建筑、场地布局,采用以滞留渗透控制为主,传输引导、受纳调蓄控制为辅的设计策略,对设施布局、景观营造方式、设施规模、设计校核、控制效益等进行说明,进一步探索雨洪管理在风景园林中的本土实践.     

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。      

济南市城市下凹式绿地建设研究

下凹式绿地作为一种简单的雨水利用技术,可有效缓解济南市城市地下水位下降、水涝频发、雨水资源流失等问题。在总结现有下凹式绿地国内外研究的基础上,采用水量平衡简便计算方法计算了济南市下凹式绿地调蓄径流的设计深度和调蓄效果,探讨了城市下凹式绿地建设中存在的实际问题和解决对策,为今后制定或完善绿地建设相关规范等提供参考。     

华北地区城市浅山区海绵绿道设计方法研究———以石家庄鹿泉区山前大道为例

华北地区年降雨量偏少,降水集中、多暴雨且年蒸发量大,导致严重的雨洪问题与水资源短缺问题。山麓迎风区多暴雨的气候特征对平原地区构成了雨洪灾害的威胁,在城市浅山区建设海绵绿道作为径流缓冲区,对于缓解雨洪灾害有着重要意义。为解决华北地区城市浅山区雨洪管理问题与水资源短缺问题,本研究通过分析华北地区的气候特征、城市浅山区的雨洪灾害情况及其特点,首先探讨了在华北地区城市浅山区建设海绵绿道的必要性。在此基础上,结合河北省石家庄市鹿泉区山前大道项目,提出了适用于华北地区浅山区的海绵绿道设计方法。该海绵绿道的设计策略综合考虑到3个维度:1)华北城市浅山区作为自然基底;2)绿道作为雨水径流缓冲带;3)低影响开发措施作为绿道设计内容之一。本研究基于雨水安全与利用两个视角综合考虑设计策略。最后,本文利用暴雨洪水管理模型(SWMM)量化模拟LID设施对雨水径流的控制效果,将海绵绿道与传统绿道的调蓄效能进行对比。结果显示,海绵绿道在控制径流总量、峰值流量以及推迟峰现时间方面具有更好的效能,能有效解决场地的雨水调蓄问题。      

海绵城市下的高校“海绵校园”建设

基于传统校园建设存在因雨水径流总量变化而引发的内涝问题,按照低影响开发理念,建设"海绵校园"的构想,阐述了海绵校园对城市化和生态环境的影响。根据《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)》的年径流总量控制率分区,统计分析各区内的代表高校,论述建设海绵校园的必要性。以安徽省合肥市某高校为例,在校园建设现状的基础上,采用低影响开发措施,提高年径流总量控制率,降低径流污染,并结合绿色评价量化标准进行海绵校园改造设计,有效解决了校园内雨水资源利用、排水防涝、景观绿化和可持续发展等问题,具有良好的经济效益和社会效益,为相关高校"海绵校园"建设提供参考。     

山东省城市开发建设项目雨水综合利用研究

山东省雨水资源匮乏,对城市开发建设项目采取雨水综合利用,不仅可以缓解水资源危机,有效减少地表径流,减轻城市排水和河道行洪压力,而且能够从源头上控制城市水体污染.对山东省开发建设项目雨水综合利用现状及存在的问题进行分析,结合不同类型城市开发建设项目的特点,总结出了山东省城市建筑小区建设、交通道路建设、公共设施建设、公园与景观绿地建设雨水综合利用形式.     

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。      

冀南地区农田氮磷流失模拟降雨试验研究

农田氮磷养分流失是我国农业面源污染的主要污染源,为了研究冀南地区农田氮磷流失特征,本文采用人工模拟降雨大田试验的方法,测定施肥前后裸地农田地表径流与壤中流氮磷流失量,分析径流中不同形态氮磷的流失规律。结果表明:地表径流与壤中流的产流存在明显差异,地表径流产流过程波动明显,壤中流流量变化较为平缓并具有一定的滞后性,且在总径流量中的比例较小,两次试验分别占9.0%与13.1%;径流中氮素浓度在产流初期较高,随后迅速衰减,产流后0～35 min是累积氮流失量较快的时段;产流中可溶性氮的输出以硝氮为主,占累积流失量的71.0%～99.7%,且硝氮的流失极易受水文因素的影响;磷元素在径流中的含量较低,多以颗粒态存在,并且随着产流时间的延长,壤中流逐渐成为磷流失的主要途径;累积产流量与累积氮、磷流失量之间可分别用线性拟合与幂函数拟合,拟合优度分别在0.99与0.97以上,存在显著相关关系。研究结果表明,冀南地区农田在降雨之后氮磷流失量巨大且呈现一定规律性,适宜氮肥施用量与控制产流前期养分流失是防控当地农业非点源污染的有效途径。     

氮掺杂碳纳米子施用对稻田氮素径流和渗漏损失的影响

为明确氮掺杂碳纳米粒子(N-CNPs)在田间条件下对单季稻田氮素径流和渗漏损失的影响,采用田间小区实验,对不同用量N-CNPs和双氰胺(DCD)配施尿素时稻田径流液和渗漏液中总氮(TN)、铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO-3-N)的动态和损失总量进行研究。结果表明:与单独施用尿素(Urea)处理相比,N-CNPs配施尿素能降低稻田径流NH_4~+-N浓度和渗漏液中NO-3-N浓度;基肥后第1次自然降雨产流时,15‰N-CNPs处理径流液中NH_4~+-N浓度较Urea处理降低30.33%,基肥后第7 d渗漏液中NO-3-N浓度较Urea处理降低了27.22%。在水稻全生育期内,15‰N-CNPs处理径流总氮损失量为8.15 kg·hm~(-2),占该处理总施氮量的4.08%,较Urea处理减少2.04 kg·hm~(-2),降幅达到20.02%;TN渗漏总量为16.59 kg·hm~(-2),占施氮总量的8.30%,较Urea处理减少8.83 kg·hm~(-2),降幅达到34.73%,其径流和渗漏TN损失量较5%DCD处理分别降低5.67%和15.70%。研究表明,尿素配施N-CNPs能显著减少稻田氮素径流和渗漏损失,达到提高氮肥利用效率、控制农田非点源污染范围和强度的目的。     

黄土区土壤结皮和垄高对坡面产流产沙的影响

通过室内人工模拟降雨方法,研究不同坡面处理(有结皮、无结皮)和垄高(7、10和13 cm)产流产沙情况,为黄土区等高耕作水土流失治理提供理论依据。结果表明,同一垄高下,土壤结皮使坡面初始产流时间提前,径流强度增大,径流总量增加;同一坡面处理下,随垄高增加,坡面径流总量和泥沙总量减少。垄高通过蓄积雨水能力影响土壤结皮对坡面泥沙总量作用。垄高7 cm时,蓄积雨水能力较小,坡面径流量较大,土壤结皮增大坡面产沙量,相比无结皮坡面增加38.70%;垄高为10 cm和13 cm时,蓄积雨水能力较强,坡面径流量较小,土壤结皮减少坡面产沙量,相比无结皮坡面分别减少21.10%和65.70%。坡面土壤侵蚀过程中,土壤结皮首先抑制坡面产沙,但随着降雨历时增加,土壤结皮促进坡面产沙。因此,在黄土区等高耕作中,应合理设置垄高,抑制结皮,以降低土壤侵蚀程度。     

持续性秸秆还田配施化肥对油菜-水稻轮作周年氮磷径流损失的影响

【目的】探究秸秆还田对巢湖地区油菜-水稻两熟制农田径流氮磷流失的影响,为源头控制巢湖流域面源污染提供科学依据。【方法】开展连续3年（2017—2019年）的田间小区实验,设置无秸秆+无施肥（CK）、常规施肥（F）、秸秆还田+常规施肥（SF）和秸秆还田+常规施肥减15%（SDF）4个处理。通过测定油菜-水稻轮作下农田地表径流中氮磷浓度和流失量,油菜水稻作物收获时土壤养分、作物氮磷养分吸收和产量,探讨秸秆还田对农田径流养分流失规律及土壤养分含量的影响。【结果】秸秆还田配施化肥降低了农田径流中氮的质量浓度,增加了磷的质量浓度。SF较F处理油菜和水稻季总氮（TN）平均质量浓度减少15.6%和26.0%,总磷（TP）增加12.5%和8.1%。SF、SDF处理降低了油菜-水稻轮作农田氮磷流失量。2017—2019年F处理的油菜和水稻径流TN、TP的流失量分别为11.9—26.7、1.3—2.8和15.6—27.0和0.8—2.0 kg·hm^-2,较F相比,SF处理的油菜和水稻季TN显著降低18.4%—29.7%和21.9%—28.1%,TP流失量则降低1.3%—4.0%和1.0%—6.6%。秸秆还田能够增加土壤有机质等养分含量,短期内均能够降低土壤pH值,与F相比,SF处理的油菜和水稻季有机质、全氮、全磷、速效磷、碱解氮平均含量增幅分别6.2%、8.4%、27.3%、19.5%、5.0%和7.0%、10.9%、17.7%、7.5%、5.1%。秸秆还田配施化肥能够提高作物地上部氮磷累积量。F处理的油菜和水稻地上部作物氮素、磷素累积量均值分别为105.0、20.4和134.3、36.7 kg·hm^-2,SF较F处理油菜和水稻季氮素累积量增加28.9%和7.8%,磷素增加12.1%和5.9%。秸秆还田提高了油菜-水稻轮作的周年产量,其中SF较F处理显著提高7.8%（2017年）和6.4%（2019年）。【结论】油菜-水稻轮作模式下秸秆还田配施化肥能够在保证作物产量的同时提高土壤养分含量,降低氮磷流失负荷。     

长兴县合溪水库集水区不同土地利用方式下径流氮流失特征研究

从合溪水库集水区合理利用土地资源和保护水库水体质量的角度出发,在集水区选择旱地、水旱轮作地、林地、休闲地、苗木地五种不同土地利用方式,利用田间试验方法研究不同土地利用方式下的径流氮流失特征。结果表明:在自然降雨条件下,五种土地利用方式下土壤氮素流失量和流失浓度表现出明显差异,地表径流液态总氮的流失大小顺序为水旱轮作地(156.92 kg·hm~(-2)·a~(-1))旱地(114.24 kg·hm~(-2)·a~(-1))苗木地(35.61 kg·hm~(-2)·a~(-1))休闲地(3.99 kg·hm~(-2)·a~(-1))林地(1.59 kg·hm~(-2)·a~(-1)),人为耕种强度较大的水旱轮作地和旱地氮流失量较大,而耕种强度较小的休闲地和林地氮流失量较小,说明选择耕种强度较小的土地利用方式可有效削减合溪水库集水区径流氮素流失及其对合溪水库水质的潜在影响。结果还表明:不同试验区径流氮素流失的首要形态均为颗粒态氮,其次为硝态氮,最后为铵态氮;旱地、水旱轮作地、林地、休闲地、苗木地径流年均流失的颗粒态氮占总氮的比例分别是61.67%、61.42%、75.56%、65.09%和69.11%,年均流失的硝态氮占总氮的比例分别是26.21%、28.56%、16.35%、21.30%和23.20%,年均流失的铵态氮占总氮的比例分别是8.90%、7.87%、6.92%、11.78%和4.83%,意味着合溪水库集水区氮素的流失关键在于土壤表层的侵蚀,可见减少土壤表层的侵蚀是控制合溪水库集水区氮素流失和减少其对合溪水库水质负面影响的关键。     

牛粪化肥最优配比条件下不同轮作方式对稻田氮磷流失的影响

为探讨牛粪化肥最优配比条件下不同轮作方式对稻田氮磷流失的影响,通过田间小区试验设置Y-OL（70%化肥+30%牛粪-黑麦草-水稻）、Y-OV（70%化肥+30%牛粪-紫花苕-水稻）、Y-ON（70%化肥+30%牛粪-冬闲-水稻）3种轮作处理,以C-ON（100%化肥-冬闲-水稻）为对照,研究不同轮作模式下水稻产量及稻田田面水、下渗水、径流中的总氮（TN）和总磷（TP）浓度变化特征。结果表明：不同处理田面水TN浓度在施穗肥后第2 d达到峰值,TP浓度在施基肥第2 d达到峰值,且最高值均出现在Y-ON处理; C-ON和Y-ON处理下渗水TN浓度在施基肥第2 d出现峰值,Y-OL和Y-OV处理下渗水TN浓度在施穗肥后第2 d出现峰值,在整个水稻生育期Y-OV处理下渗水TP浓度整体低于其他处理;不同处理间稻田氮磷径流流失量无显著差异,稻田氮磷径流流失量与降雨量极显著相关,且降雨量最大时,各处理TN径流流失量占径流流失总量的70.24%~73.42%,TP径流流失量占径流流失总量的35.12%~42.42%; Y-OV、Y-OL、Y-ON处理TN总流失量与C-ON相比分别降低43.92%、25.21%、35.74%,Y-OL、Y-ON处理TP总流失量与C-ON相比分别显著上升66.67%、13.13%,Y-OV处理TP总流失量与C-ON无显著差异; Y-OV、Y-OL、Y-ON各处理水稻产量与C-ON相比无显著差异。研究表明,70%化肥+30%牛粪施肥条件下,紫花苕-水稻的轮作方式可保证水稻产量,有效降低下渗水和径流中氮素流失量且维持较低水平的磷素流失量,是一种有效减少氮磷面源污染、增加土地利用效率的种植模式。