城市透水性下垫面降雨径流污染的影响因素研究

[目的]探究城市透水性下垫面降雨径流污染的影响因素。[方法]从降雨径流产汇流特性和污染物冲刷规律角度,在实验室条件下对3种透水性下垫面(草地、透水砖、压实裸地)的降雨径流污染进行正交试验。[结果]草地、透水砖及压实裸地的次降雨径流系数差异较大,分别为0.28~0.43、0.35~0.55、0.72~0.74,地表的溶解性污染物冲刷进入径流水体中的比例较高,冲刷率可达50.00%~88.00%。坡度和降雨强度极大地影响产流过程,是影响产汇流时间、径流水量和电导率的重要因素;流量峰值产生时间、电导率峰值产生时间、退水时间、退水量和径流系数主要取决于下垫面性质;降雨动能的影响大于下垫面的入渗量,是影响溶解性污染物冲刷效率的最主要因素。[结论]该研究可为海绵城市建设提供科学依据。     

透水砖铺装地面垫层结构对城市雨水入渗过程的影响

为了给透水砖铺装系统综合排水设计提供依据,建立了透水砖铺装地面物理模型,采用4种透水砖铺装结构形式(垫层由不同厚度的无砂混凝土、中砂、砂砾料组合而成),进行了模拟降雨条件下雨水入渗过程试验研究。结果表明:降雨过程中超渗的水流形成表层流,其水分延续入渗使地基土壤水分继续增加;4种处理在模拟降雨1 h,强度59.36 mm/h的情况下产流量均为0,下渗率的大小与垫层透水性程度呈正比,与土壤初始含水率呈反比;在模拟降雨2 h,强度59.36 mm/h的情况下(相当100年一遇2 h降雨量),透水砖铺装地面处理1(垫层结构自上而下为中砂10 cm、砂砾料20 cm),入渗效果最优,此时无地面产流。对于新建居民小区、道路、园林绿化等领域布置综合排水系统,以及那些现有排水系统超载严重,难以进行管网改建或改建代价过高的区域,用透水砖铺装地面取代不透水铺面是减少城市地面淹水频次和涝灾程度的良好途径之一。     

高羊茅草地地表径流系数影响因素研究

高羊茅作为我国北方典型冷季型城市草坪草,具有调蓄雨水的作用。为了进一步深入研究北方高羊茅草地的降雨径流,本文采用人工模拟降雨试验,研究了高羊茅草地在不同覆盖度(60%和90%)及不同雨强(30、60和90mm/h)条件下的径流系数变化过程及其与影响因子之间的关系,并用裸地作为对照,得出高羊茅草地在不同试验条件下的径流系数削减率。研究结果表明:1)高羊茅草地初始产流时间随雨强增加逐渐提前,随着覆盖度的增加逐渐延长,同时,雨强越大初始产流时间提前幅度越小,覆盖度越大草地延缓初始产流时间的效果越明显;2)裸地和高羊茅草地的径流系数随降雨时间变化规律相似,均随降雨时间的延长先迅速增加后逐渐变缓,经过拟合裸地及高羊茅草地的径流系数与降雨时间均呈对数关系;3)高羊茅草地地表径流系数随着覆盖度的增加而降低,随着雨强的增加而增加,且覆盖度越低雨强对径流系数的影响越显著,反之则越不显著;4)高羊茅草地对径流系数的削减能力有限,随着雨强的增加两种覆盖度草地径流系数削减率越相近,在雨强为30、60和90mm/h时两种覆盖度草地径流系数削减率分别相差25%、24%和23%;5)建立试验条件下高羊茅草地径流系数与降雨强度、覆盖度、降雨时间的回归方程,经过验证,方程可用于试验条件下高羊茅草地径流系数的预测。      

基于支持向量机的绿地径流系数预测模型的建立

以绿地为下垫面,分析了覆盖度等因素对径流系数的影响。结果表明:覆盖度低于80%时,草地的下渗能力较小,高于80%时显著增强,径流系数与覆盖度成非线性关系。为了准确预测绿地的产流量,根据多种影响因素与径流系数构成的多维非线性关系,提出采用-ε支持向量回归机建立绿地径流系数的预测模型,与LM-BP神经网络预测模型进行了比较。结果证明:-ε支持向量回归机建立的径流系数预测模型具有泛化能力强和预测精度高的特点,为城区绿地产流量的预测提供了新的计算方法。     

海绵城市理念下环保透水砖应用研究

随着城镇化建设的不断推进,城市路面被各种不透水材料所覆盖。使用透水砖,可以有效减少地表径流现象的发生,净化雨水污染,改善城市积水内涝。针对上述背景,提出海绵城市理念下环保透水砖的应用研究,分别从人行道、停车场以及园林景观的应用进行说明。环保透水砖,既可以实现废物再利用,减少固体废物带来的环境污染问题,又可以推动海绵城市的建设。因此,对环保透水砖的应用研究具有重要的意义。     

“海绵城市”绿地规划设计三要素研究进展

为科学指导"海绵城市"绿地规划设计,从城市水文循环问题的起因和雨洪管理技术的需要出发并综述相关文献,提出海绵城市绿地规划设计"植物、土壤和透水铺装"三要素。同时从构建体系的微观方面综述了植物降雨截留的生态作用及影响因素、土壤入渗能力及影响因素和透水铺装结构、透水能力等,进而表明这三要素在城市雨水调蓄、滞渗效应中的潜力和作用。最后从提升雨水调蓄能力角度,分别针对三要素提出今后应用和基础研究应注重的方向。     

城市雨水管网模型参数的率定与评价

为推动排水管网模型在城市雨水管理领域的应用,建立了上海市某居住小区雨水管网模型,通过实施管道流量测量,对常用产汇流模型的主要参数进行了率定,并对径流体积和洪峰的影响参数进行了灵敏度排序.结果表明:对径流体积与洪峰流量,最主要的影响因素是不透水表面径流系数/有效不透水面积因子和不透水表面比例;对径流体积影响较小的参数是管壁粗糙系数和地面坡度;对洪峰影响较小的参数为透水表面的渗透性能和地面坡度.总体而言,Horton公式参数的灵敏度最大,英国模型参数的灵敏度最小.研究成果可为城市排水管网模型参数的选择与率定提供参考.     

不同清理方式对北京市透水砖铺装渗透率衰减过程影响

目的透水砖铺装作为新兴的径流调控措施之一，已被广泛应用于我国海绵城市建设。由于缺乏长期监测数据，透水砖铺装渗透率衰减过程及不同清理方式的维护效果尚不明确。本文通过室内模拟多年雨水径流入渗过程实验，定量监测其渗透率衰减过程并对比不同清理维护措施效果。方法基于透水砖铺装入流?渗透实验，测定分析了不清理以及真空抽吸尘和压力水冲洗两种清理维护方式下透水砖铺装系统渗透率的衰减过程和实验前后找平层粒径分布的变化特征。结果3种清理方式下，透水砖铺装渗透率均呈指数衰减趋势，运行7年后，不清理、真空抽吸尘和压力水冲洗清理下透水砖铺装渗透率分别为26、229 和19 mm/h，分别衰减了99.6%、96.3%和99.7%，真空抽吸尘的清理效果优于压力水冲洗。3种清理方式下透水砖铺装的悬浮颗粒物平均去除率在95% ~ 98%之间，差异不显著（P ＞ 0.05，n = 7），铺装系统的找平层上部细颗粒物含量分别增加了29.2%、15.6%和30.1%。更新透水砖（即“新砖 + 旧找平层 + 旧土工布”）可将透水砖铺装系统的渗透速率恢复至新建系统的28.3% ~ 32.4%，而更新找平层和土工布可将渗透率恢复至新建系统的63.8% ~ 72.6%。结论雨水径流携带的细颗粒物在找平层上层聚集是透水砖铺装系统堵塞的主要原因，采用真空抽吸尘清理可有效减少找平层上层的细颗粒物含量，更新找平层和土工布比更新透水砖层可取得更好的透水性能恢复效果。      

不同铺装材质对局部热环境及人体舒适度的影响

选择7种不同铺装材质的场地,实地监测获取场地的地表温度、空气温度与相对湿度数据,揭示不同铺装材质对于局部热环境及人体舒适度的影响,并研究3者之间的关系。结果表明:不同铺装材质的地表温度、空气温度与相对湿度日间均为单峰变化趋势。日间平均地表温度为水面草地透水砖花岗岩塑胶混凝土沥青;日间平均空气温度为水面草地透水砖塑胶花岗岩混凝土沥青。日间平均相对湿度排序与空气温度排序完全相反。日间平均THI (温湿指数,THI值越小,人体舒适度越高)为草地水面透水砖塑胶花岗岩混凝土沥青。透水砖是作为硬质铺装的较佳选择。草地、水面的降温增湿效果与人体舒适度远高于硬质铺装材质。     

我国城市道路透水路面建设的工程选址与类型选择分析

针对当前我国城市道路透水路面建设选址与选型不当的问题,从工程应用角度剖析了各类透水路面的水流路径与铺面材料,从透水路面与路基相匹配的角度,探究了我国透水路面建设的工程选址与类型选择方法.结果表明:不同水流路径的透水路面功能及对地基要求不同,透水路面砖、透水水泥混凝土、透水沥青混合料等3类透水路面材料在孔隙率、强度、常见病害、维护与维修方法上存在差异;地质条件决定地基建设透水路面的适宜性与排水路径选型;降雨、温度等气候条件影响透水路面的工程选址与类型选择;人文、交通条件决定不同城市功能区域与透水路面类型的关联性;工程条件影响透水路面选型等;提出了从地质、气候、人文、交通、工程等5方面综合考察的透水路面工程选址与类型选择实用方法.     

合肥市校园区降雨径流污染特征研究

[目的]研究合肥市校园区屋面和路面两类不同下垫面降雨径流污染特征。[方法]以SS、CODCr、TN和TP作为主要水质指标进行比较,分析校园内屋面和路面2010年4场降雨径流污染物输出规律和降雨径流水质特征及其差异。[结果]合肥市校园区降雨径流污染负荷水平较高,降雨径流主要污染物浓度一般在降雨初期较高,后期随着降雨历时的延长浓度下降,并趋于稳定;不同类型下垫面对降雨径流水质的影响差异较大,受人为活动直接干扰的路面降雨径流中SS和TP平均浓度远高于屋面,CODCr和TN平均浓度略高于屋面;合肥地区大气湿沉降对降雨径流中TN的贡献很大。[结论]该研究可为合理开展城市径流面源污染控制和有效利用城区雨水资源提供科学依据。     

再生骨料透水混凝土性能的研究

随着再生混凝土和透水混凝土的应用越来越广泛,同时集中二者优点的再生骨料透水混凝土应运而生,其在公园道路、绿化工程及护坡护岸中有着广泛的应用前景。本研究通过试验分析了水灰比和粒径对再生骨料透水混凝土28d抗压强度、有效孔隙率和透水系数的影响程度和趋势。结果表明:透水系数和孔隙率呈现出大致相同的规律;随着粒径的增大透水系数和孔隙率增加,抗压强度随着粒径的增大而逐渐降低;水灰比则要与骨料之间达到一个平衡才能在骨料表面形成薄厚均匀的砂浆层,这样才可以同时满足强度和透水系数的要求。通过设计的正交试验,研究透水混凝土在不同水灰比和不同粒径下的性能指标变化情况,得出了透水系数和28d抗压强度较好时所对应的粒径和水灰比。。     

基于通径分析的陕北黄土坡面径流产沙影响因素

通过对陕北半干旱黄土区16场有径流产沙发生的次降雨数据进行收集,以径流量和产沙量为因变量,植被类型、植被盖度、坡度、坡向、降雨量、降雨历时、场均雨强、I5、I10、I15、I30、土壤密度、土壤稳渗率作为自变量,在进行逐步回归分析的基础上,对影响径流量及产沙量的主要因素进行通径分析,结果表明:1)植被盖度、降雨量、降雨历时、I30、稳渗率是影响径流量的主要因素,径流量、植被盖度、坡度、降雨量、场均雨强、I15、土壤密度为影响坡面降雨产沙量的主要因素;2)降雨历时、降雨量、I30对径流量起到决定性作用,且对径流量产生影响的直接影响因素排序为降雨历时I30降雨量植被盖度稳渗率,而间接影响排序为降雨量降雨历时稳渗率I30植被盖度,决定系数排序为d降雨量·降雨历时d降雨历时·降雨历时dI30·I30d降雨量·降雨量d植被盖度·植被盖度;3)径流量、降雨量、I15对产沙量起到决定性作用。对产沙量影响因素排序:从直接通径系数来看,径流量I15土壤密度降雨量场均雨强植被盖度坡度;从间接通径系数来看,降雨量场均雨强植被盖度I15土壤密度径流量坡度;从决定系数来看,d径流量·径流量d径流量·降雨量d径流量·I15dI15·I15d土壤密度·土壤密度d降雨量·降雨量。      

华北典型山区坡地径流的退水过程研究

通过位于北京市怀柔区东台沟的华北山区典型坡面径流场内人工模拟降雨实验,分别讨论了地表径流、壤中流和基岩风化带出流共3层的退水特征,三者比较结果表明,壤中流最早开始退水,其退水历时最长,流量最小;地表径流的退水一般受降雨和地形地貌的影响,雨停后迅速消退;基岩风化带出流通常在地表径流退水的后半段开始.影响因子分析表明,降雨历时与地表径流的退水流量呈幂函数变化趋势;雨强与地表径流的退水流量呈对数变化趋势;雨强与壤中流和基岩风化带出流的退水流量之和呈线性变化趋势.雨强还影响退水流量在总径流量中的分配比例.地表径流、壤中流和基岩风化带出流的退水流量分别占总流量的7.8%、1.7%和5.9%.当雨强1.5 mm/min时,随雨强增加地表径流退水量的比例呈直线增加趋势,雨强2 mm/min时地表径流退水量所占比例反而下降.基岩风化带出流的退水流量所占比例呈幂函数逐渐下降的趋势,壤中流的比例一直较小.计算结果表明,该区退水常数可以分地表径流退水和壤中流-基岩风化带退水共2层,其值分别为0.75和0.94这一结果为进一步研究坡面水文过程乃至流域的退水过程提供了参数.      

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。     

马尾松低效人工林不同改造模式下降雨及产流特征

为探究马尾松Pinus massoniana低效人工林不同模式改造初期降雨及地表径流特征,以四川省高县来复镇5个相邻径流小区内的马尾松低效人工林为研究对象,采用林下补植樟树Cinnamomum camphora（Ⅱ号小区）、马尾松皆伐后更新樟树（Ⅲ号小区和Ⅳ号小区）、马尾松皆伐后第2年更新樟树（Ⅴ号小区）3种不同林下更新改造方式以及马尾松纯林为对照（Ⅰ号小区）,分析降雨量、不同改造模式产流量以及它们之间的关系。结果表明:研究区降雨主要集中于每年6-9月。在低效林改造初期2.5 a内,24 h累计最大降雨量为93.6 mm,最小产流降雨量6.9 mm;最大产流量3.002 0 m3,最小产流量0.006 4 m3。5个径流小区在小雨条件下几乎无地表径流产生,平均单次产流量大小排序为Ⅲ号小区>Ⅳ号小区>Ⅴ号小区>Ⅱ号小区>Ⅰ号小区,与受人为干扰强度一致;2014年下半年径流系数比2012年下半年分别下降29.36%,26.30%,47.37%,41.54%和43.97%。对降雨量与径流量进行相关性分析表明,其相关系数均大于0.905。3个皆伐径流小区在改造初期对地表径流的减滞效果更为明显。     

海南不同林分地表径流特征分析

目的探讨桉树林、橡胶林和次生林3种森林地表径流的月动态以及不同雨量等级发生的地表径流规律,为准确评价3种森林水源涵养效益以及人工林可持续经营提供科学依据。方法在海南黎母山不同林分建立径流场,其中桉树林中有4个（F1、F2、F3、F4）,橡胶林有1个（F5）、次生林中有1个（F6）,从2010年4月到2011年3月进行地表径流观测,对比分析了3种森林类型地表径流特征,并借助G（2,1）模型基本思路以及sigmoid模型预测了月地表径流系数。结果（1）F1 ~ F6径流场全年地表径流量分别为230 、49 、170.1 、84.2 、340 、396.4 mm,其中雨季地表径流量分别占全年地表径流量的90.28%、91.61%、87.89%、92.74%、91.86%、90.88%。（2）各月地表径流量大小呈现相同的顺序,即F6 > F5 > F1 > F3 > F4 > F2。（3）雨季次生林地表径流总量是桉树林的1.75 ~ 8.11倍,橡胶林是桉树林的1.49 ~ 6.89倍。（4）单次降雨超过10 mm才会发生地表径流,地表径流随降雨等级而增大,大于60 mm的降雨量占全年总雨量的57.95%,而F1 ~ F6径流场产生的地表径流分别占全年地表径流量的84.92%、89.08%、82.14%、87.75%、79.56%、83.49%。sigmoid模型对雨季地表径流系数的预测精到高于旱季,但对2010年8月各径流场的地表径流预测偏差较大。结论该地区5年生桉树、6年生橡胶人工林的地表径流并不总是比次生林大,因此在评价人工林水源涵养能力时有必要考虑林龄和地理位置。