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.     

城市雨水利用研究进展与发展趋势

城市雨水利用已成为缓解城市水资源危机和水污染严重的有效途径。在论述城市雨水利用相关理论与技术等研究现状的基础上,对城市雨水利用急待研究的若干问题与发展趋势进行探讨。指出城市降雨产汇流模型的建立与资源化潜力的计算、城市雨水水质监测与管理技术、城市雨水利用规划以及城市雨水利用技术的综合应用等是目前城市雨水利用研究急待解决的热点问题,认为城市雨水利用应用基础研究正在从定性向定量化方向迈进,城市雨水利用技术由单一化向多元化和综合方向发展,城市雨水利用的功能在不断拓展,并将成为城市防洪工作的重要内容与手段之一。     

人工集水面降雨径流观测实验研究

野外降雨径流观测实验研究表明 :土质集水面 (自然黄土坡面、清除杂草自然黄土坡面和夯实集水面 )的降雨产流方式为超渗产流 ,受降雨强度的影响大 ,径流的产生主要是由几次高强度的暴雨引起。此类集水面的年平均集水效率在 7.4%～ 35 .5 %之间 ,因此 ,增大集水区面积是保证土质集水面收集到更多雨水的基本途径。油毡、沥青和混凝土处理集水面的产流过程受降雨量和降雨强度的影响小 ,年平均集水效率在 5 0 %～ 80 %之间 ,但投资成本较高 ,其雨水利用方向是和设施农业相结合 ,修建固定集水面 ,发展高投入高产出农业。塑料膜集水面一次性投入低且平均集水效率较高 ,但寿命较短 ,建议利用简单临时性的移动塑料集水面收集雨水以供大田作物缺水期补灌。     

停车场集雨洗车现场试验简

将雨水集蓄利用技术与停车场的建设发展相结合,可以提高雨水利用的综合效益,实现人、车、环境的和谐发展.针对我国城市雨水的特点,设计出了停车场集雨洗车装置,并通过这套系统在示范区进行雨水集蓄利用现场试验.结果表明：1）设计的集雨洗车装置具有以下特点：雨水处理效果好、雨水不与人体直接接触、可持续供水、实现了水量定量观测.2）不考虑循环用水时的洗车用水定额,免费自助洗车时实测值为58 L/（辆·次）,商业洗车时可取为55 L/（辆·次）.3）过滤装置对雨水的浊度和悬浮物浓度改变较大,对COD、TP、TN等指标没有显著影响;过滤袋式净水器较U型管净水器的过滤效果更为显著.4）本试验场实际收集水量仅占年内可收集径流量的15.1％,雨水利用量还有很大潜力.综上,本研究的集雨洗车装置水质处理效果显著、使用方便,可以广泛推广.     

基于ETM~+遥感探测山地城市不透水面及其动态分析

不透水面是城市的基质景观和地表覆被的典型特征,主导着城市景观格局与过程,也是城市环境变化的主要因素之一。利用Landsat ETM⁺卫星影像探测获得昆明市2000-2010年3个时相的主城区不透水面信息,采取修正的归一化水体指数进行水体的剔除,排除水体对不透水面提取精度的影响。利用城市不透水面与植被覆盖度负相关的联系,进而提取研究区不透水面信息。所提取信息精度较高,能较好地反映出城市扩张的趋势,以及对城市周边生态环境的破坏程度。研究结果表明,昆明市主城区的不透水面面积在近10a间明显增加,城市不断地向郊区扩张,极大地影响了周边生态环境,郊县植被覆盖率严重下降。     

西安市不透水面的变化及其驱动力

[目的]分析并监测城市不透水面动态变化,为城市化和环境质量评价提供依据。[方法]以陕西省西安市为研究区,选取Landsat系列1995,2000,2006,2010,2016年5期遥感影像,利用光谱混合分解法对西安市不透水面进行提取,进而分析西安市21 a间不透水面的时空变化,并对影响不透水面变化的驱动力进行分析。[结果]①西安市不透水面面积所占比例不断攀升,其中2000年至2006年年均增长最慢,2010年至2016年年均增长最快,主城区增长最快时期为2006年至2010年。②空间变化上,2006年以前,不透水面主要呈同心圆的模式,以主城区为核心向外辐射扩张。2006年以后,各区县城和主城区的不透水面均大幅向外扩张,呈现一主多次模式。③人口规模、经济发展、产业结构、规划政策与西安市不透水面的增加息息相关。[结论]西安市不透水面扩张的时空变化基本反映了规划要求,未来应加强城市副中心建设,大力保护生态环境,处理好城市化和不透水面扩张的关系。     

中国不透水面变化与社会经济协调发展的耦合关系

[目的]探究21世纪以来中国不透水面与社会经济耦合协调发展动态,解析景观城市化与社会经济发展的矛盾与协同的时空格局,为开展差异化的区域水土保持和城乡发展策略制定提供科学依据.[方法]运用脱钩模型和耦合协调度模型开展2000-2018年中国355个市域单元的不透水面与社会经济耦合协调发展的时空变化特征.[结果]①中国不透...     

江西省1988-2017年新型城镇化水平与不透水面的相关关系

[目的] 结合不透水面对新型城镇化水平进行分析，探究江西省各市新型城镇化发展的规律及趋势，为江西省新型城镇化的发展提供科学参考。[方法] 从人口、经济、社会、空间4个方面构建新型城镇化的指标体系，在分析江西省1988-2017年各市新型城镇化水平的同时，基于不透水面数据，研究城镇化水平与不透水面不同阶段的相关性变化，构建二者的线性关系模型。[结果] ①30 a间江西省城镇不透水面扩张明显，整体呈现高-较高-中-较低-低密度圈层分布的空间格局。②江西省城镇化发展水平呈现出"北高南低"的空间分布特征，区域间发展不均衡；③2006年为该区城镇化水平增长的突变点，前后城镇化水平与不透水面相关性存在差异；④各市不透水面与新型城镇化水平线性拟合决定系数R²均大于0.9，拟合效果较好。[结论] 不透水面与新型城镇化水平存在较强相关性，利用不透水面数据能较好地反映各市新型城镇化水平，这有助于分析城镇化发展趋势，促进区域城镇化研究。     

1979-2020年深圳市不透水面信息提取及其时空格局变化分析

[目的] 分析不透水地表比的时空分布,探究城市的发展潜力,为城市水土保持等规划与后续发展提供参考意见。[方法] 以深圳市作为研究区,选取1979—2020年9期共18景Landsat 3/5/7/8影像为主要数据源影像提取不透水面比例作为参考数据,结合不透水面平均中心、标准差椭圆和景观格局指数分析深圳市不透水面时空格局分布。[结果] ①1979—2020年深圳市整体不透水面比例呈增长趋势,1990—2010年增长速率和增长强度最高,后逐渐变缓; ②由于深圳市发展的不平衡,1979—2000年,发展重心持续向着东北方向移动,随后2000—2010年,重心向西北方向迁移,2010年后,重心在东西方向上有所移动。总的来看,深圳市的发展方向主要为东—西; ③景观格局变化显示各等级不透水面景观分布渐趋均衡,分布趋势从破碎到聚集度越来越高,连接性在逐渐增强。[结论] 不透水面增长的不同阶段具有不同的时空分布规律,不同密度不透水面分别有各自的变化特点,降低高密度不透水面的聚集程度对城市未来发展具有积极影响。     

城市雨水生态化利用探讨

针对当前城市雨水不当控制与利用中的洪涝灾害、非点源污染、水文循环不善等问题,提出雨水生态化利用的概念,剖析了生态化利用的内涵,界定了包括减源、截留、缓排三个步聚的利用模式,建立了包含水文、水质、储存与利用、地表属性四个类别的评价指标体系,可为科学、合理利用城市雨水提供指导。     

A simple laboratory infiltration method for measuring the tendency of soils to crust

Abstract. Rainfall simulation experiments give an indication of the tendency of soils to crust or seal but are time-consuming and require several kilograms of soil per sample. We developed a laboratory infiltration method that is less time-consuming than rainfall simulation and uses less than 40 g of soil. The method involves the leaching of an agitated 1:5 soil/water suspension through a packed soil column, which simulates the crusting process. The preparation of a dispersed soil suspension is a key feature of the method as it simulates disturbance of a soil surface by rain. This laboratory infiltration method was performed on sandy, granite-derived soils from annually burnt as well as unburnt plots in the Kruger National Park, South Africa and gave results which correlated strongly with results from rainfall simulation experiments on the same soils. We suggest that this new method may be useful for assessing the effect of different land management practices on the tendency of soils to crust.     

紫色土坡耕地降雨入渗试验研究

在田间条件下,利用人工模拟降雨研究了坡度、降雨、耕作方式对紫色土坡耕地入渗过程的影响.试验结果表明:雨强对入渗过程有重要影响.当雨强在19.62～111..69 mm/h之间变化,稳定入渗率随雨强增加而增大.坡度对入渗的影响比较复杂.在5°～25°范围内,随坡度增加,稳定入渗率表现出升-降-升的变化趋势,在10°与20°分别存在极大值与极小值.中耕显著增加了水分入渗,特别在高强度降雨下,中耕使稳定入渗率增加1倍以上,入渗补给系数增大50%以上.入渗率随降雨历时增加而减小,二者关系可以用乘幂函数描述.累积入渗量可以用降雨历时的线性函数来表示.     

Quantification of infiltration processes in urban areas by accounting for spatial parameter variability

Background, Aims, and Scope  As a consequence of human living and activity, water infiltration to the urban subsurface occurs from a variety of different sources, like precipitation, irrigation, leaking pipes and sewers, septic tanks and rainwater infiltration ponds. This infiltration is strongly related with quality issues of the infiltrated water and further impact on groundwater quality. In order to set up an integrated urban water balance it becomes essential to estimate the infiltration processes, i.e. water flow and solute transport, from these different infiltration sources and to take into account the large spatial variability of sediment properties, the geometric settings of these sources and the groundwater table. For that purpose, the development of simple, physically-based quantification approaches is required in order to establish an efficiently working prediction and risk analysis tool within the framework of an integrated urban water management system. The scope of the presented work was to demonstrate the applicability of the developed approaches at urban scale. Methods  Since a detailed, three-dimensional, numerical quantification of the infiltration processes within the entire urban area is not possible, the individual sources were considered as independent within the EU AISUWRS project. Different models were developed for balancing infiltration from areal and point sources with respect to the related flow pattern. The analytical model UL_FLOW, based on one-dimensional, steady state analytical solutions, allows the estimation of conservative tracer residence times in layered sediments under varying infiltration rates. The numerical model WSTM, based on a three-dimensional random walk approach, calculates water and solute transport from pipe leaks. Additionally, the sources were classified in accordance to the spatial distribution of the parameters determining the infiltration processes. Results  UL_FLOW was applied to data sets from the city of Rastatt within a case study of the AISUWRS project. Each neighbourhood of water balance computation by the Urban Volume and Quality Model (UVQ) was defined as an areal infiltration source with unique parameter values for sediment depth, profile and properties, as well as infiltration rate time series. Groundwater recharge and residence time series were computed for each neighbourhood. Relevant statistical parameters obtained by time series analyses from those time series could be mapped by GIS. Point infiltration, particularly from sewers, was classified due to the sediment parameters and the distance to the groundwater table at each source location in order to reduce computational efforts. WSTM computations provided time series of groundwater recharge and tracer breakthrough for some specific cases. Discussion  The analytical model UL_FLOW provides fast and efficient computation of groundwater recharge and residence times accounting for storage effects within the unsaturated zone of urban areas. The reliability of this model has been shown by cross validation with HYDRUS1D. Because of the high computational effort, WSTM could provide only short-term simulations for some specific parameter sets for which residence time estimates could be derived. Conclusions  UL_FLOW provides an analytical modelling tool for balancing one-dimensional areal infiltration and estimating residence times under varying conditions including spatial parameter variability. These balances could be used for assessing the impact of those infiltration sources on groundwater quality. The tracer breakthrough from point infiltration sources computed by WSTM could also be used for such kinds of assessment. The larger spatial parameter variability associated with these sources could be handled by classification in GIS environments. Recommendations and Perspectives  Similar to the areal sources, a simple balance approach for point sources based on analytical solutions needs to be developed for estimating residence times in order to avoid large computational efforts. Such a model would complete the balancing of all kinds of infiltration sources in urban areas efficiently. Since the approaches are based on the balance of the physical processes, they have a large predictive capability and could be included into an integrated urban water balance and management system. The mapping of the statistical values of the residence times provides a tool to compare parts of the urban areas and to visualize differences between urban water management scenarios.     

人工模拟降雨的能量相似及其实现

 能量相似是降雨模拟的基本原则。通过对雨滴粒径、雨滴击溅速度、降雨均匀度等能量相似要素的分析和探讨,提出实现降雨模拟能量相似的重要手段,即在降雨高度、雨滴发生器等条件不变的情况下,通过调节雨强来实现降雨能量的相似;通过加大供水压力等手段可提高降雨动能,所以在降雨模拟实践中,降雨高度不一定需要达到使所有粒径的雨滴均达到终速所需的高度。     

渗灌技术的发展概况及其在保护地中应用

简要介绍了国内外渗灌技术的发展概况。主要分析了渗灌技术应用于保护地生产所体现出的诸多优点以及存在的问题，为渗灌技术的推广应用提供参考。     

渗灌技术的发展概况及其在保护地中应用

简要介绍了国内外渗灌技术的发展概况.主要分析了渗灌技术应用于保护地生产所体现出的诸多优点以及存在的问题,为渗灌技术的推广应用提供参考.     

城市典型下垫面空间构型对降水蓄渗率的影响

采用人工模拟降雨装置,定量研究了城市典型下垫面空间构型与降水蓄渗率的关系.在保证降雨量和降雨历时不变,改变不透水斑块的重要值、形状、均匀度和分离度,测定降水产流量,并计算降水蓄渗率.结果表明,降水蓄渗率随不透水斑块重要值、形状、均匀度、分离度的改变而发生相应变化,不透水斑块的重要值对降水蓄渗率的影响最大,不透水斑块的形状、分离度和均匀度对降水蓄渗率的影响也很显著.研究证明,在城市景观中,不透水斑块重要值一定时,合理配置不透水斑块的形状、均匀度和分离度,可以有效调控城市降水蓄渗量.     

再生稻联合收获机清选装置内部气流场分析与试验

为了高效完成再生稻脱出物的清选工作,有效利用气流对物料进行吹散分层,并提高水稻籽粒透筛效率,该研究对沃得旋龙4LZ-3.0E型水稻联合收获机清选装置进行了改进,改进的清选装置采用六叶片离心风机作为清选风机,振动筛上筛使用百叶窗筛,其筛片为平整未经冲压的平板状结构。首先运用CFD软件对风机转速1050 r/min、筛片开度分别为20、25和30 mm工作参数下的清选装置内部气流场进行了数值模拟和对比分析,数值模拟结果表明筛片开度为20 mm时筛面上方气流速度的分布均匀,筛片开度越大,筛片之间越容易产生小型涡流,从而造成气流混乱;使用热线式风速仪在试验样机上进行了气流速度测量,对比实测气流速度和仿真的气流波动规律一致,验证了数值模拟结果的准确性;进一步通过田间试验对静态的模拟试验结果进行了补充,分别选取清选筛振动频率为6、7、8 Hz,得出清选筛振动频率6 Hz配合筛片最佳开度20 mm时清选效果最好,其籽粒含杂率为1.52%,损失率为1.11%;且由结果分析可知,百叶窗筛筛片开度大小对清选损失率的影响无主效应。该研究表明百叶窗筛适用于针对再生稻的清选工作,提出了针对再生稻物料的风筛清选装置的设计思路,为进一步研究打下了基础。