城市海绵小区雨水利用的效益分析——以固原市海绵小区建设为例

[目的]对城市海绵小区雨水利用措施的经济、环境及社会效益进行识别计算并与其成本进行对比分析,为海绵小区建设评估提供参考。[方法]以第二批试点宁夏回族自治区固原市西南新区6个海绵小区为研究对象,采用水量平衡法、替代工程法、影子工程法、市场价值法、碳税法、造林成本法等,对海绵小区产生的雨水资源利用、固碳释氧、降噪、调蓄径流、文化教育等3大类共10项效益进行定量计算并采用效益费用比进行静态和动态成本效益分析。[结果]固原市西南新区6个海绵小区的总效益为2.91×10~5元/a,其中雨水花园的效益为1.03×10~5元/a,下沉式绿地的效益为7.99×10~4元/a,植草沟的效益为6.15×10~4元/a,经济、环境和社会效益比例分别为22.84%,76.89%和0.27%。[结论]海绵小区雨水利用有较好的投资效益,固原市海绵小区的建设产生了良好的经济、环境和社会效益,值得进一步研究推广。     

海绵化改造小区调蓄池优化布局及其雨水径流控制效果——以浙江省嘉兴市烟波苑小区为例

[目的]在海绵城市建设背景下,从建筑小区尺度探究调蓄池布局对雨水径流的控制和利用,为平原河网区域城市旧城海绵化改造,增强排水防涝能力,提高雨水利用效率提供技术依据。[方法]以浙江省嘉兴市典型老旧小区烟波苑海绵化改造工程为例,基于暴雨管理模型(SWMM)软件建立排水系统数学模型,通过分析研究区不同降雨重现期和积水节点之间关系,探究最佳的积水节点控制数目;在此基础上,输入设计雨水控制条件探索调蓄池合理布局方案。[结果]①在5～15 a重现期内,研究区积水节点数量分布出现稳定期,并于9 a重现期时积水节点控制数量达到最佳;②模拟容积在20～100 m~3之间的调蓄池比例达84%,达到实际建设标准;③采用合适的"低影响开发(LID)+调蓄池"方案后,研究区雨水径流控制效果提升明显,其中径流峰值削减率达40%以上,外排径流系数降低0.2左右,杂用水供给率最高可达146.3%。[结论]老旧城区在进行海绵化改造时,应当重视调蓄池的合理布局与利用,以构建灰绿结合的径流控制系统,实现高效的雨水管理。     

固原市低影响开发措施下土壤水分时空变化

[目的]分析宁夏回族自治区固原市低影响开发措施下土壤水分时空变化规律,为该市海绵城市低影响开发(LID)建设及水资源有效利用的相关标准和规范制定提供科学参考。[方法]选取草地、过水草沟和下沉式绿地三种低影响开发措施,研究不同深度土壤储水量的时空变化和稳定性特征,分析不同低影响开发措施下土壤水分在干湿季、不同降雨、冻融条件下的变化情况。[结果]①草地、过水草沟和下沉式绿地的土壤储水量全年分别为101.96,27.22和97.33 mm,雨季和旱季分别为107.37,29.46,101.03和67.6,20.66,69.34 mm;各LID措施下土壤储水量变异系数在26.01%～76.37%之间,均属于中等变异;②暴雨条件草地、过水草沟和下沉式绿地的补给量分别为63.68,14.84和66.49 mm;小雨条件草地、过水草沟和下沉式绿地土壤补给量分别为3.94,1.71和1.26 mm;③冻融期内草地、过水草沟和下沉绿地的冻融量分别为111.16,75.73和46.9 mm,各措施下土壤低温和冻融主要集中于0—10 cm层;④研究区在全年、雨季、旱季、暴雨补给和冻融潜力分别为1 691.31,1 766.46,1 216.31,1 121.8和699.67 m~3。[结论] LID措施下土壤水分补给潜力较大;同时需要考虑不同LID措施的结构、填料、植被覆盖等方法的改进,以提高LID措施的储存能力。     

城区不同下垫面条件对降雨径流的影响

城区降雨径流过程主要受降雨过程和下垫面变化的影响,不同下垫面条件对降雨径流影响很大.通过对绿地、环保透水砖铺装、草皮空心砖铺装和不透水釉面砖铺装4种不同下垫面情况下的模拟降雨入渗试验,其结论可为城市建设设计提供理论依据.     

不同水土保持措施下径流小区产流产沙与降雨关系研究

黄泛平原区为国家水土流失重点预防区,水土流失多集中在人为活动影响较大的土地类型上,因此对该区进行水土流失治理及研究尤为重要。依托江苏丰县水土保持监测站,设置荒草地、梨树、大豆、椤木石楠、黑麦草小区,分析2020—2021年所记录各场降雨的降雨量、产流量、含沙量、土壤流失量变化,得出结论：该区域降雨场次多为小到中雨,但降雨量主要来自于大雨及以上级别;各小区产流及土壤流失量大小为荒草地小区>梨树小区>大豆小区>椤木石楠小区>黑麦草小区,说明种植经果林、农作物、乔木林、草地均能够有效拦蓄径流泥沙;草地植被盖度高,生长快,可作为短时间内防治水土流失的有效手段。     

不同水土保持措施下径流小区降雨与产流产沙关系研究

冀北山区生态环境脆弱,水土流失严重,因此在该区域开展水土保持研究非常有必要。通过在河北滦平县平坊小流域布设荒草地、山杏、刺槐、油松4种径流小区,并分析了2004-2005年降雨、小区产流量、产沙量、入渗率变化。结果表明:该区次降雨多为小雨和中雨,次降雨强度主要集中在<10 mm/h范围内;4种小区中产流产沙总量大小为:荒草地小区>山杏小区>刺槐小区>油松小区,且相同降雨条件下,荒草地产流产沙量明显高于其它3种小区,4种小区平均入渗率依次为65.07%,88.36%,90.16%,90.03%。说明鱼鳞坑整地,然后种植山杏、刺槐、油松等措施能够有效拦蓄径流泥沙。     

大别山南麓裸地小区径流泥沙过程对降雨特征的响应

作为水土流失重点预防保护区,大别山南麓裸地坡面水土流失严重,为探究该区典型裸地坡面径流泥沙对降雨的响应,利用自动化径流泥沙监测设备对裸地径流小区的降雨—径流-泥沙过程进行监测。以2020年全年侵蚀性降雨数据为基础,依据降雨峰值时序划分雨型,分析了4种雨型的累计产流产沙特征和次降雨的径流泥沙特征,并建立了累计产流产沙的最优函数模型。结果表明:(1)大别山南麓降雨事件的I₃₀是影响降雨事件的泥沙量和径流系数的重要因素;前期集中型和中期集中型降雨事件的泥沙量与前48 h内的降雨量呈显著正相关。(2)不同雨型下产流产沙过程有显著差异,但径流泥沙指标的差异不显著。不同雨型下累计产流产沙的最优模型为Logistic模型。(3)不同雨型下,雨强、产流率和产沙率的变化趋势和峰值出现规律存在一致性,也存在产沙产流过程滞后于雨强变化过程的现象,产沙滞后多出现在前期集中型降雨,产流滞后多出现在中期集中型和后期集中型降雨。研究结果揭示了降雨-产流-产沙相互关系,对该区域坡面水土流失防治具有一定的科学指导意义。     

不同植被类型对降雨径流和泥沙的影响

植被对控制水土流失、调节气候、减缓径流、削减洪峰有特别重要的作用。本文通过对乔木型、乔灌混交型、灌木型不同植被降水径流及泥沙观测,分析了不同植被类型对降水径流及泥沙的影响,为水土流失治理采用生物措施提供科学依据。     

不同下垫面径流小区次降雨对产流产沙的影响

[目的]揭示南方红壤区人工径流小区次降雨对径流泥沙作用规律,为区域水土保持工程实践与基础理论研究提供参考。[方法]基于云南摩布小流域3种下垫面(林地、农地、裸地)人工径流小区2013—2015年自然降雨观测资料,采用M-K趋势检验、灰色相关分析及双累积曲线等方法研究了次降雨量、径流量、泥沙量和入渗率的变化趋势及相关关系,以及降雨因子对径流泥沙的影响。[结果](1)2013—2015年摩布径流小区月降雨均呈先增加后减少的波动性变化趋势,3a降雨量无显著性变化趋势。(2)相同降雨量各下垫面径流小区产流差异显著(p0.05),其中林地最小,农地次之,裸地最大;3种下垫面次降雨径流深增长速率大小规律与此相同。(3)次降雨产沙量与降雨量、径流量均存在密切相关关系,相关系数分别为0.67~0.82,0.69~0.85。径流小区产沙能力随雨强增大而增强。相同雨量下,林地产沙能力最小,而裸地累积产沙量增速最大。(4)3个径流小区的入渗率均随降雨量和雨强增大而增大,其中林地入渗率最大,平均入渗率为94.03%;裸地入渗率最小,平均入渗率为86.28%。[结论]与农地和裸地相比,林地不同程度提高了土壤入渗性能,降低了产流量和产沙量。     

降雨强度与坡度对径流中七种阳离子流失量的影响

针对密云水库周边地区坡地地貌,采用室内模拟降雨装置和ICP-MS质谱分析技术,研究了密云地区农田褐土在5种坡度和3种降雨强度交叉实验表层径流中K、Na、Ca、Mg、Al、Fe、Mn7种阳离子在不同降雨时段下的流失规律。结果表明在坡度和降雨时间段相同时,随着雨强的增加,大部分阳离子最大流失量逐渐增加,K、Mg、Fe、Mn规律性较强;在相同雨强和降雨时间段下,各阳离子流失量最大值所呈现的坡度不尽一致,但在雨强120mm/h时,K、Na、Ca、Mg、Fe流失量的最大值均呈现在25o坡度下;在坡度、雨强一致时,不同降雨时段内7种阳离子的流失量均呈现出随着时间的递增而逐渐增加的趋势。不同阳离子的流失总量之间随坡度的变化存在相关性,如在60mm/h和120mm/h降雨强度下,K、Ca流失量之间的相关系数分别达到0.974和0.953。各阳离子流失量在连续时间段下受径流量的影响不明显,但7种阳离子在1h的流失总量与径流量之间在相同降雨强度下随坡度变化均存在二次曲线关系,复相关系数平方>0.9。     

北方城市海绵社区生态效益分析

[目的]分析海绵社区建设带来的经济效益、生态效益,为中国海绵城市建设提供技术参考。[方法]以北京市通州区某建筑小区为研究对象,通过增设屋顶绿化、下凹式绿地、雨水调蓄池等雨水渗蓄措施,对比增设设施前后外排量、节水量、回补地下水量、消除污染而减少的社会损失量、节电量、固碳释氧量的变化。[结果]研究区增设雨水调蓄设施后,年单位面积总效益增加量为38 566元/(hm~2·a),年单位面积节约中水量为208m3/(hm~2·a),年单位面积节电量为145(kW·h)/(hm~2·a),年单位面积回补地下水增加量为281m3/(hm~2·a),年固碳增加量为0.02t/(hm~2·a),年固氧增加量为0.01t/(hm~2·a)。[结论]采用雨水调蓄设施,在节水、节能、截污等方面均可产生具有明显的经济效益和生态效益,值得大力推广和提倡。     

基于暴雨洪水管理模型的铁路车站片区雨洪模拟及低影响开发效果评价

[目的]减轻西北地区高速铁路车站片区建设过程引起的水资源矛盾问题,实现铁路车站片区雨水的积存、渗透和净化,促进雨水资源的利用和生态环境保护,实现高速铁路绿色施工。[方法]以甘肃省兰州市西客站为研究对象,采用暴雨洪水管理模型(SWMM)研究了传统开发下的雨水径流效应,并对采用生物滞留池、透水铺装、绿色屋顶及生物滞留池+透水铺装+绿色屋顶组合措施方案3种低影响开发(LID)方案进行了模拟。[结果]不同LID措施均能有效削减径流总量、洪峰流量、溢水量及延后峰现时间,其中组合LID方案的控制效果最佳,对洪峰流量和径流总量削减率高达75.9%和41.6%;透水铺装和生物滞留池对洪峰流量和径流总量的削减效果较显著;绿色屋顶单独铺设时,雨洪控制效果较差。[结论]合理采用LID措施可以有效地实现雨水的可持续管理,减小铁路车站片区的洪涝灾害。     

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。     

固原地区农牧结构调整与高效发展模式研究与示范

以黄土高原西北部农牧交错区为重点研究区域,在宁夏固原地区多年科技攻关与试验研究的基础上,“十五”期间以县区为单元,以乡村为主体,进行农牧产业结构调整、布局与实施,使该区传统农业的转型明显加快,农牧耦合型模式呈现出快速发展的势头,种草养畜和温棚高效设施农业的收入占到农民人均纯收入的43%,为当地的经济发展和生态环境建设提供了有力的科技支撑。     

渭河主要支流产流产沙规律及水保措施减水减沙效益

通过对渭河流域１２条主要支流的产流、产沙规律探索和对降雨、径流、输沙资料的统计分析，应用数理统计原理分别建立了各支流的降雨－径流和降雨－产沙经验公式，并用该公式计算了各支流７０￣８０年代水土保持措施的减水减沙效益，取得了比较可靠的 初步结果。从而，为流域治理规划、合理开发利用水土资源提供了科学依据。