北京典型汇水区域雨水径流温度特征及影响因素分析

城市化发展导致不透水地表面积率大幅攀升,由此带来的一系列问题逐渐受到人们关注,夏季城市汇水区域地表产生高温径流后汇入下游受纳水体所造成的雨水径流热污染,对水生态、水环境造成不良影响的风险尤为突出。选取北京市典型汇水区域,对2021—2022年多场降雨径流出流温度进行监测与分析,并对气象因素、下垫面温度及管道内径流热量等数据进行同步采集,运用皮尔逊相关系数法分析其影响因素。结果表明:研究区域夏季降雨常出现雨水径流温度升高现象,降水量小于12.5mm、降雨历时短于250 min的降雨场次更易于升温,升温幅度最高可达4.1℃;径流温度升高往往出现在径流过程初期,温度达峰平均时间为38 min;径流是否升温与降雨强度峰值位置之间没有明显关系;气温、不透水地表初始时刻温度、降雨历时及降水量是雨水径流温度的极显著影响因素(P<0.01);降雨期间气温、降雨历时、不透水地表初始时刻温度和管道内壁温度4个指标,可以基本解释研究区域96.7%的径流温度输出情况。

基于内容分析法的城镇雨水系统碳排放核算研究进展

采用内容分析法,从核算对象、核算范围、核算方法及排放因子等方面,对现有城镇雨水系统碳排放核算研究情况进行了系统回顾。结果表明:现有研究基本明确了雨水系统碳排放核算公式,为开展多尺度雨水系统碳排放核算奠定了方法基础;现有研究核算了部分雨水设施部分阶段的碳排放因子,但存在核算范围不一致、方法不统一、排放因子不透明等问题,不同研究结果之间可比性较差,核算结果具有很大不确定性;雨水设施碳排放因子完整性较差,与形成统一规范的雨水系统碳排放核算体系存在一定的差距。为规范雨水系统碳排放核算体系,未来研究应重点关注截留式排水体制下雨水系统核算边界划分、直接碳排放精准测度和水能利用的碳抵消效应,逐步构建适用于雨水系统碳排放核算的综合因子数据库。

基于雨水蓄排结合的城市公园绿地规划设计方法及案例分析

公园绿地具有雨水下渗、滞留、调蓄等功能,但作为海绵城市核心内容的重要组成部分,往往缺乏与城市雨水管理系统建立联系。在总结首批国家海绵城市试点城市中部分公园绿地的径流控制与调蓄能力的基础上,梳理当前公园绿地布局选址、设计层面较少考虑雨水控制等问题,提出已建公园改造和新建公园规划的思路,以及干式和湿式两类公园绿地基于雨水蓄排结合的设计方法,并以某城市片区生态防涝体系构建为例进行分析,以期为城市公园绿地增强海绵效应提供参考。

雨水调节池沉积物去除效能

雨水调节池是重要的径流污染、径流峰值控制绿色基础设施。雨水调节池设置水质控制容积,颗粒悬浮物通过沉淀作用去除,水质控制容积的设计标准为年径流总量控制率,关键设计参数为设计排空时间与设计表面负荷;通过设置微型池或永久池,可延长雨水停留时间,提升沉积物去除效能。结合案例,系统梳理了雨水调节池沉积物去除效能计算的基本公式,介绍了基于数理统计、SWMM模拟的计算方法,可为完善雨水调节池设计方法提供参考。

北京市21种植物的叶片吸水性能与冠层雨水截留能力研究

【目的】植物冠层截留雨水对削减雨水径流起到重要作用,而植物叶片吸水性能与植物冠层截留雨水的能力息息相关。【方法】为了评估植物冠层对雨水的截留能力,通过浸水实验、实地测量、航片分析等方法,对北京市21种不同类型植物叶片吸水量、冠层截留量和冠层截留体积进行计算。【结果】研究表明:(1)吸水量与浸水时间呈对数函数关系;(2)植物叶片吸水过程可划分为3个阶段,乔木和灌木的叶片吸水过程类似,20 min时叶片吸水量均值分别为0.17 g和0.05 g,80 min时叶片吸水量均值分别为0.18 g和0.06 g,120 min时叶片吸水量均值分别为0.18 g和0.06 g;草本植物叶片20 min时叶片吸水量均值为0.13 g,40 min时叶片吸水量均值为0.27 g,120 min时叶片吸水量均值为0.21 g;(3)11种乔木的冠层雨水截留量在71.30~738.72 g/m^2之间,6种灌木的冠层雨水截留量在41.79~275.28 g/m^2之间,4种草本的冠层雨水截留量在57.82~217.49 g/m^2之间,常绿针叶植物冠层截留量明显高于落叶阔叶植物;(4)部分灌木和草本植物冠层截留量比部分乔木冠层截留量高,如黄杨、鸢尾;(5)植物冠层截留体积与冠层覆盖面积、植物冠层截留量呈正相关关系,常绿针叶乔木+常绿灌木+草本搭配组合的冠层截留体积最大;(6)雪松+黄杨+鸢尾群落冠层的多年平均降雨截留量占总降雨量的比例为11.57%,对小降雨事件有显著截留效果。【结论】不同植物种类及配置对城市绿地雨水截留能力有影响,本研究可为构建高截留能力植物群落及海绵城市绿地建设提供参考。

改良雨水生物滞留系统截留微塑料效果及影响因素探究

选取聚乙烯(PE,疏水)和聚苯乙烯乳胶微球(PS,亲水)两种使用广泛且在水环境中频繁检出的微塑料为代表,对基质为90%砂土+10%给水厂污泥的雨水生物滞留系统在不同水力停留时间、离子强度、pH值和阳离子类型条件下截留微塑料的效果进行了研究。结果表明,当进水中两种微塑料的丰度分别为5.0×10^(4),5.3×10^(4)个/L、HRT为10 min时,微塑料在改良雨水生物滞留系统中开始穿透及完全穿透时间较传统雨水生物滞留系统均明显后移。在改良雨水生物滞留系统中,HRT由10 min提升至30 min后,聚乙烯开始穿透从90 min(9 FVs)后移至360 min(12 FVs),聚苯乙烯乳胶微球开始穿透从40 min(4 FVs)后移至240 min(8 FVs);高离子强度时(50.0 mmol/L)系统对微塑料的截留能力更强;pH及阳离子类型对微塑料的截留效果无明显影响。

城市建筑小区内涝风险快速识别与驱动因素分析

城市内涝风险快速识别及致涝因素初步分析是开展城市内涝治理的首要工作,传统的城市排水模型模拟方法需要高精度的基础数据支持和较长的计算周期,难以满足城市内涝快速识别需求。基于泸州市中心城区建筑小区2015~2022年实际内涝灾害数据,通过核密度估计和空间相关性分析对中心城区建筑小区内涝风险空间分布进行了快速识别,并采用Spearman相关分析和地理探测器法对内涝驱动因素进行了分析。结果表明:泸州市中心城区建筑小区内涝风险呈现从中心向四周逐渐降低的趋势,高风险区域主要位于城北片区、中心半岛老城片区和龙马潭老城片区;土壤地质、土地利用、社会因素和降雨因素是内涝风险的主要驱动因素,并表现为多因素协同发生的复杂形式。研究成果可为泸州市内涝风险精细化模拟分析提供基础,也可为西南丘陵城市建筑小区内涝风险快速识别及致涝因素初步分析提供方法支撑。

国内外城市平急两用排水防涝系统综述

为应对超出源头减排和雨水管渠承载能力的超量径流,平急两用排水防涝系统作为城市大排水系统重要的组成部分,能够有效减轻城市内涝灾害并提升城市防涝韧性。明确了平急两用排水防涝的定义,详细分类并分析不同类型的平急两用排水防涝空间及其功能,总结国内外平急两用排水防涝系统发展现状,探讨相关政策、标准,指出当前平急两用排水防涝理论和技术体系中存在的不足,梳理平急两用排水防涝的理论框架。结合国内外的实践案例,总结经验并提出未来平急两用排水防涝发展的建议。

加拿大雨水管理保障措施与典型城市雨水排放费制度研究

为保证我国城市雨水管理工作高效健康地进行和推动雨水排放费制度在我国施行,通过对加拿大雨水管理保障措施和雨水排放费实施进展进行调研,得出了加拿大采用的组织保障、法律保障、技术保障、经费保障、激励机制保障和公众参与保障等六个方面的雨水管理保障措施,以及目前加拿大所采用的统一费率制度、分类费率制度、不透水面积统一费率制度、住宅等效单元费率制度、径流系数与开发强度费率制度和独立住宅等效单元费率制度等六种主要雨水收费制度类型。对米西索加等典型城市雨水排放费的收费方式以及不同用地性质和建筑类型的收费方法进行了分析,并分析了不同类型的雨水排放费的补贴方法。在对加拿大典型城市雨水排放费和补贴制度实行效果分析的基础上,结合我国雨水管理工作实际情况,建议我国加强雨水排放费与补贴制度的计算方法与制度设计的研究工作,做好宣传与公众教育工作,并在部分海绵城市建设试点城市开展雨水排放费与补贴制度的试点探索工作。

基于i-Tree Eco模型的城市林冠雨水截留和径流削减效益研究——以北京建筑大学西城校区为例

乔木冠层雨水截留作用对降雨产流和径流削减有显著影响,而国内相关的模型研究较少。在现有城市截留效益模型比较和植被实地调查的基础上,利用i-Tree Eco模型评估2014~2018年北京建筑大学西城校区内21种乔木冠层的雨水截留和径流削减效益,推导计算径流削减量的校准方法,并结合相关性分析和回归分析探究城市林冠截留影响因素的作用规律。结果表明:近5年校区内乔木的年均截留体积1365.38m^(3),平均年截留率10.6%,年均径流削减量266.83m^(3),校准后较原结果平均增加14.5%;叶面积与年截留体积呈显著线性正相关关系;降雨因素在月尺度下对截留作用及其径流削减能力的影响更显著,月截留量与月降雨天数呈线性正相关关系;径流削减量在降雨较小时对林下不透水面占比更敏感。研究可为国内相关模型评估和城市提升绿地雨水消纳能力等提供参考。

雨水径流总量控制目标确定与落地的若干问题探讨

径流污染控制和开发前自然水文状态恢复是雨水径流总量控制的出发点,径流体积控制是关键途径。总量控制包括径流体积和径流污染物总量,工程设施的工作原理不同,影响实际工程落地效果的因素包括降雨间隔时间与雨型、汇水面不透水率、设施排空时间与规模等。设施规模的确定基于降雨统计分析和模型连续计算,应根据降雨数据精度与方法各自的特点进行选择。实践中应考虑经济性、极端暴雨影响等,因地制宜地确定总量控制目标。总量控制目标的考核方式包括施工图审核与工程踏勘和模型连续计算。期望为我国雨水径流总量控制目标更科学、有效地落地提供指导。

改良雨水生物滞留系统除污效果及基质中磷的形态分布研究

针对海绵城市建设过程中被广泛采用的雨水生物滞留系统存在的磷泄漏问题,采用向传统砂土基质中掺加水厂铝污泥的方法对基质进行改良,使用生物滞留模拟柱,考察了改良系统对模拟雨水径流中磷和其他污染物的去除效果,分析了基质中各种磷的形态及其分布。试验结果表明改良系统对TSS、COD、NH3-N去除效果良好且稳定,对磷强化控制效果显著,进水磷浓度为2.5~7.0mg/L,出水浓度在0.01~0.04mg/L,去除率保持在99%以上,达到地表水Ⅱ类水体要求。对基质上中下3层进行磷的分级提取表明,基质中的磷主要以不易分解磷的形态存在,占可提取总磷的70%以上,不易分解态磷以Ca-P和(Al+Fe)-P为主。基质中微生物结合态磷、(Al+Fe)-P、Ca-P的含量随着距表层深度的增加而降低。铝污泥的加入显著强化了基质对磷的吸附固定能力。

沸石改良雨水生物滞留系统去除污染物研究

作为重要的低影响开发技术之一,雨水生物滞留系统在控制径流污染和削减径流总量及峰值方面具有良好的效果。传统生物滞留系统对于TSS、重金属和COD有较好的去除效果,但对硝氮去除效果差,砂土填料空隙率小,对水量的调蓄效果差,水力停留时间长,容易堵塞。本研究尝试采用沸石作为滞留系统的基质填料,并在系统底部设置淹没区创造缺氧环境提高系统对硝氮的去除效果。对比了在有无淹没区条件下对模拟雨水中各种污染物的去除效果。在无淹没区条件下,系统对进水TSS负荷的变化有很好的抗冲击能力,当进水TSS浓度在100~400 mg/L范围内变化时,出水TSS始终在20 mg/L以下。当进水COD浓度为150~250 mg/L,TP浓度为2.5~7.0 mg/L,NH_4^+-N浓度为3.0~4.0 mg/L,NO_3^--N浓度为6.0~10.0 mg/L时,系统对COD、TP、NH_4^+-N、NO_3^--N的平均去除率分别为67%、73%、88%、5%。在有淹没区且进水浓度基本相同的条件下,系统对TSS、COD、TP、NH_4^+-N等污染物的去除均没有大的变化,但对NO_3^--N的平均去除率则上升为74%。同时,系统对Pb、Zn、Cu、Cd等重金属也有良好的去除效果。

美国雨水径流控制技术导则讨论及其借鉴

介绍美国能源独立与安全法案(Energy Independence and Security Act,EISA)第438条基本情况,438条文实施的技术导则的核心理念是要求项目开发采取原位滞留雨水的"绿色基础设施"或"低影响开发",以渗透、蒸发/蒸腾、储存回用的途径来减少雨水径流外排量,以恢复开发前的水文状态为目标,从而缓解项目开发带来的系列水环境问题,这与我国《海绵城市建设技术指南》一致。在介绍第438条基本情况的基础上,对美国环保署发布的"关于实施联邦项目执行EISA 438条文的雨水径流减排技术导则"中的实施方法进行了分析和讨论,介绍了美国其他联邦部门及地区根据438条文对雨水管理设计标准进行的补充规定,旨在为我国海绵城市建设相关标准的制定提供借鉴。

中国日降雨空间变化对雨水径流源头总量控制的影响

为研究中国不同区域的降雨特征对径流总量控制效果的影响,利用186个气象站近30年的日降雨量资料,通过空间分析与统计计算,得到不同年径流总量控制率所对应的设计降雨量以及年均控制降雨量;结合年径流总量控制率与年均控制降雨量的关系将中国区域分为9种类型。结果表明:中国设计降雨量地域变化明显,广东、四川、广西、河北和河南等省的标准差为全国平均水平的1.5~3倍,且随年径流总量控制率的提升而增加,源头径流控制效果差异明显;南部地区径流控制效果多为"高量低率";"低量低率"区位于甘肃、宁夏等地,面积占比为9.44%,其降雨特征不适合发挥源头控制设施的效果;而最适宜发挥源头控制作用的"高量高率"区位于西南部分地区,面积占比为3.80%。

雨水口截污技术研究进展

雨水口既是城市排水系统的咽喉,又是城市非点源污染进入水环境的重要通道。一旦堵塞,不仅导致排水不畅甚至会造成城市道路积水,还会对城市水体造成污染。建造雨水口截污设施既可以从管网源头控制径流污染物、防止水土流失,又可以防止雨水口堵塞,有效缓解城市内涝。介绍了国内外雨水口截污技术的发展历程,包括雨水口的截污改造、一体式截污雨水口、雨水口截污临时防护。通过比较多种应用于雨水口截污的技术和设施的优缺点,强调了不同雨水口截污技术的适用性。

下沉式绿地对雨水径流污染物的削减效果及影响因素分析

为探究下沉式绿地对雨水径流污染物的削减效果及影响因素,采用室外种植箱的方式进行模拟试验,研究不同植物配置、不同下垫面雨水径流、不同土壤层厚度以及不同污染物浓度对下沉式绿地削减污染物的影响。结果表明,不同植物配置的下沉式绿地对削减NH+4-N的影响差值为9.6%,即依次:高羊茅(57.3%)>三种混合植物(55.0%)>鸢尾(50.4%)>鼠尾草(47.7%);对削减TP的影响差值为5.3%,即依次:高羊茅(56.4%)>三种混合植物(54.4%)>鼠尾草(53.8%)>鸢尾(51.1%);对削减COD的影响差值为8.9%,即依次:三种混合植物(39.4%)>高羊茅(37.8%)>鸢尾(33.1%)>鼠尾草(30.5%)。不同植物配置的下沉式绿地对重金属(Cu、Zn、Pb)的削减效果很好,达95%以上。下沉式绿地对三种下垫面雨水径流污染物的削减效果依次:硬质屋顶>沥青路面>绿地;不同土壤层厚度和污染物浓度对下沉式绿地削减常规污染物的影响呈正相关,对下沉式绿地削减重金属的影响不大。因此,本研究可为下沉式绿地在控制雨水径流污染问题提供一种优化途径的新思路。

城市污水处理厂典型气体污染物产生特性研究

研究了某城市污水处理厂格栅间、曝气池、污泥浓缩池和污泥脱水间四个不同功能区产生的典型恶臭和微生物气溶胶气体污染物浓度及分布特性。研究结果表明,不同功能区产生的硫化氢和氨浓度存在显著性差异,其中产生浓度最高的区域是污泥浓缩池和污泥脱水间,其次是曝气池上空,最低的是格栅间。不同功能区产生的空气异养细菌和真菌浓度也存在差异,尤以曝气池产生的异养细菌和真菌浓度最高,其次是污泥脱水间和格栅间,浓度最低的区域为污泥浓缩池。依据相关恶臭和空气微生物评价标准,该污水厂不同功能区产生的恶臭物质、异养细菌和真菌微生物气溶胶气体污染物大都存在不同程度的污染。同时,不同功能区产生的可吸入人体上呼吸道和进入肺部的异养细菌和真菌粒子均占一定比例,存在一定的微生物风险。

基于系统动力学模型的泰安市水资源与水环境系统模拟分析

运用系统动力学模型对泰安市水资源与水环境系统进行了模拟和预测。通过对供水总量与需水总量、纳污能力与污染物排放量的对比,得出在趋势型情景下,泰安市水资源供需比与水环境纳污-排放比将持续下降,表明泰安市未来将面临水资源短缺与水环境恶化的风险。为避免此情况发生,设定可达型与规划型情景对模型参数进行调整。结果显示,相比趋势型情景,2030年泰安市在可达型与规划型情景下,需水总量分别下降了10%与16%,化学需氧量分别下降了30%与55%,氨氮排放量分别下降了37%与60%。水资源供需比在可达型与规划型情景下将达到0.89与1.06,水环境纳污-排放比由化学需氧量与氨氮表征。其中化学需氧量纳污-排放比在可达型与规划型情景下将达到0.93与1.43,氨氮纳污-排放比将达到0.75与1.18。说明可达型情景可以基本满足城市发展的需要,而规划型情景则可以在未来实现城市水资源供需平衡与水环境改善。

生物滞留设施对雨水径流热污染控制效果试验

通过土柱模拟试验,采用人工模拟降雨的方法,研究了生物滞留设施在不同降雨历时、不同服务面积以及不同内部储水层高度条件下对雨水径流热污染的控制效果。结果表明:在进水温度为30℃的试验条件下,生物滞留设施对1年一遇雨水径流的热污染控制效果显著,在设施深度范围92.5~115.0 cm处土壤温度最低且最稳定;生物滞留设施服务面积一定时,随降雨历时的延长生物滞留设施对雨水径流热污染削减率呈现先增大后减小的趋势;降雨历时一定时,生物滞留设施对雨水径流的最佳热污染削减率随设施设计参数改变,其中生物滞留设施面积与其服务面积比是重要因素,该比值由1∶20增至1∶5,热污染削减率由23.19%增至38.02%,且出水温度较稳定;内部具有储水结构的生物滞留设施对热污染的控制效果较好。