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。

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。

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。

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。

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。

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。

北京某片区海绵城市建设和运行中的碳排放核算研究

为量化海绵城市建设和运行过程中的碳排放,分析碳排放的关键影响因素,以北京某100 km^(2)片区为研究区,对其海绵城市建设和运行过程中的碳排放进行了估算,分析了海绵城市达标面积比例、径流总量控制率、压力流管网比例等控制指标与碳排放量的相关关系。研究结果表明:海绵城市建设阶段的碳排放主要集中在材料生产阶段,多数设施的材料隐含碳占建设阶段总碳排放量的80%以上,施工相关的碳排放相对较少;在相同雨水控制水平下,灰色雨水基础设施的碳排放高于绿色雨水基础设施;研究区在30 a全生命周期内建设阶段和运行阶段碳排放量(以CO_(2)计)分别为17.36万t和-16.71万t;海绵城市达标面积比例、年径流总量控制率、排水方式是影响海绵城市建设和运行过程中碳排放的关键因素,海绵城市达标面积比例和年径流总量控制率每提高1%,全生命周期碳排放量约分别减少0.19万t和0.25万t,压力流管网比例每减少1%,全生命周期碳排放量平均减少约249 t。

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。

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。

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。

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。

基于场降雨的北京某高架桥雨水径流中多环芳烃污染特征

以北京市某高架桥的典型场次雨水径流作为研究对象,通过对多场雨水径流中多环芳烃(PAHs)的监测,研究了高架桥雨水径流中PAHs的污染特性以及冲刷规律.结果表明,随着降雨历时的增加,雨水径流中PAHs浓度呈现先增加后减小的变化趋势,实验均值中w(Flu)/w(Pyr)为0.94,因此,高架桥雨水径流中溶解态PAHs主要来源于石油燃料的不完全燃烧.雨水径流中溶解态PAHs以三环、四环组分为主,五和六环次之,二环组分最少.高架桥雨水径流中PAHs存在浓度和质量初期冲刷现象,∑16PAHs和四环组分在不同降雨事件中均存在浓度初期冲刷现象,∑16PAHs及各环组分在降雨强度大、降雨历时长的场降雨存在明显的质量初期冲刷现象,而降雨强度小的场降雨质量初期冲刷不明显.

雨前干旱期对生物滞留系统去除氮性能的影响

为应对传统生物滞留系统对雨水径流中氮元素控制效果不稳定的情况,通常在系统底部设置饱和区以强化对氮的去除,但设置饱和区后仍存在多种影响因素可能导致氮泄露。其中雨前干旱期长短关系着系统内部饱和区是否存在,直接影响下一次降雨时系统初期出水中含氮浓度,因此需要深入研究雨前干旱期对系统除氮效果的影响。通过设置带有40 cm饱和区的生物滞留系统,对比不同雨前干旱期条件下系统对污染物的去除效果并分析除氮机理。结果显示,持续进水和短雨前干旱期时系统由于初期出流硝酸盐和总氮浓度低,整体除氮性能良好;长雨前干旱期时系统初期出流硝酸盐和总氮浓度较高,虽然氨氮浓度低,但整体氮去除率较低。不同雨前干旱期条件下污染物去除率存在差异主要是因为干旱期长度会影响填料层和饱和区中氮元素的转化程度,进而影响去除效果。生物滞留系统在干湿交替的条件下基质中硝酸盐异化还原反应占优势地位,这与传统的认为在系统中硝酸盐主要发生反硝化反应有很大差异。

城市地表径流胶体与溶解性有机物下渗共迁移行为

针对城市地表径流胶体与溶解性有机物(DOM)共存特性,考察下渗柱中径流胶体和DOM的出流浓度,分析进水流速、pH值、离子强度和胶体粒径变化时城市地表径流胶体与DOM的共下渗迁移行为.结果表明,径流胶体与DOM结合后,会显著促进对方向下迁移;进水流速越高,径流胶体对DOM的携带迁移越明显,两者的出流浓度越高;进水流速为10 mL·min^(-1)时,径流胶体和DOM的穿透曲线相对峰值浓度分别比5 mL·min^(-1)时提高了3.5%、8.1%;径流胶体-DOM混合溶液在pH值为6时的下渗共迁移速度最快;Na^(+)存在抑制了径流胶体与DOM的下渗共迁移;共存地表径流胶体粒径越小,DOM的下渗出流时间越早、出流峰值浓度越低.

雨水土壤渗滤系统中菌种的应用分析

随着城市化进程的加快,城市地表径流污染成为农业污染之后的第二大面源污染源,而道路面源污染又是城市下垫面面源污染的主要来源。现在我国城市道路径流雨水中含有较高浓度的磷,如果不加以处理直接排入城市水体会造成水体的富营养化。土壤渗滤设施作为一种新兴的原位径流雨水控制措施,对水质尤其是磷净化效果非常显著。土壤渗滤系统在净化路面径流雨水同时,土壤中吸附的磷大部分以难溶解态磷酸盐的形式存在,无法被植物所吸收利用。土壤中积累的磷会逐渐增加,影响土壤渗滤系统的磷吸附效果,进而导致土壤板结,失去净化作用。该文在解磷细菌和VA菌根真菌农田土壤中的作用机理的基础上,通过对比雨水土壤渗滤系统和农业系统在构成和运行方式上的不同,分析解磷细菌对雨水土壤渗滤系统中难溶解态磷的活化作用和VA菌根真菌对植物吸收利用磷的促进作用。

颗粒活性炭-纳滤处理二级出水中有机物膜污染机制研究

采用颗粒活性炭(Granular Activated Carbon,GAC)、生物活性炭(Biological Activated Carbon,BAC)两种过滤单元分别与纳滤(Nanofiltration,NF)组合对污水厂二级出水进行深度处理,分析二级出水直接NF、GAC-NF以及BAC-NF三种不同处理工艺对有机物的去除效果以及膜污染机制.研究发现,BAC-NF组合工艺对溶解性有机碳(DOC)、微生物代谢副产物类和腐殖酸类有机物的去除效果更好,去除率分别为85.2%、76.2%和82.0%;BAC-NF组合工艺的膜比通量(J/J0)最高,每个周期末的J/J0分别为0.69、0.65和0.63,膜污染总阻力最低,仅为5.97×10^(10)m^(-1);膜污染特征曲线表明二级出水直接NF为滤饼层污染,GAC-NF和BAC-NF先发生中间堵塞之后形成滤饼层污染;其中,BAC-NF以膜孔中间堵塞污染为主,膜污染程度最轻;通过扩展的德亚盖因-兰多-弗韦-奥弗比克(Extended Derjaguin-Laudau-Verwey-Overbeek,xDLVO)理论分析发现BAC-NF组合工艺污染后膜表面的疏水性最弱,膜表面Zeta电位值最大;BAC-NF组合工艺在过滤初期,水中有机物不容易到达膜表面,膜污染程度最轻.在过滤中后期,水中有机物与膜表面有机物之间很难产生粘附,形成的滤饼层最疏松.综上,BAC-NF组合工艺能有效缓解膜污染,可为再生水深度回用提供一种可靠的技术.

颗粒活性炭-纳滤对二级出水中条件致病菌和有机物的去除效能

再生水回用是解决水资源短缺的重要途经,被广泛应用于工业生产、城市绿化方面,但其中含有大量的条件致病菌,对环境及人体健康具有潜在威胁。研究拟对污水厂二级出水采用颗粒活性炭(Granular Activated Carbon,GAC)、生物活性炭(Biological Activated Carbon,BAC)两种过滤单元与纳滤(nanofiltration,NF)组合工艺,来达到水中三种条件致病菌(军团菌、铜绿假单胞菌和鸟分枝杆菌)、大肠杆菌和有机物的去除的目的,采用直接NF、GAC-NF和BAC-NF三种处理工艺对去除效果进行分析。结果表明:在GAC过滤的滤速为5 cm/h,NF的过滤压力为0.4 MPa条件下,直接NF及其组合工艺均可实现二级出水中条件致病菌的完全去除,相较于直接NF和GAC-NF,BAC-NF工艺对水中DOC、UV254、微生物代谢副产物类和腐殖酸类有机物的去除率最高,分别为85.2%、74.5%、76.2%和82.0%;水中条件致病菌与大肠杆菌、DOC之间均有显著相关性,可以通过强化水中大肠杆菌和有机物的去除,达到提高不同组合工艺对条件致病菌削减的目的;BAC表面生物膜细菌中的假单胞菌、气单胞菌、硝化螺旋菌和不动杆菌占比最高,上述细菌对条件致病菌的生长繁殖起抑制作用;生物膜真核微生物中的线虫和轮虫占比最高,这两种微生物能通过捕捉的方式实现对水中条件致病菌的削减。

次降雨入渗补给系数评估雨水花园补给地下水可行性及计算方法研究

【目的】近年来雨水花园在海绵城市建设过程中得到了广泛应用,但其对浅层地下水的补给能力尚缺乏系统研究。【方法】通过柱状模拟试验,研究了不同降雨条件下,次降雨入渗补给系数(α)用于评估雨水花园补给地下水潜力的可行性。【结果】结果表明,α可用于评估雨水花园补给地下水潜力,数值变化范围为0.110~0.212,平均值为0.175;降雨重现期、降雨历时、雨型均对α具有重要影响,且随着重现期和降雨历时增加,α逐渐降低,不同雨型条件下,α大小顺序为均匀雨型>双峰雨型>单峰雨型。【结论】HYDRUS-1D模型模拟法和包气带含水率法计算α均具有较好的精度,不同降雨条件下,模型模拟法计算得出的次降雨入渗补给系数(α_(m))的相对偏差(RE)为-1.280%~7.801%,包气带含水率法计算得出的次降雨入渗补给系数(α_(b))的RE为-14.789%~6.660%。由于包气带含水率法容易实施、便于监测,工程实践中可优先考虑采用该方法。上述结果可为定量评估海绵城市建设过程中雨水花园补给浅层地下水潜力提供参考。

渗流浸润曲线与透水路面产流的实验研究

透水路面的雨水渗排,是一个有沿程竖向入流的横向潜流过程,现有通过单一径流系数计算产汇流的方法并不完全适用,因而有必要对透水路面的超渗产流过程进行新的解读和认识。研究采用物理模型实验方法,将透水路面产流抽象为有沿程入流的二维渗渠横向渗流过程,提出了使用浸润曲线分析渗渠渗透与产流机制的方法,通过实验研究了沿程均匀入流条件下不同坡度、不同渗透介质和不同入流单宽流量对二维渗渠的浸润曲线的影响。结果表明,粒径和坡度对浸润曲线影响最为显著,其次为入流单宽流量,可为透水路面、植草沟和渗渠中的渗流和产汇流问题的研究和分析提供参考。