海绵城市建设背景、争论、定位与实证分析

全球气候变化和快速城市化改变了自然水循环过程,城市水问题越来越突出。21世纪以来,不少城市遭受了严重内涝,推动了我国海绵城市建设。但是,城市内涝问题复杂,相关政策、标准一直处在不断完善的过程中,对海绵城市的建设效益存在诸多争论。剖析了海绵城市建设相关的文件精神与规程规范,对海绵城市功能定位进行了解读;并结合南昌市凤凰洲片区的洪涝情景模拟,分别对低影响开发(Low Impact Development,LID)设施与调蓄的径流峰值控制效果进行了实证分析。主要结论有:海绵城市建设由最初的“通过落实LID措施,助力城市内涝防治能力的提升”逐渐转变到“基于‘源头减排、管网排放、蓄排并举、超标应急’的理念,系统构建城市排水防涝工程体系”。对于南方丰水地区,城市内涝防治的重点在于“排”与“蓄”,城市雨水管渠系统的达标建设与超标雨水径流排放系统的布局依然重要。

基于CFD仿真的异型薄壁堰水力特性与改造路径研究

21世纪以来,截流系统在我国城市河湖水质污染控制中得到了广泛应用;受城市土地资源紧缺的影响,异形结构的溢流装置亦大量存在。一方面,溢流装置的出流效率及其对雨水排放的影响并没有得到足够的重视;另一方面,城市水文监测设施的匮乏,也给这些影响的量化带来了技术障碍。以南昌市青山湖溢流装置为例,同时构建了异型结构薄壁堰的物理模型与数值模型,分析了溢流堰的流态与过流效率,并针对存在的问题提出可行的改造方案。主要结果:①原装置出流效率差,溢流堰在自由出流方式下的总体过流能力弱,流量系数为0.301,较相同工况下的标准薄壁堰的流量系数0.418低28%;过渡段内,“漩涡”、脱壁、顶部“空气腔”等现象都比较严重,流态问题突出。②改造方案中,“闸代堰”的甲、乙方案过流能力得到提升,设计工况下的流量较原方案分别提升了24%、19%,且出流效率大幅提高,单宽流量提升了719%、683%;“闸堰结合”方案在改善过流能力的同时还保留了堰流控制管理的便利性。同时采用物理模型和CFD数值模拟的方法,既能解决城市溢流堰的数值模型率定与验证困难,又可在数值仿真实验中完成溢流堰的问题诊断与改造方案的比选,为城市排水系统的建设与改造提供了一个新的思路。

韧性背景下的城市蓄涝工程体系构建与优化研究

现阶段城市内涝的主要原因是工程体系不完善和针对超标准暴雨的应急体系缺失所导致的城市内涝防治系统韧性不足。为了解决源头、中途与末端3环节之间的调蓄与排放规模协调路径不清晰的焦点问题,从城市内涝防治系统的韧性内涵入手,分析了城市内涝防治工程体系的建设内容,提出了城市蓄涝工程体系的架构与优化思路。主要结论有:城市蓄涝工程体系的韧性建设,是提升城市防涝能力的有效途径,是韧性城市建设的重要一环,非常规蓄涝工程体系是城市内涝防治韧性的重要来源之一;要基于与城市内涝防治设计重现期相对应的设计暴雨汇流与排水排涝进程,依据雨洪峰值期的城市内涝防治系统“排蓄关系”的衔接程度,来评估市政排水与水利排涝系统的能力是否协调;在城市蓄涝工程建设时,要聚焦体系中各个子系统之间的影响机制,寻求各个环节不同类型的治涝设施之间的协调路径,最大限度地减轻子系统之间的相互制约。理清了城市蓄涝工程体系的架构,明确了相关管理部门的职责,提出了蓄涝工程子系统规划设计与运行调度的协调路径,有助于“蓄涝工程体系”的系统性构建。

鄱阳湖入江水道水质风险评估方法的研究

为了量化鄱阳湖入江水道各监测断面的水质污染情况,探讨水质风险的变化规律,基于断面水质月际劣化速率对鄱阳湖入江水道的水质风险进行评估。选取吴城、都昌、老爷庙、星子和蛤蟆石断面的水质监测数据,推求出不同情景下水质“超标”的风险,并探讨水质风险在入江水道中的时空变化规律。结果表明:鄱阳湖水质月际劣化速率符合P-Ⅲ分布;本研究从有害事件发生概率的角度定义断面水质风险,科学描述了鄱阳湖入江水道面临的水质问题,设置的阈值能够合理刻划风险等级;导致鄱阳湖入江水道水质劣化的主要指标为TP、pH值和COD;蛤蟆石断面水质“超标”的控制指标为TP,超标概率为12.29%;吴城和老爷庙断面的控制指标为COD,超标概率分别是2.58%和2.73%;都昌和星子断面则为pH值,超标概率分别为1.82%和3.29%。基于该方法,可以预测相关水质指标的超标概率,确定断面水质风险等级,明确可能导致水质有害事件的主要指标,从而为目标水体水质的精准管理提供技术支撑。

鄱阳湖入江水道总磷时空分布规律及采砂影响简析

为了探讨鄱阳湖入江水道的总磷时空分布规律,区分水文自然节律与采砂影响的主次关系,结合区间纳污情况,对老爷庙、星子及蛤蟆石断面的总磷监测数据进行了时空变化的数理统计分析。结果表明:由于入湖水量差异导致水体自净能力与纳污能力的变化,鄱阳湖入江水道主要断面的总磷指标存在“丰水期优于枯水期”的周期性波动规律;老爷庙-星子段总磷浓度总体呈现优化趋势;星子-蛤蟆石段则呈劣化趋势;鄱阳湖采砂相关作业对断面水质存在一定的影响,但其本质是底泥扰动带来的内源性污染迁移,其影响较入湖排污带来的外源性污染要小。研究结果有助于更加理性地分析采砂对水质的影响。