环保型雨水口的分类模拟与效果评价

环保型雨水口是控制道路雨水径流面源的有效措施,特别是对初期雨水污染有突出的减控效果,在海绵城市建设中得到了广泛应用.由于环保型雨水口复杂的径流污染调控过程,目前尚缺乏合理和系统的模型概化手段,因而难以有效评估其径流污染调控效果.在全面梳理常见的环保型雨水口技术方案的基础上,将环保型雨水口概化分为弃流型、截流入渗型和人工填料型3类,考虑不同类型环保型雨水口复杂的径流调控与污染物削减环节,针对性地开展水量水质耦合模型构建,并利用设计降雨数据进行模型试算与效果评估.模型试算结果表明,该模型能够较好模拟均匀降雨、单峰降雨、双峰降雨和间歇降雨条件下的雨水口外排过程,满足水量平衡与污染物守恒.利用模型模拟能定量分离环保型雨水口不同环节的贡献,在此基础上评估了3类环保型雨水口径流调控与污染物削减的效果.相关成果能为环保型雨水口的规划设计与效果评估提供有效的模拟技术支撑,进而促进海绵型道路的推广应用.

基于SWMM与NSGA-Ⅲ的城市排水系统多目标优化

快速城市化和气候变化导致城市内涝频发,城市排水系统设计优化对城市排水防涝具有重要意义。以西安市小寨区域为例,选取排水管网和调蓄池两种灰色设施,基于SWMM模型与NSGA-Ⅲ算法结合,提出以管网溢流量最小、经济成本最低和径流控制率最大为目标的优化方法,对城市排水系统进行优化设计。结果表明:排水系统优化后,管网溢流量最小、经济投入最低和径流控制率均优于原设计方案,50 a一遇设计降雨条件下,管网溢流量减少11.70%,经济成本降低4.55%,径流控制率提升4.06%;10 a一遇和20 a一遇设计降雨重现期条件下,三个目标均有不同程度的改进。该研究成果可为城市排水系统优化设计提供理论基础和技术支撑。

基于分布式水文模拟的流域土壤水分时间稳定性分析

针对大范围地面土壤水监测会耗费大量人力物力等问题,为了获取密度较高同时又准确可靠的流域土壤水数据用于时间稳定性分析,寻找可以反映流域土壤水平均状况的代表性点,利用分布式水文土壤植被模型(DHSVM)模拟淮河黄泥庄水文站以上小流域293个采样网格上、中、下三层土壤含水量数据。结果显示:垂向方向上,黄泥庄流域土壤水分时间稳定性随深度递减;流域上层和中层具备时间稳定性特征的代表性点具有较高的一致性,易发生于流域主要土壤和植被类型覆盖区域,在此区域布设测点观测土壤水,可以更准确快速地捕获代表黄泥庄流域上层和中层平均土壤水分特征;采样点7、17和215可作为上、中层土壤的流域平均土壤水代表性点,利用它们预测流域土壤水平均值,可降低观测成本。研究成果可为流域土壤水监测方案设计提供参考。

北极扬马延岛大气边界层高度的气候特征分析

基于1973—2015年间的全球综合无线电探空资料(IGRA),采用总体理查逊数(Bulk Richardson Number)方法,分析了北极扬马延岛43年间的大气边界层高度变化特征,并对其多年月均大气边界层高度变化以及年均大气边界层高度变化进行深入分析探讨。结果显示,扬马延岛白天对流边界层高度高于夜晚稳定边界层高度,夏季多年月均大气边界层高度远低于冬春季节的高度,夏季平均高度仅为262 m,而冬春季节高度在600 m附近。大气边界层高度的变化与地面相对湿度的变化呈现较好的反相关关系。由于受到墨西哥湾暖流的影响,岛屿全年温差较小,夏季的相对湿度较大,导致潜热通量较多,抑制了边界层内的对流过程,造成夏季大气边界层高度较低。此外,其年均高度在1973—1988年间出现波动下降,而后在1988—1995年快速上升,最后于1995—2015年间变化平稳。

合流制排水分区海绵城市多层级调控效果定量评估

海绵城市建设逐渐强调系统治理的理念,通过多层级调控措施充分发挥海绵城市建设效果,但目前多层级调控措施缺乏细致的定量评估研究。为此,以北京城市副中心海绵城市试点区内的一个已建合流制排水分区为例,基于InfoWorks ICM软件构建海绵城市建设区的精细化模型并开展情景模拟分析,定量评估不同层级的海绵城市建设效果。结果表明:①与海绵城市建设前相比,源头调控、过程调控、末端调控方案的年径流总量控制率由47.9%分别提升至51.4%、75.7%、75.2%,源头-过程联合调控方案和源头-过程-末端联合调控方案分别达到77.0%和84.5%;②在合流制排水分区计算年径流总量控制率时,应考虑在下游再生水厂处的间接溢流过程,以准确评估海绵城市建设效果;③对于合流制排水分区,实施截污管过程调控工程后仍存在年均13次的合流制溢流事件,源头-过程-末端联合调控使得年均溢流频次和溢流总量分别降低61.5%和52.5%;④受再生水厂处理能力的制约,多层级调控技术方案对排水分区下游再生水厂溢流事件的影响十分有限,年均溢流频次和溢流总量仅降低6.2%和3.8%,有必要在排水分区尺度多层级海绵城市建设的基础上,采用再生水厂提标改造等一系列综合性手段,实现区域尺度的海绵城市建设目标。