建筑小区尺度下径流控制率与非点源污染负荷削减率协同关系研究

以陕西省西安市天福和园小区为例,基于SWMM原理构建了水质水量计算模型,借鉴国内外相似地区相关模型参数的选取并结合实测数据确定模型参数。设计了9种重现期和5种雨峰系数条件的45场降雨,以分析不同降雨条件下研究区域的径流控制率与非点源污染负荷削减率的协同关系。结果表明:相同雨峰系数降雨条件下,径流控制率与非点源污染负荷削减率呈线性关系,COD、TN、TP和TSS 4种污染物的拟合函数曲线的协同系数均大于0.989;雨峰系数对拟合函数曲线的斜率与截距影响不大;建筑小区尺度下径流控制率与非点源污染负荷削减率存在高度的线性关系,可根据径流控制率推算出污染负荷削减率。

珠三角典型区域农田小区尺度氮、磷、镉、砷输移特征与控制对策

区域氮、磷、镉、砷输移变化是影响农业生产、导致农田面源污染的主要因素。基于土壤表观平衡模型,以珠三角流域佛山市农业科学研究所试验农田为典型研究区域,构建农田小区尺度土壤表观氮、磷、镉、砷平衡模型,对4种元素在土壤中输移结构和平衡进行分析。结果表明:研究区域4种元素的主要输入途径是施肥,而输出的主要形式各有不同。其中,氮、磷主要输出形式是作物富集输出,输出占比分别为57.5%和39.0%;镉、砷主要输出形式分别是地表径流和作物富集输出,输出占比分别为66.7%和10.7%。研究区域4种元素均出现了不同程度土壤富集现象,农田小区尺度氮、磷平衡处于盈余状态,而镉、砷平衡处于亏损状态,4种元素的平衡强度分别为37.40、8.88、-1.35和-20.50 kg/(hm^(2)·a),仅氮、磷未超过当地土壤环境安全阈值。分析试验农田中5类蔬菜各部位镉、砷富集情况发现,砷的富集系数均达到70.0%以上,而镉的富集只在辣椒叶中较为突出,富集系数达到57.5%。研究显示,应重视肥料输入的有效利用,加强农田灌溉水、农作物和地表径流中重金属的监测,以保障区域粮食安全和水环境安全。

下凹绿地与雨水花园在小区尺度应用中的对比

为了探索下凹绿地和雨水花园在工程实践中的对比优选,详细介绍分析了下凹绿地和雨水花园这两种低影响开发设施。选取桐庐县某小区,通过构建SWMM模型,模拟基础组合、基础+下凹绿地、基础+雨水花园3种LID布设方案在1年一遇、2年一遇、5年一遇重现期暴雨时的出水口径流过程及各污染物负荷总量,并选用层次分析法评价了下凹绿地和雨水花园的综合效能。结果表明,下凹绿地和雨水花园对径流和水质均有一定的削减作用,且雨水花园作用效果更显著,层次分析评价出雨水花园综合效能更优。

基于GIS的住宅小区人居环境评价

为了了解住宅小区尺度上的人居环境状况,以"天地图·宜兴"地理信息服务平台为数据源,利用GIS空间分析技术提取了10项评价指标,构建了住宅小区人居环境评价指标体系;并结合层次分析法对宜兴市11个典型住宅小区人居环境进行了综合评价。根据评价结果对11个住宅小区的人居环境质量进行了总体与样点相结合地分析,从广度和深度上为各样点人居环境问题提出了切实可行的整治建议。

不同空间尺度土壤水分研究进展

土壤水分是土壤学与水文学等相关学科研究的重点领域和热门话题,是岩石圈—大气圈—生物圈—水圈中水分循环的关键环节。本研究从小区、坡面、流域、区域四个空间尺度探讨土壤水分时空分布格局及主要影响因子,发现各空间尺度土壤水分的研究侧重点及主控因子均不相同,因此提出了不同空间尺度上土壤水分的未来研究方向,为多方位、多角度、多视野探索土壤水分变异及拓展相关领域的研究提供理论依据。

建筑物对周边气温影响的初步研究

随着城市化进程的加快,建筑物成为影响气温观测的最重要因素之一。为了定量研究建筑物对周边气温的影响,应用城市小区尺度模式,选取气象站观测的3个重要时刻(14∶00、20∶00以及02∶00,北京时间),模拟了草地下垫面上长60 m、宽20 m的孤立建筑物,在不同高度(6、18、30m)及不同初始风速(2、4、6、8、10 m·s^(-1))条件下建筑物下风方的气温变化。研究结果表明:(1)由于建筑物的存在,夏季晴天14∶00建筑物下风方最大增温可达2.4℃,夜间20∶00和02∶00建筑物下风方最大降温分别为1.0℃、2.4℃。(2)以影响幅度大于0.1℃为标准,建筑物对下风方气温影响的最大距离在14∶00为11.7倍建筑物高度;而在20∶00和02∶00分别达到36.7倍和21.7倍建筑物高度,超过气象探测环境保护条例规定标准。(3)建筑物导致下风方风速衰减,从而增加了湍流动能中机械产生项的作用,即风速衰减幅度越大,对气温变化影响作用越强;而在白天不稳定层结下,建筑物造成的太阳辐射遮蔽效应对气温变化也有一定影响,建筑物越高,反而会在一定程度上减弱增温效应。

邯郸东部典型平原区的径流退水过程模拟研究

以位于邯郸永年区的河北工程大学降雨-径流-灌排试验场为依托,进行数场人工模拟降雨试验;分别探讨了邯郸东部典型平原区河道径流、地表径流和各层壤中流出流的退水特征。对各种出流方式对比结果表明,河道径流和地表径流在降雨停止后迅速消退;且很快退水完毕。壤中流退水往往在地表径流退水的后半程开始,其退水历时最长、流量最小。影响因子分析表明,降雨强度对退水流量的影响比较明显地表现在河道径流方面,即随降雨强度的加大,河道径流的退水流量呈幂函数上升趋势;降雨量对各层壤中流总退水流量的影响显著;即随着降雨量的增大,壤中流退水流量呈幂函数增大趋势;降雨历时对各种方式的退水流量影响均不明显。雨强还影响退水流量在总径流量中的分配比例,河道径流、地表径流、壤中流1和壤中流2出流的退水流量分别占总流量的0.72%、8.6%、1.71%和0.19%,退水流量占总流量的12.31%。当雨强小于2 mm/min时,随着雨强的增大,地表径流退水流量所占比例呈直线增加趋势;但当雨强增加到2 mm/min以上之后,地表径流退水流量所占比例反而下降了;随着雨强的增加,壤中流总退水流量所占比例呈对数函数逐渐下降的趋势。计算结果表明,该区退水常数可以分河道径流、地表径流退水和壤中流退水2类,其数次降雨平均值分别为0.85和0.95。这一结果为进一步研究水文过程乃至流域尺度的退水过程提供了借鉴。

基于SWMM的天津市某海绵型建筑小区径流水量水质效果模拟分析

以天津市某海绵型建筑小区为研究对象,采用在线监测与模型模拟相结合的方法,开展小区尺度海绵化改造对径流水量水质效果评估的量化研究。构建暴雨雨洪管理模型,利用实测降雨、水量、水质数据进行模型关键参数的率定与验证,在设计降雨和实际场次降雨、多年连续降雨情景下,模拟分析海绵化改造对径流总量、径流峰值、径流污染的控制效果及差异。结果表明,海绵型建筑小区在2~10年一遇设计降雨重现期下,径流总量控制率为64.43%~74.10%,径流体积削减率为31.27%~40.09%,监测排口处径流峰值削减率为40.57%~41.40%。在55场实际降雨情景下,径流总量控制率为58.29%~100.00%,径流污染削减率为40.93%~83.05%。同时,总降雨量、最大小时降雨量是影响径流总量、径流污染控制效果最主要的降雨特征,存在较强的负相关(P<0.01)。多年连续降雨情景下,年径流总量控制率为78.61%,年径流体积削减率为37.18%,年径流污染削减率为45.16%。该研究成果可为科学定量评估海绵型建筑小区径流控制效果提供参考。

降雨特征对多雨城市海绵改造小区径流控制效果的影响

为科学定量评价不同降雨特征对多雨城市海绵改造小区径流控制效果的影响,该文基于在线监测和模型模拟相结合的方法,以某多雨地区海绵城市试点区内一个典型小区为研究对象,布置代表性的监测点对其排口流量和悬浮物(suspended solid,SS)进行连续在线监测。在此基础上构建暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM),开展海绵小区改造对径流水量控制和水质净化效果评价的实证研究。利用实测在线降雨水量水质数据对模型关键参数进行率定和验证,Nash-Sutcliffe效率系数均大于0.71。在实际场次降雨和典型年降雨情景下,模拟分析了海绵改造对雨水径流水量控制和水质净化的效果。结果表明,海绵改造后,小区范围内的年径流总量控制率为52.9%,年径流削减率为28.0%,污染物负荷削减率为66.3%。整体而言,共计81场降雨事件下的径流控制率均达到70%以上。同时,研究发现极端降雨事件与各降雨事件下的降雨特征均对场降雨径流控制能力有不同程度的影响。研究区2009年内平均场降雨控制率为86.5%,而当分别不考虑极端小降雨/暴雨事件时,平均场降雨控制率为79.9%和88.2%。降雨量与雨前干期对场降雨径流控制能力的影响较大,在小雨(<15 mm)、中雨(10~25 mm)及大雨(>25 mm)3种不同情况下,研究区的场降雨径流平均控制率分别为98.1%、73.8%和52.9%。在雨前干期大于等于6 d的降雨事件下(共15场),场降雨径流控制率均达到90%以上。而降雨历时与平均雨强对场降雨径流控制率的影响并不显著。