LID设施布局对城市径流与污染负荷影响评估

关于低影响开发(LID)空间布局对水量水质控制效果影响的研究较为缺乏。针对上述问题,以郑州市中原区为对象,基于SWMM模型原理构建布设LID设施的研究区城市水量水质模型。所提模型依据城市综合径流系数的经验值以及研究区实际情况,将中原区划分为城市建筑高、中、低密集区,并在研究区高、中、低密集子汇水区布设不同比例的LID设施(S1~S5),计算不同雨量级别下不同空间格局下的LID设施对水量水质的控制效果。结果表明:随着雨量级别的增大,LID方案的径流总量削减率、峰值流量削减率和TSS负荷削减率不断减小。在降雨级别为暴雨、大雨和中雨时,在高、中、低密集子汇水区布设占比分别为35%、35%和30%的LID方案(S5),其径流总量削减率超过80%,峰值流量削减率超过70%,且TSS负荷削减率超过50%。从各事件下水量与水质综合指标评估来看,该方案表现最佳。

基于遗传算法的LID设施优化布设

在系统化全域推进海绵城市建设的背景下,低影响开发设施布设对城市雨洪过程具有重要影响。以江苏省宜兴市区为研究对象基于暴雨洪水管理模型SWMM建立研究区雨洪模型,考虑以径流总量削减率、悬浮物负荷削减率、生命周期成本、低影响开发设施占地面积建立综合目标函数,通过权重调整目标参数的优先级,运用遗传算法求解得到不同情景下低影响开发设施的最佳布设方案。结果表明:①在同等权重条件下,生命周期成本对优化计算的影响远大于面积,径流总量削减率与悬浮物负荷削减率影响较小;②位于管道上游的小面积汇水区内低影响开发设施的优化布设易受降雨重现期影响。研究成果可为海绵城市建设中低影响开发设施的优化布设及城市内涝防治研究提供参考。

基于多目标进化算法和SWMM的LID设施空间布局优化研究

针对传统算法无法满足低影响开发(LID)设施空间布局优化模型求解的性能要求的问题,以重庆秀山海绵城市建设区为研究区,基于MATLAB软件的platEMO4.0平台,对比分析了NSGA-Ⅱ、NSGA-Ⅲ、MOEAD、PICEA-g、MOEAPSL、CCMO与CAMOEA7种多目标进化算法对LID设施空间布局优化问题的求解结果与性能评价指标,并提出最佳方案。结果表明:新算法大部分性能指标优于传统算法,其中CCMO算法的多样性与收敛性最佳,而MOEAPSL算法的求解速度最快,搜索能力最强,且最优解数量最多;采用CCMO和MOEAPSL算法可获得研究区不同降雨重现期下的Pareto近似前沿,即LID设施空间布局的最优解集;以径流削减为控制目标的最佳方案在降雨重现期为5~100 a时径流总量控制率为67.23%~76.70%,洪峰流量削减率为66.42%~77.86%,LID单位面积建设成本为203.90~245.23元/m 2。

基于SWMM的LID设施分区布局及减排效益

为探讨低影响开发(low impact development,LID)设施对缓解城市洪涝灾害以及削减污染负荷的效果,选取绿色屋顶、雨水花园、透水铺装和雨水罐4种LID设施,通过构建暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM),并根据实际地形和管网走向将研究区汇水面分为不同分区,分析LID设施组合在7种布设方案下对径流控制和雨水污染负荷减排的影响。结果表明:对于7种布设方案,LID设施组合均能有效削减径流量和雨水污染负荷,且分区布设时,LID设施组合在上中游分区对径流量的控制效果较好;在相同设计降雨重现期下,各布设方案的削减效果依次为全区>上中游分区>中下游分区>上下游分区>下游分区>中游分区>上游分区;LID设施组合布设在下游分区时的径流量削减率较布设在上游分区提升5.19%~6.82%,布设在上中游分区较布设在上下游分区提升1.87%~3.62%,较布设在下游分区提升16.48%~18.97%;LID设施组合全区布设较布设在下游分区提升29.60%~31.17%,较布设在上中游分区提升12.20%~13.12%。因此,在海绵城市规划建设之前建议全区按需布设LID设施,在进行老旧小区改造时可着重考虑将LID设施布设在上中游分区。

海绵机场LID设施雨水循环可视化模型构建

近年来,极端暴雨频发,给机场的安全运行带来极大挑战。为降低机场建设对生态环境的影响,低影响开发海绵机场建设理念受到越来越多关注。首先根据机场安全运行、净空、鸟击防范等要求,进行了海绵机场雨水循环模型设计。为了更直观展示海绵机场LID设施雨水径流循环过程,借助3DsMax、草图大师等三维建模软件,以适合海绵机场建设的LID设施为例,进行LID设施的三维可视化雨水循环模型构建。研究结果可直观展示海绵机场LID设施的雨水径流循环过程,大大提高海绵机场LID设施的三维可视化水平,有利于提升海绵机场的设计和管理运行水平。这为海绵机场的规划建设提供了参考。

基于海绵城市子汇水分区LID设施的峰值径流控制效应

为探索海绵城市设计中子汇水分区的积水内涝风险的解决途径,采用SWMM建模针对不同重现期下LID设施及组合的峰控特性、容积型LID设施增量规模的峰控规律进行研究。结果表明,容积型LID设施主要通过延时达到峰控效果,渗透型LID设施主要通过整体产流削减达到峰控效果,容积型LID设施峰控效果更为明显;仅渗透型LID设施组合对5年及以上重现期降雨无明显的峰控效果,搭配容积型LID设施后能够对重现期为10年以内的降雨达到20%以上的削峰率;渗透型LID设施规模增加60%及以上时,对重现期50年及以内的降雨削峰效果较为明显;其规模增加80%及以上时,基本能够保证重现期50年及以内开发后径流总量不超过开发前。研究结果旨在探索局部区域的积水内涝风险的解决途径,为实际海绵城市子分区峰值径流控制设计提供理论参考。

基于SWMM模型的城市道路LID设施设计参数优化研究

以深圳市光明新区为例,运用SWMM模型研究了生物滞留设施、透水沥青道路、透水铺装三种LID设施对区域内道路综合径流总量和污染负荷总量控制效果的影响中7个设计参数的优化,模型中水文水力、水质参数通过典型降雨过程进行率定。结果表明,E_(NS)、R^2值基本在0.77和0.80以上,SWMM模型模拟与实测水量水质过程趋势线基本一致,精度较好;7个设计参数中,D_A和D_C对径流总量和污染负荷总量控制呈负相关,其余参数呈正相关,且影响最大是D_C;B_H、S_(T1)和S_(T2)的设计优化值分别为0.15~0.3、0.6~0.8、0.5~0.7m,DC的设计优化值为0.5~1.5,H_A和D_A应在10%范围内予以优化。

基于SWMM的城市道路LID设施雨水调控效果研究——以武汉市工业路为例

该文分析了城市道路径流规律和适用的LID设施,以武汉市工业路为例构建SWMM模型,探讨不同降雨强度下的生态滞留设施、植草沟、透水路面以及组合模式下的城市道路LID设施雨水调控效果。结果表明:(1)各等级城市道路应采用不同的雨水调控策略,LID设施对城市道路雨水调控作用显著,可有效减少径流量、降低峰值流量、推迟雨峰时间;(2)采用LID组合设施模式的城市道路,在0.5年一遇到10年一遇降雨下,LID设施对城市道路雨水径流量的削减率为34.8%~44.2%,对峰值流量的削减率为66.0%~83.6%,雨峰时间稳定推迟15min。(3)各类LID设施的径流削减量和峰值削减量随着降雨强度增大而提高,削减率呈总体下降趋势。LID设施一般对中小雨情(二年一遇及以下)的城市道路雨水控制作用更明显。城市道路景观设计时应更重视透水铺装材料的应用,降低道路绿地的雨水调控负荷。

海绵城市中LID设施对降雨径流及非点源污染的控制研究

低影响开发(LID)以源头控制和延缓冲击负荷为核心理念,强调城镇开发应减小对环境的冲击,是海绵城市建设的重要途径。研究以海绵城市试点区域虹桥港片区为例,采用暴雨洪水管理模型(SWMM模型),对研究区域LID设施实施前后降雨径流以及非点源污染的变化情况进行定量和定性研究。研究结果表明:LID设施对地表径流量峰值削减作用明显,但随着降水重现期的增加,削峰作用降低;同时,对径流污染物总量削减效果明显,在不同降雨强度下,均能有50%以上的削减作用。

兼顾功能、环境和效益的LID设施配置优化方法研究

本文在对LID(Low Impact Development,低影响开发)设施的建设位置及规模同步优化设计的基础上,研究了一种同时兼顾减少雨水径流量、降低径流污染负荷、节约投资成本的多目标的居住小区LID设施配置优化方法。通过创建SWMM(Storm Water Management Model,暴雨洪水管理模型)雨水模型来模拟各LID布局方案的水量和水质。再借助SUSTAIN(System for Urban Storm water Treatment and Analysis Integration,城市暴雨处理分析集成模型系统)中的BMP(Best Management Practice,最佳管理实践)选址工具对LID设施的适建位置及最大可建规模进行识别。最后,构建多目标优化模型,利用NSGA-Ⅱ算法对优化模型进行求解,从而得到优化设计方案解集。

高速公路海绵服务区LID设施研究

文章以海绵城市建设理论为依据,采取低影响开发理念,选取渗透路面、渗透式植草排水沟、绿色屋顶、集雨绿色生态系统、土壤入渗改良剂、渗排一体化系统等作为海绵服务区建设的应用设施,进行了建设要点研究分析,为高速公路海绵服务区LID设施的选取提供借鉴。

耦合NSGA-Ⅱ算法与高精度水动力模型的LID设施优化设计方法研究

目前LID设施优化设计方法中常采用水文方法进行模拟计算,而该方法存在模拟精度不高等问题。基于NSGA-Ⅱ算法并利用城市一、二维耦合水动力高精度数值模型提出了LID设施优化设计成本效益方案的自动寻优方法。将该优化设计方法应用于西安市西咸新区海绵城市建设,分别对单项及组合LID设施优化解集中3种不同建设成本方案进行了分析。结果表明:随着建设成本的增加,单项及组合LID设施的建设效果也随之增加;在相同建设低成本的方案中,组合LID设施建设效果会低于某单项LID设施建设效果,但随着建设成本的持续增加,最终组合设施的建设效果会优于单项设施;决策者可以基于此种方法得到LID设施建设成本与建设效果间的规律,选择满足实际工程需求的设施建设最优方案。

海绵城市LID设施模型参数敏感性研究

随着各地海绵城市建设的推进,模型评估在海绵城市低影响开发设计中得到广泛运用,准确的LID设施模型参数确定是其应用可靠的关键性问题。以厦门海绵城市试点建设为契机,采用Morris分析方法,对SWMM模型中的几类LID设施模型参数进行敏感性分析。研究结果表明,表面粗糙系数对于植草沟设施而言是高敏感参数,土壤导水率对于绿色屋顶、生物滞留池设施而言是高敏感参数,土壤导水率和表面粗糙系数对于透水铺装设施而言是高敏感参数。

基于SWMM-MIKE11的LID设施对区域水量水质控制

LID设施能有效缓解城市内涝和径流污染,但目前LID设施对水量水质控制效果的评估与优化研究不足。文章以南京某海绵城市建设试点片区为研究对象,基于SWMM和MIKE11构建了降雨径流与河道水质模型。模拟结果表明,LID设施建成后,区域节点积水数量明显减少,河道水质达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类,但区域年径流总量控制率无法达到75%的控制要求。通过LID设施建设方案优化得出,试点片区增加透水铺装和下凹式绿地可达到径流量控制目标。

基于Morris、Sobol和EFAST的LID设施模型参数全局敏感性分析

SWMM低影响开发模块可模拟暴雨情景下LID设施的水文效应,已在我国城市雨洪管理中得到广泛应用。研究以深圳市宝安区新桥河流域为例,选用Morris法、Sobol法和EFAST法分析了SWMM模型输出变量中的蒸发量、雨水下渗、地表径流量和峰值流量对4种LID设施(植被草沟、绿色屋顶、生物滞留池和透水铺装)模型参数的全局敏感性响应,并对比了3种方法的分析结果。研究表明:生物滞留池导水率对蒸发量、雨水下渗和地表径流量影响最显著,生物滞留池植物覆盖率和导水率对峰值流量影响最显著。Morris法、Sobol法和EFAST法计算的参数敏感性有较高的一致性。通过3种方法的对比分析,可有效地提高LID设施参数的敏感性分析的可靠性和准确性,从而为海绵城市优化设计提供技术支撑。

重庆LID设施的植物选择与配置

重庆是海绵城市建设中典型的山地城市,LID设施植物在"滞、蓄"功能上发挥着关键作用。阐述LID植物的选择配置原则,以重庆应用最为广泛的3种LID设施(植草沟、生物滞留设施、湿塘与雨水湿地)为出发点,对3类LID植物选择、生物特性、植物配置、功能优化进行分析探讨,并列举了适宜重庆地区生长的植物种类与植物群落。

暴雨分布对LID设施设计深度及径流削减效果的影响

目前在确定低影响开发(LID)措施的设计深度以及对径流削减能力的方法时,一般借鉴城市排水规范中的设计暴雨法,暴雨强度采用整个历时上的平均值,但其与实际暴雨分布有一定差别。针对不同暴雨分布对低影响开发措施的两个关键指标,首先分析了雨强分布对LID设施蓄水深度的影响,然后针对一定设计标准,研究了不同暴雨分布下,LID设施削减雨水径流的效果。结果表明,针对典型设计情况,暴雨分布对于LID设施蓄水设计深度影响不大,相对差别在15%左右。而针对一定设计,暴雨分布对于计算径流削减效果影响较大,在降雨分布十分不均的情况下可达21.5%,暴雨分布越不均匀差异越显著。在设计LID设施时可以采用平均雨强,但是在确定对变化显著的极端暴雨的削减效果时,不宜采用平均雨强,应尽可能采用接近实际暴雨过程的计算方法。

海绵城市LID设施运行效能衰减机理及寿命分析研究综述

为了研究海绵城市LID设施长期受纳降雨径流后填料理化性质的演变规律,揭示设施运行效率的衰减过程及机理,探索设施合理的使用寿命,以海绵城市LID设施为研究对象,从设施填料理化性质与水分入渗和污染净化能力的关系、入渗性能改变及污染物吸附饱和、LID设施运行效能衰减及运行寿命几个方面,通过文献资料综合评述国内外研究的进展与不足。结果表明:现有研究大多围绕LID设施结构、效果与影响机制展开,对其填料理化性质的演变规律、入渗性能改变及污染物吸附饱和等缺乏系统研究,对设施运行效率的阶段性、动态化衰减过程研究鲜见报道,制约设施运行寿命的机理不明确,影响其合理使用。建议今后从以下3个方面开展进一步研究:(1)明确LID设施填料在运行期间理化性质的动态演变过程,发展基于LID设施水量调控和污染物净化效果的新方法;(2)揭示填料入渗性能和污染物吸附量随运行时间尺度的变化规律,从径流水质、材料两个方面探索海绵城市集中入渗条件下,LID设施不同填料发生堵塞和污染物吸附饱和的内在机理及驱动因子;(3)阐明LID设施运行效能衰减机制,建立LID设施运行效能衰减评价方法,进一步研究并确定LID设施合理的使用寿命。

基于LID设施的市政排水设计要点研究

为了提高我国市政排水设计水平,文章首先基于LID理念分析了新型雨洪管理模式的构建载体、设计步骤、适用范围等,然后分析了城市典型LID设施的作用及设计要点,最后以某城市道路为工程依托,探讨了LID设施对地表径流总量和径流峰值的改善效果,研究成果能够为类似的市政排水设计提供理论指导。

基于SWMM的LID设施地域性设计探讨

为保证海绵城市建设的科学推广,针对我国南北地区降雨差异,以沈阳市和海口市最新暴雨强度公式为依据进行分析模拟后认为,在60 m宽道路和周边地块设计不同的LID设施,可满足相同的年径流总量控制率和污染物去除率。