高度城市化区域汇水域尺度LUCC的降雨径流调蓄效应--以上海城市绿地系统为例

快速城市化进程导致的土地利用/土地覆被变化(LUCC),对城市地表水文过程影响显著。城市绿地作为主要的城市透水型下垫面类型,具有良好的降雨径流调蓄效应。利用2000、2003年上海中心城区小尺度城市汇水域的LUCC、降雨和径流资料,以绿地系统为例,分析了高度城市化区域内,面积分别为2.60km2和2.77km2的相邻汇水域LUCC的水文过程。结果表明,高度城市化区域内小尺度城市汇水域的城市绿地系统具有良好的削减城市雨水径流总量和延缓雨水径流洪峰现时的调蓄效应。案例研究显示,在绿地系统面积比例分别为39.13%和27.36%,边界条件相近的对比城市汇水域内,10%绿地系统面积比例差,及其绿地结构、覆被植物和土壤类型的差异共同造成:①对比汇水域年径流系数存在约0.3的差别;②对24h降雨量为42.8mm的大雨径流过程,延后径流峰值出现时间约20min;③对24h降雨量超过270mm的特大暴雨径流过程,削减地表径流系数约0.1。

国际低影响开发实践对上海城市雨水管理的启示

上海汛期降雨强度明显大于城市排水标准,初期雨洪污染负荷较大,对社会经济以及环境造成了较大危害,这些问题历来是困扰上海的难题,而国际上模拟开发之前雨水的自然循环过程,实践低影响开发等先进的雨水管理理念,缓解了传统的城市化过程中带来的城市内涝、城市面源污染等不利影响,值得上海借鉴。通过归纳国际先进的雨水管理理念,从综合管理和市场引导两方面探讨国际上雨水管理的激励机制,针对上海的现状问题,分别从综合管理、市场激励和公众宣传层面提出了建议,以期对上海的雨水管理工作提供参考和借鉴。

上海中心城区河流水系百年变化及影响因素分析

分析上海中心城区河流水系1860～2003年变化情况，研究表明：①140余年来中心城区有历史记载河流消失至少310条段，总长超520kan，水面积减少约10．46km^2，水面率下降3．61％。中心城区所在水利片河流水系结构破坏，水系分枝比受河道消亡影响明显降低，水系分维数异常；②中心城区河流水系阶段性集中消亡，消亡驱动力因消亡时期而异；③初步估算，140余年来中心城区河道槽蓄容量减少超过2029×10^4m^3、单位面积可调蓄容量减少5．06×10^4m^3／km^2。河道槽蓄容量较百年前减少超过80％，城市河网调蓄能力明显削弱，且1950～1990年市政雨水泵站累积增加数目与同期区域内河道累积消失数量、长度和槽蓄容量间均呈显著正相关性。

基于河网水系的江南水乡风貌和文化保护途径--以上海朱家角镇为例

以上海朱家角镇为研究对象,结合遥感影像数据分析、历史资料收集整理、实地调查访谈,探讨基于河网水系的江南水乡风貌和文化保护途径,结果显示:①2006年朱家角共有河道374条,其中88.7%为村级河道;镇内水环境质量不容乐观,除溶解氧及化学需氧量外其余监测指标均未达到Ⅱ类地表水标准;②1965～2006年朱家角河网水系结构趋于主干化和简单化,期间消失河流164条,消失河流总长达27.77km,消失河流面积共0.45km^2,消失河流均为村级河流;近40年,水乡文化在桥梁、街巷、民居、宗教性建筑及地名等要素上产生了相应变化;③从末端河道重视程度、城镇水环境整治、水乡文脉保育等方面提出建议,以便开展基于河网水系的江南水乡文化保护工作。

上海中心城区合流制排水系统调蓄池环境效应研究

于2006-2008年同步监测了上海中心城区成都路合流制排水系统20余次的降雨、径流和径流水质过程,研究了国内首座投入使用的城市大型排水系统调蓄池的环境效应.结果表明,调蓄池有效提高了排水系统排水能力,系统截流倍数可从3.87倍提高到6.90-9.92倍.对暴雨溢流和旱流试车溢流的年际平均削减量分别为9.10×104m^3和8.37×104m^3,削减率分别达9.00%和100%.对暴雨溢流COD、BOD5、SS、NH4＋-N和TP的年际平均削减率分别为13.76%、19.69%、15.29%、18.24%和15.10%,相应削减量分别为41.21、12.37、50.10、2.12和0.29 t·a^-1.调蓄池可100%削减旱流试车溢流污染,相应污染物的削减量分别为20.75、4.87、14.90、4.49和0.30 t·a^-1.分析显示调蓄池设计标准、运行模式和降雨条件是影响调蓄池环境效应发挥的重要因素.

上海中心城区土地利用变化对区域降雨径流的影响研究

土地利用变化导致的城市下垫面改变对降雨径流关系有着重要影响。选择高度城市化的上海中心城区,利用初损和径流量修正方法并经实测数据验证后的SCS-CN修正模型,在城市集水区尺度上,初步探讨模拟了1947—2006年中心城区在0.5～10 a一遇设计暴雨重现期条件下持续1 h的降雨事件和丰、平、枯降雨年份下的径流系数,并分析了土地利用方式、前期土壤湿润程度(AMC)和降雨因素对中心城区60 a降雨径流关系的影响。结果表明:①60 a间,AMCⅠ和0.5～10 a一遇设计暴雨重现期条件下的径流系数相对增长17.21%～6.14%,枯、平和丰水年的年径流系数相对增长分别为20.49%、11.83%和10.02%;②土地利用类型、土壤入渗能力和AMC类型,与降雨强度共同构成影响降雨径流关系的两方面重要因素。随着降雨强度的增大,在AMCⅠ→Ⅲ过程中,土地利用改变对降雨径流关系的影响趋小,降雨类型起决定作用;而降雨强度越小,土壤AMC越干燥,土地利用改变对降雨径流关系影响越强;③不同降雨强度和降水年条件下的径流系数均随CN值的增大而增加,其径流系数与CN值之间分别可用线性(R2>0.999)和指数(R2>0.987)关系表示。

城市绿地削减降雨地表径流污染效应的试验研究

针对城市降雨地表径流造成的非点源污染已成为城市收纳水体水质恶化和生态退化的主要因素这一现状,利用室内土壤柱模拟城市绿地对典型降雨地表径流污染的削减效应,研究土地覆被、径流污染物浓度、土层厚度以及水力负荷与停留时间对污染削减率的影响.结果表明,在低、中和高3种典型降雨地表径流污染浓度水平（COD为44.5、144.3、487.2 mg·L^-1;NH4＋-N为4.27、11.44、36.61mg·L^-1;TP为0.98、2.85、9.66 mg·L^-1）,8.15、7.13和6.12 cm.h-1的进水负荷持续1 h条件下,城市绿地的污染削减能力良好、稳定,对照组对COD、NH4＋-N和TP的平均削减率分别达到33.41%~37.14%、58.74%~61.49%和63.65%~67.08%;受复氧能力和水力停留时间的限制,绿地覆被植物对污染物削减率的影响不明显;随着降雨地表径流污染浓度水平的增加,绿地的污染综合削减率保持在50%~60%左右,略有增大趋势;绿地对降雨地表径流污染的削减主要发生在深度50~70 cm的土层之上.

上海中心城区苏州河沿岸排水系统降雨径流水文水质特性研究

为了解城市合流制管道系统降雨径流的水文水质变化过程与特征,于2007年7～9月对上海中心城区合流制排水系统(CSS)4类强度降雨(小雨、中雨、大雨和暴雨)的降雨量、径流量和污染浓度进行了同步连续监测与分析.结果表明,径流过程线滞后于降雨过程线约15～25min,形态与降雨过程线相似,波动幅度低于降雨过程线.4类强度降雨的径流系数分别为:0.33、0.62、0.67和0.73.CSS基本存在30/30标准的降雨径流初始冲刷现象,污染物浓度过程线滞后于降雨过程线约30～40min.4类强度降雨径流的pH值和重金属Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、Ni的事件平均浓度(EMC)均符合地表水环境质量标准Ⅴ类水要求,COD、BOD5、NH4+-N和TP的EMC的变化范围分别为225.0～544.1、31.5～98.9、8.9～44.2和1.98～3.52mg·L-1,平均分别超过Ⅴ类水标准9.3、5.6、11.7和6.1倍,接近国外城市CSS的平均污染水平.SS与COD、BOD5、NH4+-N和TP在p<0.01水平上均具有一定的正相关性(R为0.359～0.736),颗粒态有机类和营养类污染物的比例平均为70.21%.

亚高山林线优势种形态结构和竞争力对CO2浓度和温度升高的响应

利用封顶式生长室模拟未来变化的气候条件,研究了亚高山林线优势物种岷江冷杉(Abies faxoniana)和4种草本植物形态与竞争指标对CO2浓度和温度升高的响应。结果表明:处理2个生长季后,高CO2浓度条件下,岷江冷杉冠体积增加42%,比叶面积、比冠体积和比根长分别增加17%、65%和19%;温度升高使岷江冷杉冠形更纵向生长,冠体积增加22%,根冠比和比根长均比对照增加17%;二者同时升高使岷江冷杉冠体积增加79%,比叶面积、比冠体积和比根长分别增加17%、197%和18%。CO2浓度升高处理下糙野青茅(Deyeuxia scabrescen)的株高、基茎和每株叶片数增加,但比叶面积降低;甘肃苔草(Carexkansuensis)、东方草莓(Fragaria orientali)和紫花碎米荠(Cardamine tangutorum)的各项指标变化与青茅相反。温度升高下青茅、苔草、草莓株高、基茎和根冠比下降。二者同时升高条件下4种草本植物的基茎和每株叶片数增加,但比叶面积和根冠比降低。这表明,在CO2浓度和温度升高处理下,岷江冷杉形成有利于生长的冠层结构且单位质量的竞争力增加,而4种草本植物的形态结构和竞争力均受到不同程度的负面影响。