城市降雨径流控制LID BMPs规划方法及案例

借鉴国外城市降雨径流控制的理念和实践,通过对国内外城市降雨径流低影响开发型最佳管理措施(LID BMPs)研究和分析,提出了城市降雨径流控制LID BMPs规划方法体系。选择广东省环境保护职业技术学院佛山校区为研究区域,以SUSTAIN系统作为规划支持工具,在适用LID BMPs措施筛选的基础上,进行了LID BMPs措施的选址、布局研究。设计了开发前情景、开发基础情景、经济适用型BMPs情景(情景1)和功效最大化BMPs情景(情景2)4种不同的情景方案,进行降雨径流量(总径流量和峰值流量)和径流水质(SS、COD、TN、TP)的模拟,得到了情景1和情景2的径流量和水质的控制效益。以年径流量削减比作为优化目标,对情景1和情景2两种情景方案进行了优化,给出了最具成本-效益的规划情景方案。     

建筑小区尺度下LID措施前期条件对径流调控效果影响模拟

以西咸新区天福和园住宅小区为研究对象,采用暴雨洪水管理模型（Storm Water Management Model,SWMM）构建含低影响开发（LID）措施调控作用的城市雨洪过程数值模型,模拟分析了不同重现期降雨下LID措施和传统开发情况在不同前期条件下的径流控制及峰值削减效果。结果表明:① LID措施自然状态、半饱和与饱和状态在不同重现期降雨下径流控制率分别为64.3%~83.2%、56.3%~76.5%和48.7~68.1%,与自然状态相比,半饱和与饱和情况径流控制率分别减少了6.7%~9.1%和15.1%~15.8%,且皆随重现期增大径流控制率减少值先增大后减小。②径流峰值分别为23.3~189.4 L/s、25.9~198.4 L/s和28.8~290.7 L/s,与自然状态相比,半饱和与饱和状态径流峰值分别增加了4.5%~20.9%和22.9%~53.4%,表明LID措施在饱和状态下的调控效果远不如自然状态。③相较于传统开发,LID条件下自然状态和半饱和状态对径流峰值削减显著,但饱和情况在降雨重现期20年时径流峰值反而升高,表明LID措施饱和状态在大暴雨情况对下游管网造成更大压力。④在相同前期条件下有LID措施对径流控制率有明显提升。     

MIKE11模型在合肥市十五里河水质改善研究中的应用

城市河流治理是改善城市生态环境的重要一环,为了建设健康的城市水环境,有必要对改善河流水环境质量的可行技术方案进行研究。以合肥市十五里河为例,基于MIKE11软件平台构建河流一维水动力水质耦合模型,根据流域污染特征设定三种水质改善方案进行数值模拟分析,评价分析各情景方案的水质改善效果。结果表明:单纯依靠截污不能使国控断面水质达标,同时还会引起断流;考虑截污及污水处理厂尾水提标排放可使国控断面水质显著改善,但由于降雨径流非点源污染影响,部分时段水质不能达标;采取中水回用、就近引巢湖原水补水、截污及初期雨水截留组合措施,不需外调水补水,国控断面水质即可满足规划目标。     

雨水花园集中入渗对地下水水位与水质的影响

作为低影响开发（Low Impact Developmet, LID）措施之一,城市雨水花园集中入渗雨水径流可增加对城区地下水的补给。根据一现场监测试验,研究了长期（监测期3年）及短期（降雨3天内）雨水花园入渗点及对照点地下水位与水质的变化,分析了集中入渗的效果和影响范围。结果表明:① 雨水花园对入渗区地下水位产生了显著影响（α=0.01）;② 氨氮（NH₄-N）在3年及雨后3日的观测值均显著小于对照值;总氮（TN）指标在短期增加显著,长期均值增加不显著。③ 硝态氮（NO₃-N）浓度在降雨后有所升高,但不显著,几个观测点浓度有增有减;总磷（TP）浓度的短期值和长期均值有增有减。对于类似研究区地下水位在2~3 m的情况,集中入渗雨水径流可有效补给地下水,对氮素影响明显,对磷影响有限。     

基于概率分布法的典型内陆河流域径流未来变化

基于黑河干流历史时期（1960 - 2012年）和RCPs（本文RCPs指RCP2.6、 RCP4.5和RCP8.5三种情景）情景下预估的未来（2013 - 2100年）月平均流量和冰川融水数据, 运用概率分布法和河道来水量距平法, 分析了黑河干流出山径流量与冰川融水径流量及其极值的未来变化趋势与程度、 径流丰枯变化以及冰川融水径流对黑河出山径流的补给与调节作用的变化。结果表明, 相较历史时期, 不同RCPs情景下未来黑河干流出山径流量将略呈增加态势, 但不显著; 月最大（7 - 8月）出山径流量将大幅度减少, 不确定性降低, 月最小（12月 - 翌年1月）出山径流量变化不明显。未来黑河干流, 不同RCPs情景下枯水年的发生概率将增加2～3倍, 偏枯水年在RCP2.6和RCP4.5情景下的发生概率亦将增大; 黑河干流未来可能进入平水年, 甚至枯水年。未来黑河干流年冰川融水径流与月最大冰川融水径流均显著减少, 对黑河径流的补给与调节作用均降低。     

天山南坡高冰川覆盖率的木扎提河流域水文过程对气候变化的响应

木扎提河是天山南坡冰川面积覆盖率最大（48.2%）的河流, 流域径流过程对气候变化极为敏感, 为了合理管理和规划水资源, 确保水资源的可持续利用, 亟需定量评估气候变化对该流域水文过程的影响。以VIC-CAS分布式水文模型为计算平台, 利用实测的径流和两次冰川编目间的冰川面积变化数据开展了模型的多目标参数化校正和验证, 有效提高了模拟结果的“真实性”, 然后通过数值模拟结果结合观测数据定量解析了流域径流的组成、 变化特征及对气候变化的响应机理。结果表明： 木扎提河总径流集中在暖季（5 - 9月）, 占全年总径流量的77.9%, 冰川径流、 融雪径流和降雨径流分别占总径流量的66.6%、 26.4%和7.0%。1971 - 2010年木扎提河流域气温和降水呈显著增加趋势, 由于降水的增加, 降雨和融雪径流均呈增加趋势, 但冰川径流呈现明显减少趋势, 导致总径流呈现下降趋势。在RCP4.5情景下, 未来该流域气温呈现明显升高趋势, 降水表现为微弱下降趋势; 气候变暖后, 更多降水以降雨形式发生, 未来降雨径流将明显增加, 降雪和融雪径流已于20世纪90年代达到峰值, 随后明显减少; 冰川面积将持续萎缩, 冰川径流于21世纪10年代达到拐点, 随后明显减少, 导致河道总径流量也将明显减少。     

一种简单的年降雨-径流概念模型

以河北省雄县新盖房水文站年径流系列分析为例建立了新盖房水文站年径流量与其控制流域的年降雨量、耗水量和水库、闸坝等蓄水措施储量关系的简单概念模型。通过新盖房水文站年径流和其控制流域年降雨的双累积曲线分析,得出不同阶段人类活动对径流的影响,从中选择具有代表现状人类活动水平的1980～1995年径流系列,对模型及其参数进行了计算和验证,以此简单的年降雨-径流概念模型计算得到了1953～1995年长系列径流量。该模型具有概念明确、简单易用、所需资料和参数少等优点。     

金沙江下游及三峡段水文气象因子演变与响应的分析

对金沙江下游及三峡段3个水文站1954~2008年径流序列和2个气象站1951~2008年降雨、气温序列运用滑动平均法和Mann-Kendall法进行趋势性检验,利用有序聚类法、均值检验法分析突变性及小波分析法进行周期性诊断,并应用Pearson法对径流、降雨和气温的相关关系进行研究。研究表明:(1)研究区径流量的年内分配不均匀性和年际变化不显著。(2)金沙江下游段屏山站的径流量呈上升趋势,并在1997年发生突变,但该区域宜宾站的降雨量呈下降趋势并在1991年发生突变;三峡段寸滩站和宜昌站的径流量呈下降趋势,分别在1968年和2005年发生突变,同时该区域沙坪坝站的降雨量呈上升趋势并在1961年和1995年发生突变。(3)径流和降雨时间序列都存在小于10a的主周期以及20a以上的次周期。(4)各水文站夏季径流量受同期降雨量和同期气温的共同影响,而秋季径流量受前期气温的影响最大。     

一种简单的年降雨—径流概念模型

以河北省雄县新盖房水文站年径流系列分析为例，建立了新盖房水文站年径流量与其控制流域的年降雨量、耗水量和水库、闸坝等蓄水措施储量关系的简单概念模型。通过新盖房水文站年径流和其控制流域年降雨的双累积曲线分析，得出不同阶段人类活动对径流的影响，从中选择具有代表现状人类活动水平的1980－1995年径流系列，对模型及其参数进行了计算和验证，以此简单的年降雨－径流概念模型计算得到了1953－1995年长系列径流量。该模型具有概念明确、简单易用、所需资料和参数少等优点。     

气候变化对玛纳斯河的径流量影响预测模拟分析

山区积雪和冰川融水径流是内陆干旱区的重要水资源, 研究全球变暖情景下温度对融雪径流的影响具有重要意义. 以典型的内陆河玛纳斯流域上游为例, 利用基于度-日因子算法的SRM(Snowmelt Runoff Model)融雪径流模型, 根据当前变化趋势和年内分配模拟出20种假定来模拟未来气候情景(气温上升1 ℃、 2 ℃、 3 ℃、 4 ℃和降水变化率为0、 ±10%、 ±20%的随机组合情况)下的河道径流量, 从而计算出径流量的变化率, 分析了温度和降水变化对径流量的影响. 结果表明: 对于以雪冰融水为主要补给的玛纳斯河, 随着温度和降水的增加, 径流量也会增加, 并会使融雪径流提前. 假定降水量不发生大的变化, 温度增高1 ℃, 径流量增大13%~16%; 在气温一定时, 降雨量增加10%, 径流量增加2%左右, 说明气温和降水都对干旱区内陆河山区径流形成具有重要影响. 该研究对制定气候变化情景下的水资源适应对策具有重要指导意义.     

Land use change scenarios and associated groundwater impacts in a protected peri-urban area

Land use changes in peri-urban areas are usually associated with significant impacts on groundwater resources due to alteration of the recharge regime as well as through the establishment of pollution sources. Quantifying the aforementioned impacts and assessing the vulnerability of the groundwater resources is an important step for the better management and protection of the aquifers. In the present study, a physically based, distributed hydrologic model has been used to identify the impacts from specific land use change scenarios in the protected area of Loutraki catchment. A vulnerability assessment method has been also implemented to provide a decision support tool to the land planning authorities and also hydrologic mitigation measures for the sustainable development of the area have been proposed. The hydrologic impacts of the land use scenarios include a 5% reduction in the annual recharge of the study aquifer for scenario 1 (doubling of the current urban areas) and 7% decrease for scenario 2 (tripling of the current urban areas). Nevertheless, these impacts can be minimised if small-scale artificial recharge infrastructure is developed and the land planning measures suggested through the vulnerability and recharge maps will be followed.     

流域坡面汇流研究现状述评

对当前坡面汇流计算方法的研究进展进行了较为系统的总结与分析,并对坡面汇流的非线性效应以及城市低影响开发中的雨水入渗与蓄集对坡面汇流的控制作用进行了简要分析。从模型简单实用的角度出发,认为以流域时间-面积关系与线性水库相串联的ModClark法等为代表的概念性分布式坡面汇流模型具有良好的发展前景;考虑到基于等流时单元的变动等流时线法在反映雨强非线性影响中存在的问题,认为根据水文响应单元在不同雨强条件下汇流时间的变化,调整其汇流参数以反映坡面汇流的非线性效应,对于流域坡面汇流的分布式模拟更具有实际意义;针对目前低影响开发设施长时间序列大空间尺度的室外降雨径流监测资料普遍较为缺乏的现状,给出了后期应积极选择合适的技术以加强低影响开发性能监测工作的建议。     

Integrating hydrologic modeling and land use projections for evaluation of hydrologic response and regional water supply impacts in semi-arid environments

Semi-arid environments are generally more sensitive to urbanization than humid regions in terms of both hydrologic modifications and water resources sustainability. The current study integrates hydrologic modeling and land use projections to predict long-term impacts of urbanization on hydrologic behavior and water supply in semi-arid regions. The study focuses on the Upper Santa Clara River basin in northern Los Angeles County, CA, USA, which is undergoing rapid and extensive development. The semi-distributed Hydrologic Simulation Program Fortran (HSPF) model is parameterized with land use, soil, and channel characteristics of the study watershed. Model parameters related to hydrologic processes are calibrated at the daily time step using various spatial configurations of precipitation and parameters. Potential urbanization scenarios are generated on the basis of a regional development plan. The calibrated (and validated) model is run under the proposed development scenarios for a 10 year period. Results reveal that increasing development increases total annual runoff and wet season flows, while decreases are observed in existing baseflow and groundwater recharge during both dry and wet seasons. As development increases, medium-sized storms increase in both peak flow and overall volume, while low and high flow events (extremes) appear less affected. Urbanization is also shown to decrease natural recharge and, when considered at the regional scale, may result in a loss of critical water supply to Southern California. The current study provides a coupled framework for a decision support tool that can guide efforts involved in regional urban development planning and water supply management.     

低影响发展的雨洪资源调控措施研究现状与展望

低影响发展(Low Impact Development,LID)作为新兴的雨洪资源调控设计策略,对城市雨水资源化利用及生态环境保护具有重要的作用.系统论述了LID的定义、产生背景、设计目标及理念;分析了LID在主要技术措施、设计方法、效果监测、模型模拟等方面的研究进展,归纳总结了LID的优点及局限性;在此基础上,分析了LID的推广及应用前景,指出实地监测、介质试验、模型模拟及其与区域可持续发展的融合研究是目前LID研究的关键问题.国外LID的雨洪资源调控技术和方法对中国城市雨水资源化利用和生态环境保护具有借鉴意义.     

浅谈水文地质勘查工作在海绵城市建设中的重要作用

海绵城市是指通过加强城市规划建设管理,充分发挥建筑、道路和绿地、水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓解作用,有效控制雨水径流,实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。其本质是要实现有效的径流控制,不仅要从形成雨水径流的源头着手,而且要考虑城市“海绵体”的岩土性质,其渗透能力(降雨渗透系数)、储存雨水能力(地下含水层储存空间大小)及储存雨洪的危险性(诱发环境地质问题)等。这些问题与水文地质勘查工作密切相关,不可或缺,是海绵城市建设规划、设计前的最基础性工作。     

Evaluating the impact of management scenarios and land use changes on annual surface runoff and sediment yield using the GeoWEPP: a case study from the Lighvanchai watershed,Iran

This study was undertaken to evaluate land use change impact and management scenarios on annual average surface runoff (SR) and sediment yield (SY) using the GeoWEPP tool in the Lighvanchai watershed (located in northwestern Iran). Following a sensitivity analysis, the WEPP model was calibrated (2005–2007) and validated (2008–2010) against monthly observed SY and SR. The coefficient of determination (R ²), Nash–Sutcliffe efficiency (NSE), mean bias error (MBE), and root-mean-square error (RMSE) were applied to quantitatively evaluate the WEPP model. The results indicate a satisfactory model performance with R ² > 0.80 and NSE > 0.60. Therefore, the model for current land use (scenario 1) was run for a 30-year time period (1982–2011). The annual average of SR and sediment load were predicted as 93,584 m³/year and 4340 ton/year, respectively. To reduce the annual average surface runoff and sediment yield at the watershed scale, the second scenario (alfalfa cultivation with suitable tillage) and the third scenario (grassland development) as two management scenarios of land use changes were defined by identifying the critical hillslopes. The rate of SR and sediment load in the second scenario were 42,096 m³/year and 429 ton/year, respectively. For the third scenario, the model predictions were 30,239 m³/year and 226 ton/year, respectively. Compared to the first scenario, the reduction rates in annual average of sediment load were about 90 and 94%, respectively. Moreover, for the second and third management scenarios, the reduction rates in annual average of SR were about 55 and 67%, respectively.     

基于SWMM-CCHE2D耦合模型的海绵城市内涝管控效果评价

为了解决暴雨导致的城市内涝,为应急管理提供技术支撑,考虑城市暴雨过程及海绵地表特性,结合城市水文学及水力学原理和芝加哥雨型,建立了SWMM-CCHE2D耦合模型。结合高精度地形数据和降雨、径流实时监测数据,采用SWMM雨洪模型模拟暴雨条件下海绵城市的产流,耦合高精度的二维水动力模型CCHE2D模拟相应的内涝情况。结果表明：暴雨条件下通州海绵区的产汇流具有缓慢下渗和汇流的特性,主要海绵措施的加入对径流削减率会有9.0%~40.6%不同程度的提高,从而减缓内涝,其中,对5年一遇暴雨的效果最显著;在100年一遇暴雨下设计的各种海绵措施中,生物滞留带对径流削减率的提高程度最明显,高达28.4%,透水铺装和绿地也具有较好的效果。     

Potential influence of land development patterns on regional climate: a summer case study in the Central Florida

Two land development scenarios based on the Central Florida Regional Growth Vision projection for 2050 were used to explore the developments?? potential influence on regional climate. One scenario is a widespread suburban land development plan, and the other is a higher density urban development plan, both for the same location in central Florida. A series of simulation experiments were conducted using a regional climate model upgraded for this study to include an urban scheme. Noticeable differences in simulated regional climate patterns were found between the land development scenarios, which could potentially influence population requirements for energy and water. In our simulations, the aggregated effect of land cover changes over large suburban areas produced a more intense heat island effect than that produced by high-density urban areas.     

基于低影响开发的城市非点源污染控制技术及其相关进展

低影响开发(low impact development,简称LID)技术与传统城市非点源控制技术相比,具有可持续、分散化、节省投资、与场地开发和景观设计相结合等特点,近年来在国外城市雨洪控制利用和非点源污染控制中得到了迅速发展和广泛应用。首先系统介绍了LID技术的内涵、特点以及与城市传统雨洪污染控制方法的区别,从理念上分析了LID和绿色建筑及绿色基础设施建设体系的区别和联系;然后根据城市非点源污染的产生、迁移路径,将LID划分为单个技术—措施组合—控制体系3个层次,分别介绍了其技术体系和评估方法;进而简要介绍了LID在国内外的相关实践;最后提出了我国开展基于LID的城市非点源污染控制的相关建议。