海綿城市建設(shè)中小型綠色基礎(chǔ)設(shè)施對雨洪徑流的調(diào)控作用研究.pdf

1、為了應(yīng)對城市化對區(qū)域水環(huán)境的不利影響，我國各地都在積極倡導(dǎo)城市低影響開發(fā)（L ID），鼓勵建設(shè)海綿城市。雨水花園作為一種城區(qū)小型綠色基礎(chǔ)設(shè)施，是目前國際上廣泛推崇的L ID措施之一。雨水花園是一種基于生態(tài)工程的城市雨水徑流生物滯留系統(tǒng)，它能夠有效的蓄滲雨水徑流，凈化水質(zhì)，盡可能讓城市化以后區(qū)域的水文機(jī)制接近自然狀況。本文針對建造的三套不同類型的雨水花園裝置開展了實地監(jiān)測和模型模擬分析研究，首先，長期連續(xù)監(jiān)測了入滲型雨水花園入流與出流的水

2、文過程，分析了其對雨水徑流的削減效果，并根據(jù)花園內(nèi)土壤入滲率及顆粒組分隨時間的變化，討論了雨水花園運(yùn)行效果的可持續(xù)性，預(yù)測了未來不同程度雨水花園建設(shè)規(guī)模對整個研究區(qū)域的水文效應(yīng)；其次，監(jiān)測研究了不同填料排水型雨水花園對雨水徑流削減和污染物去除效果，分析了不同種類污染物在雨水花園內(nèi)去除的機(jī)理；最后，探討了優(yōu)先流存在情況下，路面徑流雨水花園對不同形態(tài)污染物的去除效果。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴入滲試驗雨水花園以西安地區(qū)黃土為基質(zhì)，具

3、有良好的入滲性能，能夠有效滯留和入滲屋面雨水徑流；花園蓄水層深度為15cm，匯流面積比為20：1，在5年監(jiān)測期內(nèi)28場降雨事件中，僅有4場發(fā)生溢流，其中2013年出現(xiàn)3次，徑流削減率為96.8％；2014出現(xiàn)1次，徑流削減率98.9%；2011年和2012年均未出現(xiàn)溢流，雨水徑流通過雨水花園全部入滲，徑流量削減率達(dá)100%。⑵雨水花園運(yùn)行5年后，表層土壤的平均砂粒含量由7.36%增加到20.80%，而平均粉粒含量從83.19%減少到73

4、.49%，平均粘粒的含量也有所降低，從9.46%減少到5.71%，5年監(jiān)測期內(nèi)，共計監(jiān)測11次雨水花園的入滲過程，2015年最終土壤入滲率為2.277m/d，與2011年初始入滲率2.346m/d相比，稍有降低；但總體上看，雨水花園土壤入滲率在5年內(nèi)比較穩(wěn)定，這對維持雨水花園運(yùn)行的持久性有積極作用。⑶根據(jù)研究區(qū)歷史降雨資料以及城區(qū)發(fā)展過程中土地利用格局變化，通過簡化計算模型分析發(fā)現(xiàn)，若城區(qū)10%的雨水徑流經(jīng)雨水花園處理，區(qū)域徑流系數(shù)可從

5、現(xiàn)狀的0.58降低到0.49，未來土地利用條件下，徑流系數(shù)可維持在0.52；若城區(qū)20%的雨水徑流經(jīng)雨水花園處理，區(qū)域徑流系數(shù)可從現(xiàn)狀的0.58降低到0.41，未來土地利用條件下，徑流系數(shù)可維持在0.44；若城區(qū)30%的雨水徑流經(jīng)雨水花園處理，區(qū)域徑流系數(shù)可從現(xiàn)狀的0.58降低到0.35，未來土地利用情況下，徑流系數(shù)可維持在0.35?？梢姡晁▓@對城市化后改善整個區(qū)域水文狀況有著積極的作用。⑷對于兩個填料排水型雨水花園的對比試驗研究發(fā)

6、現(xiàn)，分層填料及均質(zhì)黃土填料雨水花園的水量削減中值分別為46.8%和38.5%，對徑流峰值削減中值分別為53.9%和47.4%，分層填料雨水花園對流量削減和峰值削減均優(yōu)于均質(zhì)黃土填料。分層和均質(zhì)填料雨水花園對小雨（＜10 m m）的水量削減均值分別為78.8%和74.0%，對研究區(qū)小雨的海綿城市完成率分別為98.5%和92.5%；對于中雨的海綿城市完成率分別為69.0%和62.3%。研究區(qū)-西安市中小型降雨占總降雨量的比例達(dá)到69.8%，

7、因此雨水花園建設(shè)可以高效率運(yùn)行。⑸水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果顯示，砂土分層及均質(zhì)黃土填料雨水花園對總氮去除率均值分別為64.16%和40.48%，T S S去除率均值分別為69.54%和26.24%，對總磷有一定的去除，但去除效果不明顯；兩雨水花園對硝態(tài)氮的淋洗作用強(qiáng)烈，硝態(tài)氮出流濃度均大于入流濃度。砂土分層填料雨水花園對總氮和TSS的去除效果優(yōu)于均質(zhì)黃土填料花園。⑹利用排水模型DRAINMOD對排水型雨水花園的匯流和排水過程進(jìn)行模擬的結(jié)果顯示，排水

8、量模擬值與觀測值對比的納什效率系數(shù)為0.984，相關(guān)系數(shù)為0.992，平均偏差為0.024m3；在57年（1951-2007）模擬時段內(nèi)，排水型雨水花園對徑流量的削減均值為18.5%，經(jīng)雨水花園內(nèi)介質(zhì)作用可凈化的雨水徑流量為76.1%，這對城市雨洪管理和城市非點源污染控制有積極的作用。⑺對于匯集處理路面雨水徑流的雨水花園觀測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，園內(nèi)存在明顯的優(yōu)先流，花園對顆粒態(tài)污染物濃度去除效果較明顯，而溶解態(tài)污染物則產(chǎn)生了凈輸出：顆粒態(tài)總磷和溶