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

1、為了應(yīng)對(duì)城市化對(duì)區(qū)域水環(huán)境的不利影響，我國(guó)各地都在積極倡導(dǎo)城市低影響開(kāi)發(fā)（L ID），鼓勵(lì)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(guó)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(duì)建造的三套不同類(lèi)型的雨水花園裝置開(kāi)展了實(shí)地監(jiān)測(cè)和模型模擬分析研究，首先，長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)了入滲型雨水花園入流與出流的水

2、文過(guò)程，分析了其對(duì)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(shí)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(cè)了未來(lái)不同程度雨水花園建設(shè)規(guī)模對(duì)整個(gè)研究區(qū)域的水文效應(yīng)；其次，監(jiān)測(cè)研究了不同填料排水型雨水花園對(duì)雨水徑流削減和污染物去除效果，分析了不同種類(lèi)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(duì)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(yàn)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(cè)期內(nèi)28場(chǎng)降雨事件中，僅有4場(chǎng)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(guò)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(cè)期內(nèi)，共計(jì)監(jiān)測(cè)11次雨水花園的入滲過(guò)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(duì)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(guò)程中土地利用格局變化，通過(guò)簡(jiǎn)化計(jì)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(lái)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(lái)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(lái)土地利用情況下，徑流系數(shù)可維持在0.35?？梢?jiàn)，雨水花園對(duì)城市化后改善整個(gè)區(qū)域水文狀況有著積極的作用。⑷對(duì)于兩個(gè)填料排水型雨水花園的對(duì)比試驗(yàn)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(duì)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(duì)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(duì)小雨（＜10 m m）的水量削減均值分別為78.8%和74.0%，對(duì)研究區(qū)小雨的海綿城市完成率分別為98.5%和92.5%；對(duì)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(cè)結(jié)果顯示，砂土分層及均質(zhì)黃土填料雨水花園對(duì)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(duì)總磷有一定的去除，但去除效果不明顯；兩雨水花園對(duì)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(duì)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(duì)排水型雨水花園的匯流和排水過(guò)程進(jìn)行模擬的結(jié)果顯示，排水

8、量模擬值與觀測(cè)值對(duì)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(shí)段內(nèi)，排水型雨水花園對(duì)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(duì)城市雨洪管理和城市非點(diǎn)源污染控制有積極的作用。⑺對(duì)于匯集處理路面雨水徑流的雨水花園觀測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，園內(nèi)存在明顯的優(yōu)先流，花園對(duì)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