城市降雨徑流控制LID-BMPs適用措施布局優(yōu)化及實證研究

城市降雨徑流帶來的非點源污染逐步成為城市水環(huán)境惡化的主要因素，對城市徑流進(jìn)行控制，削減其負(fù)面影響已經(jīng)成為建設(shè)生態(tài)城市中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要內(nèi)容?；诔鞘薪ㄔO(shè)對降雨徑流控制和管理的需求，著眼于城市防澇、污染物削減和生態(tài)市建設(shè)等，本研究借鑒國外在利用LID-BMPs措施控制城市降雨徑流方面的經(jīng)驗和總結(jié)我國在該領(lǐng)域的探索和實踐，尤其是近年來海綿城市建設(shè)的實踐，研究各類LID-BMPs措施的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征，初步建立了我國城市降雨徑流控制LID-BMPs數(shù)據(jù)庫；構(gòu)建了基于場地自然、社會特征的LID-BMPs措施篩選指標(biāo)體系，開發(fā)了面向規(guī)劃設(shè)計人員的LID-BMPs篩選專家系統(tǒng)；并且集成城市降雨徑流專業(yè)模擬模型、優(yōu)化模型、GIS、數(shù)據(jù)庫、專家系統(tǒng)等技術(shù)，建立了城市降雨徑流LID-BMPs措施規(guī)劃情景模擬與優(yōu)化系統(tǒng)；在此基礎(chǔ)上，選擇蘇州和佛山的典型區(qū)域為研究案例，通過現(xiàn)場監(jiān)測和評估，研究了不同城市功能區(qū)具有代表性的下墊面（路面和屋面等）降雨徑流中污染物空間分布特征、動態(tài)變化特征以及影響因素。并結(jié)合蘇州市桃花塢片區(qū)、佛山新城、廣東省環(huán)境保護(hù)職業(yè)學(xué)院佛山校區(qū)的建設(shè)規(guī)劃方案，基于場地信息篩選出的各種LID-BMPs措施之間耦合和集成優(yōu)化，從選址、布局方面給出LID-BMPs規(guī)劃情景方案，利用開發(fā)的規(guī)劃情景模擬與優(yōu)化系統(tǒng)進(jìn)行情景模擬、優(yōu)化和功效分析，最后給出了上述典型區(qū)域開發(fā)的LID-BMPs布局優(yōu)化規(guī)劃方案。研究結(jié)果表明，LID-BMPs規(guī)劃情景模擬與優(yōu)化系統(tǒng)不僅可以減少城市內(nèi)澇，改善水體環(huán)境，而且可以提高LID建設(shè)的投入產(chǎn)出比，為我國海綿城市規(guī)劃建設(shè)提供技術(shù)支持。 2100433B

基于城市建設(shè)對降雨徑流控制和管理的需求，著眼于城市防汛、污染物削減和生態(tài)市建設(shè)等，借鑒西方國家在利用LID-BMPs措施控制城市降雨徑流方面的經(jīng)驗和總結(jié)我國在該領(lǐng)域的探索和實踐，研究各類LID-BMPs措施的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征，建立我國城市降雨徑流控制LID-BMPs數(shù)據(jù)庫；構(gòu)建基于場地自然、社會特征的LID-BMPs措施篩選指標(biāo)體系，開發(fā)面向規(guī)劃設(shè)計人員的LID-BMPs篩選專家系統(tǒng)；集成城市降雨徑流專業(yè)模擬模型、優(yōu)化模型、GIS、數(shù)據(jù)庫、專家系統(tǒng)等技術(shù)，建立城市降雨徑流LID-BMPs措施規(guī)劃情景模擬與優(yōu)化系統(tǒng)；研究基于場地信息篩選出的各種LID-BMPs措施之間耦合和集成優(yōu)化，結(jié)合場地建設(shè)規(guī)劃、景觀方案等，從選址、布局方面給出LID-BMPs規(guī)劃情景方案，利用開發(fā)的規(guī)劃情景模擬與優(yōu)化系統(tǒng)進(jìn)行情景模擬、優(yōu)化和功效分析。最后以在建的蘇州市桃花塢唐寅文化故居區(qū)作為研究對象，進(jìn)行實證研究。

陳振樓、畢春娟、王東啟、許世遠(yuǎn)編著的《城市降雨徑流污染與河岸帶生態(tài)阻控機(jī)制研究》選取了上海蘇州河流域和溫州溫瑞塘河流域等若干典型城市河岸帶，對河岸帶匯水區(qū)地表雨水徑流的污染形成機(jī)制和污染負(fù)荷，以及河岸帶氮磷營養(yǎng)鹽的截留阻控機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)研究。在此基礎(chǔ)上，研制了城市降雨徑流多介質(zhì)滲濾凈化系統(tǒng)、城市直立岸帶生態(tài)箱凈水系統(tǒng)、城市雨水原位下滲凈化系統(tǒng)和單級、多級微孔跌水曝氣凈化系統(tǒng)4種生態(tài)阻控技術(shù)，可應(yīng)用于不同類型的河岸帶改造方案中，對改善河岸帶生態(tài)走廊功能、削減地表徑流氮磷等對水體的污染負(fù)荷，具有重要的實際應(yīng)用前景和良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。針對城市降雨徑流的污染物來源廣泛、水量大、空間分布不均勻等性質(zhì)，以及城市河岸帶狹窄、硬質(zhì)化、植被類型單一、生態(tài)環(huán)境功能下降等特點，分別研發(fā)了城市河道硬質(zhì)型河岸生態(tài)濾岸技術(shù)和城市河道自然型河岸生態(tài)濾岸技術(shù)，利用中試裝置分別探討了兩項生態(tài)濾岸技術(shù)對面源徑流污染物的凈化效率和機(jī)制，試圖通過對城市河岸帶進(jìn)行生態(tài)化改造，在不破壞河岸帶原有社會功能前提下增加其環(huán)境功能。

降雨-徑流關(guān)系，徑流量與形成該徑流量的雨量及其他影響因子(如降雨強(qiáng)度、前期流域干濕程度等)之間的相關(guān)關(guān)系。一般以相關(guān)圖形式表示,也有用數(shù)學(xué)公式表示。常用的有年降水-[/glossterm]徑流關(guān)系和次降水-[/glossterm]徑流關(guān)系。主要用于由已知的雨量推算可產(chǎn)生的徑流量,是水文分析和計算的重要工具之一。

從降水（暴雨）到水流匯至流域出口斷面的整個動態(tài)物理過程錯綜復(fù)雜。徑流形成過程及其各部分的關(guān)系，可用框圖表示。一部分雨水以徑流的形式匯集到流域出口，另一部分經(jīng)由蒸散發(fā)返回大氣，通常把不轉(zhuǎn)化為徑流的那一部分雨水稱為損失。一次降雨過程的總雨量扣去損失就得徑流量，也成凈雨量。凈雨向流域出口斷面的匯集過程，則稱流域匯流。

1.1 降雨徑流預(yù)報方法

降雨徑流預(yù)報一般分兩個階段處理：（1）產(chǎn)流量預(yù)報，推求流域內(nèi)一次降水產(chǎn)生的徑流量。（2）流域匯流預(yù)報，推求徑流量在流域出口斷面處的時程分配過程。

20世紀(jì)30年代初，R.E.霍頓建立的下滲理論和L.R.K.謝爾曼提出的單位線原理，為把降雨徑流過程分為兩個階段進(jìn)行預(yù)報奠定了基礎(chǔ)。由此發(fā)展了各種預(yù)報方法，如產(chǎn)流量預(yù)報中的降雨徑流相關(guān)法、初損后損法、下滲曲線法、以及流域匯流預(yù)報中的經(jīng)驗單位線、瞬時單位線、綜合單位線和地貌單位線、瞬時單位線、綜合單位線和地貌單位線等方法。不少復(fù)雜的流域水文模型也是這些概念為基礎(chǔ)逐步發(fā)展形成的。

1.2 影響流域降雨徑流過程的因素

可以分為氣象因素和下墊面因素兩類。

氣象因素主要是降雨強(qiáng)度、歷時及時空分布，溫度、濕度、風(fēng)等；下墊面因素包括前期土壤含水情況、土壤類型、植被、土地利用、地形、流域形狀、河槽特征、湖泊度等。對于一個具體流域，下墊面因素除土壤含水情況外都比較固定，它們的影響綜合體現(xiàn)在流域單位線形狀上，在某些情況下，雨強(qiáng)及降雨空間分布的不均勻性對單位線有顯著的影響，故實際工作中常以雨強(qiáng)為指標(biāo)或按暴雨中心位置將單位線分型。氣象因素及前期土壤含水情況、植被等具有明顯的時變特性，在不同程度上對降雨產(chǎn)流起著制約作用。20世紀(jì)50年代廣為使用的降雨徑流合軸相關(guān)圖，就是結(jié)合流域具體情況，通過一定成因分析，挑選主要影響因素作為參數(shù)而建立的統(tǒng)計相關(guān)關(guān)系。其中流域前期土壤含水情況，難以用數(shù)學(xué)方程準(zhǔn)確地定量描述，常用前期影響雨量間接表達(dá) 。