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多塘湿地对降雨径流的截留特点

环境科学研究 2022年第7期35卷 1605-1614页

作者：李丹郑丙辉储昭升侯泽英袁静中国环境科学研究院湖泊水污染治理与生态修复技术国家工程实验室北京100012 中国环境科学研究院国家环境保护湖泊污染控制重点实验室北京100012 南京工业大学城市建设学院江苏南京211816

为考察降雨过程对径流发生的影响及其对多塘湿地进出水水质、水量的影响,基于2017年8月25日和9月6日两次降雨过程中湿地进出水水质水量长时间的变化特征,探究降雨过程中湿地水质水量变化及污染物净化特征.结果表明:(1)多塘湿地进水量峰... 详细信息

为考察降雨过程对径流发生的影响及其对多塘湿地进出水水质、水量的影响,基于2017年8月25日和9月6日两次降雨过程中湿地进出水水质水量长时间的变化特征,探究降雨过程中湿地水质水量变化及污染物净化特征.结果表明:(1)多塘湿地进水量峰值出现的时间滞后于降雨雨强峰值及累计雨量峰值.降雨雨强对湿地进水量影响不显著,而累计雨量影响径流的产生量,进而影响湿地进水量,造成湿地水力负荷急剧上升,最高达2.45 m^(3)/(m^(2)·d).降雨过程中多塘湿地水位上升,水深加深,有效容积增大,水力停留时间延长.(2)进水水质变化随降雨过程无显著规律,但进水污染物负荷量始终大于非降雨期,说明降雨期间径流污染仅采用污染物浓度洪峰控制是不充分的,特别是雨季降雨频繁的地区,应重视污染负荷对多塘湿地净化效能的影响.(3)降雨期间多塘湿地对径流污染有良好的截留作用,TN、TP去除率分别为33.6%~88.7%和25.2%~78.0%.研究显示,进水水力负荷的增加增强了湿地的扰动,导致部分单元污染物出口浓度高于进水,但由于调蓄塘-表流湿地-塘-生态浮床-稳定塘耦合工艺的梯级单元有助于湿地系统对污染物消纳截留,增强了湿地对降雨径流的截留稳定性.

关键词：多塘湿地降雨径流污染物截留水力负荷水力停留时间梯级单元

天津市居民区不同材质屋面降雨径流污染特征分析

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环境工程 2022年第1期40卷 38-45页

作者：谢尚宇邱春生赵晓佳王晨晨王少坡孙力平赵乐军宋现财天津城建大学环境与市政工程学院天津300384 天津市水质科学与技术重点实验室天津300384 南京市市政设计研究院有限责任公司南京210008 天津市市政工程设计研究院天津300384

选取天津市居民区典型材质(油毡、塑钢和水泥瓦)屋面下垫面,对其降雨径流污染特征和污染物初期冲刷效应进行了分析,并考察了不同类型材质屋面降雨径流中颗粒物分布及主要污染物赋存形式。场次降雨径流平均浓度分析结果表明:SS和COD是降... 详细信息

选取天津市居民区典型材质(油毡、塑钢和水泥瓦)屋面下垫面,对其降雨径流污染特征和污染物初期冲刷效应进行了分析,并考察了不同类型材质屋面降雨径流中颗粒物分布及主要污染物赋存形式。场次降雨径流平均浓度分析结果表明:SS和COD是降雨径流中的主要污染物,降雨径流污染程度顺序为油毡屋面>水泥瓦屋面>塑钢屋面;颗粒物是降雨径流中污染物的主要载体,与COD和TP的相关度较高。各屋面径流污染均存在一定程度的初期冲刷效应,塑钢屋面径流污染物冲刷与Sartor-Boyd模型拟合相关性较好;屋面径流中颗粒物粒径分布主要受降雨量和降雨强度的影响,颗粒物粒径主要分布在10-100μm(体积比60%-75%)。不同屋面降雨径流中86%-92%的COD和90%-95%的TP均主要以颗粒态形式存在,而50%-65%的氮主要以溶解态形式存在。

关键词：降雨径流下垫面污染特征初期冲刷效应颗粒物

苏州古城区降雨径流对小球藻生长潜力影响及生理特性影响

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苏州古城区降雨径流对小球藻生长潜力影响及生理特性影响

作者：唐琦雯苏州科技大学

学位级别：硕士

随着水污染治理的加强,点源污染逐渐得到有效控制,面源污染成为了当今河道和湖泊外源污染的主要来源。降雨径流作为狭义上的面源污染,其对微藻生长的影响尚未见报道,亟需填补基于微藻生长角度的水生态安全研究空白。本文根据苏州城区典... 详细信息

随着水污染治理的加强,点源污染逐渐得到有效控制,面源污染成为了当今河道和湖泊外源污染的主要来源。降雨径流作为狭义上的面源污染,其对微藻生长的影响尚未见报道,亟需填补基于微藻生长角度的水生态安全研究空白。本文根据苏州城区典型用地功能区(文教区、住宅区、商业区、历史文化保护区)降雨径流水质污染特性,选择TN、TP、Cu、Zn和Pb作为限制性因子,以实际降雨径流水样为基液,按照各用地功能区污染物浓度区间分布规律设置限制因子水平,开展单一基质限制对小球藻生长潜力、生理特性和光合作用性能的影响试验。实验结果为苏州市降雨径流污染控制提供借鉴参考。本文主要研究内容和结论如下:(1)降雨径流对小球藻生长潜力的影响及苏州市降雨径流控制目标从生长潜力来看,上述限制性基质在设定水平内均促进小球藻增长,对小球藻生长过程的影响表现为迟滞期、对数期、稳定期的时间变化。不同用地功能区的小球藻最大藻密度(K)与限制因子类型、水平之间的相关性存在差异,K值与营养盐水平、N/P比、营养盐的吸收率之间无必然相关性。综合考虑小球藻生长过程曲线、动力学半饱和常数(Ks)拟合和小球藻生长抑制率(IR)计算结果和《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)要求,得知商业区TN≤4mg/L、Zn≤0.069 mg/L、历史文化区TN≤5.41 mg/L、TP≤1.875 mg/L、文教区Cu≤0.03 mg/L、住宅区Pb降雨径流对小球藻生理特性的影响以小球藻可溶性蛋白质与多糖含量变化分析降雨径流对小球藻生理特性的影响。结果表明,所有限制性基质都随着基质水平提高而出现“低促高抑”现象,但其作用机理并不相同。TN、TP、Cu、Zn水平增高抑制了蛋白质与多糖含量的增加,这是由于小球藻多处于较长的对数生长期、藻密度增长率较大,从而消耗了更多的蛋白质和多糖导致的,因此,呈现出与小球藻生长截然相反的规律;Pb高浓度限制时出现的藻密度和增长率较低,而蛋白质和多糖含量较高的情况,则是因为受Pb刺激而过量合成蛋白质和多糖用以对抗Pb毒性效应,这种“低促高抑”现象代表了小球藻对稳态环境遭受破坏后的适应性进化反应。(3)降雨径流对小球藻光合特性的影响。通过测定微藻光合特性参数Yield(最大光能利用效率)、α(光合效率)、Ik(半饱和光强)和ETR(光合速率)研究不同基质限制时对小球藻光合作用的影响。研究发现,小球藻在实验基质水平限制条件下12d生长周期内,Yield、α随时间延长在商业区呈下降、住宅区上升、文教区在营养盐限制时下降而重金属限制上升或波动、历史文化区则整体缓慢下降趋势;Ik和ETR除在商业区呈下降趋势外,其它各区均呈波动状态。但各项光合作用参数变化与基质水平间的关系不明显,基质水平相近的不同地区会呈现不同的促进或抑制现象,表明各限制因子对光合作用的影响不以单一基质的浓度水平为基准发生,而是根据不同区域的个体情况出现不同影响作用。

关键词：小球藻降雨径流生长潜力可溶性蛋白质和多糖光合作用

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室外人工模拟降雨径流及污染物输移特性研究

室外人工模拟降雨径流及污染物输移特性研究

作者：李海峰兰州交通大学

学位级别：硕士

随着城市化进程的不断推进,一些透水性下垫面如草坪、原土下垫面正在被弱透水性下垫面（如混凝土、沥青）所代替。弱透水性下垫面对降雨径流中初期污染物截留率低,其径流特征及污染物输移特性对城市雨水利用影响较大。通过研究下垫面上... 详细信息

随着城市化进程的不断推进,一些透水性下垫面如草坪、原土下垫面正在被弱透水性下垫面（如混凝土、沥青）所代替。弱透水性下垫面对降雨径流中初期污染物截留率低,其径流特征及污染物输移特性对城市雨水利用影响较大。通过研究下垫面上降雨径流产汇流特征以及污染物输移特性有助于管理者掌握城市下垫面径流水质、水量第一手资料,为城市初期雨水污染控制以及雨水回用提供详实的数据支持,进而指导模型构建、律定以及雨水回用方式,具有重要意义。拟采用径流小区人工模拟降雨试验方法进行弱透水性下垫面径流特征及污染物输移特性研究。试验场地选在甘肃省兰州市水土保持研究所径流小区。模拟暴雨（1.71mm/min）、大雨（1.28mm/min）、中雨（0.89mm/min）、小雨（0.51mm/min）四种雨型,选取四季青下垫面、不透水砖面、天然原土三种下垫面,两种坡度（10°和15°）进行降雨径流试验,分析含水率、下渗率、产流强度、产流率、径流系数等参数变化特征。选取了含沙量、浊度、SS、TP、TN、COD等六项污染物指标反映模拟降雨中污染物的输移特性,分析了含沙量与其他五种污染物的相关性。试验内容及主要结论如下:（1）四季青和天然原土下垫面,含水率和下渗率试验结果表明,下渗率由大到小排序为:四季青下垫面坡度为10°>四季青下垫面坡度为15°>天然原土下垫面坡度为10°>天然原土下垫面坡度为15°,土壤下渗率和含水率的变化呈线性关系,土壤下渗率与污染物的削减率呈正相关关系。（2）雨强相同,弱透水性下垫面（不透水砖下垫面）的产流强度增速最快,天然原土下垫面增速次之,四季青下垫面产流强度增速最慢;雨强、坡度相同条件下,径流系数的大小关系为:不透水砖下垫面>天然原土下垫面>四季青下垫面,径流系数与雨强呈对数关系,在同一坡度下,下垫面透水能力越强,产流率的增幅越小。（3）现两种透水性下垫面（四季青下垫面和天然原土下垫面）上污染物输移规律大体一致,污染物浓度和径流历时符合截距函数关系。弱透水性下垫面污染物浓度峰出现在产流初期。（4）含沙量和COD、TN、SS、浊度、TP呈线性关系,研究发现含沙量和其他五种污染物具有良好的相关性。（5）基于三种下垫面的模拟降雨径流试验结果,建立了降雨径流污染物冲刷模型,模型反映出污染物浓度与有效水深之间呈e指数关系。

关键词：人工模拟降雨弱透水性下垫面降雨径流污染物模型

基于流域水质目标管理的城区降雨径流非点源污染模拟与优化调控研究

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基于流域水质目标管理的城区降雨径流非点源污染模拟与优化调控研...

作者：廉秋月中国水利水电科学研究院

学位级别：硕士

城市化进程给城区水环境造成了巨大的压力,在点源污染逐步得到控制之后,城市降雨径流非点源污染成为威胁城区水环境的重要因素之一。针对城区复杂水系统中水质-污染源响应关系模糊、各类水环境治理措施效果评估差、初期雨水调蓄工程调... 详细信息

城市化进程给城区水环境造成了巨大的压力,在点源污染逐步得到控制之后,城市降雨径流非点源污染成为威胁城区水环境的重要因素之一。针对城区复杂水系统中水质-污染源响应关系模糊、各类水环境治理措施效果评估差、初期雨水调蓄工程调控系统性弱的问题。本研究基于流域水质目标管理理论,通过资料收集、现场勘查、数据分析、模型模拟、优化算法等途径与方法,首先明晰了十五里河流域水环境问题;然后建立了城区面源污染与河道水动力水质模型,并完成了模型的率定验证工作,在此基础上构建了各汇水单元对于河道关键控制断面的水质-污染源响应关系;其次结合十五里河的水质目标需求,计算了十五里河水环境容量和限制排污总量,以汇水单元污染贡献负荷强度为评价指标,识别了流域内主要污染热区;最后将水环境机理模型与启发式遗传算法相耦合,构建了基于防洪、减污、经济的城区雨水泵站多目标优化模型,生成了初期雨水泵站优化调控方案。研究成果可为城市区域水环境管理提供技术支撑和决策依据。主要研究内容与成果如下:(1)结合收集的十五里河水量水质监测数据,解析了研究区十五里河流域的水环境问题。结果表明:十五里河流域的主要水环境问题包括管网混接形成的点源污染、城市降雨径流非点源污染、河道底泥释放风险以及生态流量保障不足问题,进一步通过污染负荷结构分析,城市降雨径流非点源污染问题是影响十五里河水环境的首要因素。(2)基于SWMM模型,建立并率定验证十五里河流域非点源污染模型和河道水动力水质模型,计算了各汇水单元与河道水质关键断面之间的水质-污染源响应关系,识别了十五里河流域的污染热区。结果显示:流量、COD、NH3-N、TN、TP等模拟指标在模型验证期的相关系数为0.53-0.92,纳什效率系数为0.50-0.91之间,模型精度基本满足要求;结合十五里河希望桥断面的水质考核目标,十五里河水环境容量为COD 15654.0kg/d、TN 782.7kg/d、TP 156.3kg/d、NH3-N 782.7kg/d,限制排污总量分别为COD 10685.4kg/d、TN 364.2kg/d、TP 131.7kg/d、NH3-N 676.7kg/d;在不同重现期降水条件下,十五里河流域非点源污染负荷分布具有较强的空间差异性,各汇水单元的水质-污染源响应系数从河道上游至下游逐渐增大,其中,流域上游的9号汇水单元污染贡献负荷强度最大,是流域内最大的污染热区。(3)在对流域内水环境治理措施进行详尽调查的基础上,研究了各项治理措施在机理模型中的展现形式与概化方式。根据各项治理措施的空间布局与减排原理,将各项治理措施分类为源头削减、过程阻断和末端治理,根据合肥市设计暴雨计算公式,采用芝加哥雨型生成器,生成了 0.5年、1年、2年、5年和10年重现期的设计降水,开展了不同重现期降水情景下各类工程措施的效果评估工作。结果显示:流域总产污量随降水重现期的增大而逐渐增加,单项措施中初期雨水调蓄工程治理效果最为显著,各类污染负荷总量削减了 4.2%-17.6%,峰值浓度削减了 16.3%-38.9%,进一步通过对治理工程措施的组合情景分析,过程阻断措施对于十五里河流域水环境改善最为显著。(4)将已构建的SWMM模型与第二代非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ进行深度耦合,从减缓城区内涝、控制面源污染负荷输出、降低耗电量的角度建立城区雨水泵站多目标均衡优化调控模型,生成了满足上述多目标的帕累托最优前沿解,进一步采用聚类分析方法,形成了满足不同决策者偏好的调控方案。最为重要的,为了满足城区初期雨水泵站调控的实时性,本研究基于Matlab的parfor函数,对整个优化过程进行了并行加速计算,将整体优化时间缩短了 59.3%。

关键词：城市流域水质目标管理降雨径流措施效果评估多目标优化

坡度和坡长对坡面降雨径流侵蚀不平衡输沙的影响

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坡度和坡长对坡面降雨径流侵蚀不平衡输沙的影响

作者：王照润西北农林科技大学

学位级别：硕士

不平衡输沙是坡面降雨径流侵蚀输沙的基本属性,自然界的坡面径流平衡输沙是相对的,不平衡输沙是绝对的,研究坡面侵蚀输移的不平衡规律具有重要的理论及现实意义。但是,不平衡输沙在坡面降雨径流侵蚀输移过程中还涉及得较少,本研究针对... 详细信息

不平衡输沙是坡面降雨径流侵蚀输沙的基本属性,自然界的坡面径流平衡输沙是相对的,不平衡输沙是绝对的,研究坡面侵蚀输移的不平衡规律具有重要的理论及现实意义。但是,不平衡输沙在坡面降雨径流侵蚀输移过程中还涉及得较少,本研究针对坡面降雨径流侵蚀不平衡输沙过程研究不充分的问题,运用土壤侵蚀力学、泥沙运动力学、河流泥沙工程学等相关理论,以陕西延安黄绵土为研究对象,采用室内人工模拟降雨试验的方法,分别在5个坡度(3、6、9、12、15°)和8个坡长(1、2、3、4、5、6、7、8 m)控制条件下研究黄土坡面降雨径流侵蚀不平衡输沙及挟沙能力的变化规律。主要研究结论如下:(1)试验条件下,坡面流流速、水深、雷诺数随坡长的增加呈幂函数增加关系,径流剪切力与坡长呈线性增加关系,弗劳德数、阻力系数随坡长的变化呈波动变化趋势。总体上,不同坡度下径流含沙量随着坡长的增加呈幂函数增加趋势,且增加速率随坡长增加而减小,坡度越大径流含沙量达到稳定所需的坡长越短。坡度3～15°,坡长1～8m时,坡面初始产流时间随着坡长的增加而减小,坡面降雨径流的产流输沙规律均表现为产流后的前6min内增幅较大,随着降雨历时向后的延伸整体上呈现波动变化趋势,且坡度和坡长越大时波动变化越大。坡面流流量和单宽输沙率随坡长的增加逐渐增大,坡面产流输沙过程表现出明显的非恒定非均匀的不平衡特性。(2)坡面流流速、雷诺数、弗劳德数均随坡度的增加呈增加趋势,径流剪切随坡度的增加呈对数增加关系,坡面流阻力系数随坡度增加呈先增加后减小的趋势,均在坡度为9°时达到最大,阻力系数最大值为0.258。相同坡长时,坡面径流含沙量随着坡度的增加而增加,坡度由3°增加到15°,坡长1～8 m时含沙量增幅在5m处最大,增加了2.34倍,且坡度等值增加时,径流含沙量增幅并不相同。同一坡长下,坡面降雨径流流量和单宽输沙率均随着坡度的增加呈先增加后减小的变化趋势,在坡度12°时达到峰值。平均单宽输沙率与坡度和流量均呈指数函数关系,且流量对平均单宽输沙率的影响要大于坡度。(3)在降雨径流侵蚀条件下,水流挟沙能力与水力坡度和流速成正比,与水深成反比。进一步给出了试验条件下的水流挟沙能力公式,发现坡面水流挟沙能力与水流紊动扩散作用和重力作用的比值(V/ghω)呈幂函数关系,相比于明渠水流的紊动扩散作用和重力作用的比值偏大,表明坡面流雨滴打击的紊动作用较明显,坡面径流为“双紊动源薄层水流”。(4)径流含沙量与水力坡度的1/2次方成正比,与坡长的4/5次方成正比。基于水流挟沙能力公式和不平衡输沙方程,给出了水流泥沙恢复饱和系数与水力坡度之间的公式,对降雨强度100 mm/h,坡度3～15°条件下的坡面降雨径流侵蚀不平衡输沙模型进行模拟并通过实测数据验证。研究成果对深入分析坡面径流侵蚀输移机制和预测坡面径流侵蚀输沙沿程变化规律提供参考。

关键词：降雨径流侵蚀输沙水动力学特征水流挟沙能力不平衡输沙特性

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降雨径流对阜新柳河流域氮磷变化影响分析

水土保持应用技术 2022年第3期 6-8页

作者：王宝琛阜新市水利事务服务中心辽宁阜新123000

结合阜新市典型暴雨洪水事件,通过同步监测N、P浓度、降雨量及径流量等数据,探讨了降雨径流对柳河流域N、P变化的影响特征。研究表明:降雨初期N、P元素都随径流冲刷迁移,降雨后期总氮(TN)随壤中流迁移而总磷(TP)随侵蚀泥沙再次迁移;降... 详细信息

结合阜新市典型暴雨洪水事件,通过同步监测N、P浓度、降雨量及径流量等数据,探讨了降雨径流对柳河流域N、P变化的影响特征。研究表明:降雨初期N、P元素都随径流冲刷迁移,降雨后期总氮(TN)随壤中流迁移而总磷(TP)随侵蚀泥沙再次迁移;降雨径流属于驱动N、P污染负荷的内在动力,径流量主要影响N、P通量,研究成果可为有效防控柳河流域N、P面源污染提供科学指导。

关键词：氮磷变化降雨径流影响分析柳河流域

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降雨径流快速过滤技术研究

山西建筑 2022年第21期48卷 160-163,167页

作者：杜红雨陈国强金忠友张成才唐文加李蔚罗维春重庆市北碚区住房和城乡建设委员会重庆400711 贵州大学土木工程学院贵州贵阳550025 重庆文理学院化学与环境工程学院重庆402160

在比较研究国内外降雨径流快速过滤技术的基础上,设计并检验了一种降雨径流快速过滤装置的运行效果。结果表明,该过滤装置的内置填料对其运行效果具有显著影响,在外层填料为“沸石(粒径1 mm^(3) mm)+颗粒活性炭”(w∶w=9∶1)、内层填料... 详细信息

在比较研究国内外降雨径流快速过滤技术的基础上,设计并检验了一种降雨径流快速过滤装置的运行效果。结果表明,该过滤装置的内置填料对其运行效果具有显著影响,在外层填料为“沸石(粒径1 mm^(3) mm)+颗粒活性炭”(w∶w=9∶1)、内层填料为珍珠岩(粒径1 mm^(3) mm)的条件下,对浊度、总悬浮物、总磷、氨氮的去除率可分别达到73.36%,89.40%,72.87%,29.68%,过水负荷可达到2.8 m^(3)/(m^(2)·h)。研究结果为用地紧张城市区域降雨径流的快速高效处理提供了技术参考。

关键词：降雨径流快速过滤水质

平原河网区降雨径流污染负荷测算--以太湖流域望虞河西岸为例

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湖泊科学 2021年第2期33卷 439-448页

作者：庞琰瑾袁增伟南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室南京210023

如何精细量化降雨径流污染负荷是流域尺度实现面源精准治污全过程控制的重要前提.本研究以水污染较为严重的望虞河西岸综合示范区为例,通过开展不同土地利用类型的降雨观测实验,修正SCS-CN模型中的初损率,并基于土地利用类型遥感解译和... 详细信息

如何精细量化降雨径流污染负荷是流域尺度实现面源精准治污全过程控制的重要前提.本研究以水污染较为严重的望虞河西岸综合示范区为例,通过开展不同土地利用类型的降雨观测实验,修正SCS-CN模型中的初损率,并基于土地利用类型遥感解译和降雨径流污染物浓度测定,精细刻画降雨径流中总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH_(3)-N)、化学需氧量(COD)4类主要污染物的时空分布格局.结果表明:研究区绿地和农田、硬质地表的降雨初损率分别为0.3和0.9;径流深、污染负荷与降雨深之间存在显著的正相关性.随着降雨量逐年递减,研究区降雨径流中TP、TN、NH_(3)-N、COD四类污染物的负荷量分别从2017年的190、1359、445和16041 t减少至2019年的118、949、314和11250 t;单位面积TN和COD负荷最高的用地类型是农村住宅用地,草地的四种污染物单位面积负荷均最低,林地次之.相关研究结果为望虞河流域水污染控制提供了基础数据,也为定量测算平原河网区面源污染负荷提供了方法参考.

关键词： SCS-CN模型降雨径流面源污染污染负荷流域治理用地类型望虞河太流流域