绿色建筑与小区低影响开发雨水系统模型研究

摘要

高速的城市化进程导致城市区域下垫面属性发生了巨大变化。地表不透水面积的增加,影响了城市原有的水文循环,改变了城市区域的暴雨径流条件,使得区域径流总量增加,洪峰流量增大,洪峰出现时间提前,径流水质变差。城市化除了改变城市原有的下垫面结构和功能之外,也影响了城市的气候特性,导致城区降雨量和降雨事件发生频率增加。特别是近年来,城市内涝灾害频发,严重威胁人民的生命财产安全。而另一方面,随着点源污染逐步得到控制,非点源污染逐渐成为城市水环境保护所面临的重要问题。建筑与小区是城市雨水排水系统的起端,占据城市面积的70％左右,因此在城市雨洪控制与利用中扮演重要角色。基于绿色建筑与小区的低影响开发技术,通过一系列不同措施的组合,从源头对降雨径流进行截留、蓄渗,可有效降低降雨径流中的污染物负荷,削减洪峰流量和总径流量,延缓洪峰出现时间,对解决当前城市化进程中频频出现的雨洪问题和城市湖体污染问题具有重要的指导意义。但由于目前缺乏评价该措施运行效果的有效方法和数据支持,导致该技术难以推广和应用。
　　文章首先对生物滞留系统、绿色屋顶、渗透铺装系统、植草沟等几种主要的低影响开发技术,从其结构、功能、设计方法、应用、经济效益以及存在问题进行了比较详尽的对比研究,并且对各项技术对于径流水量的削减和径流水质的改善效力进行了评估。然后,从水文效应、水质效应、适用性、处置方式、经济性等方面对各项低影响开发技术进行了比较全面的横向比较,可为低影响开发技术的选用提供参考。
　　在此基础之上,文章基于SWMMH模型构建了绿色建筑与小区低影响开发雨水系统模型,并将所构建的模型在深圳市光明新区万丈坡示范基地进行应用,得到了以下主要结论:
　　①利用三场降雨强度不同的实际监测降雨数据,采用修正的摩尔斯检验法对构建出的模型水文水力参数和水质参数分别进行了参数敏感性分析,并得出子汇水区不渗透性是模型水文水力模块中最敏感的参数,而污染物最大累积量、污染物累积半饱和常数、污染物冲刷系数和污染物冲刷指数这四个参数对模型水质模拟结果都存在较大影响,其中,污染物冲刷指数的影响程度最高。因此,在模型参数识别和率定过程中应对敏感性参数进行优先识别和重点率定。
　　②对模型在不同降雨重现期条件下,示范小区雨水管道出口处的径流流量变化情况进行模拟研究。模拟结果显示:在0.25a、0.5a、1a、2a、3a、5a和10a这7种不同降雨重现期条件下,低影响开发技术对系统的径流总量削减率分别为36.82％、34.21％、47.87％、31.03％、30.41％、29.73％和28.97％;对系统的洪峰流量削减率分别为32.47％、32.33％、27.35％、18.08％、17.74％、18.05％和15.89％。并且,随着降雨重现期的增大,低影响开发技术对于径流总量和洪峰流量的削减能力基本上呈逐步减弱趋势。此外,由模拟结果得出,无论是在何种降雨重现期条件下,使用低影响开发技术的系统其洪峰出现时间均相对滞后于未使用低影响开发技术的系统。结果表明:低影响开发技术不仅对降雨径流具有削减作用,还具有滞留作用。
　　③对模型在不同降雨重现期条件下,示范小区雨水管道出口处的水质变化情况进行模拟研究。模拟结果显示:在0.25a、0.5a、1a、2a、3a、5a和10a这7种不同降雨重现期条件下,低影响开发技术对系统径流中的COD的总负荷削减率分别为25.98％、17.81％、15.68％、14.94％、14.7％、14.36％和14.14％;对系统径流中的SS的总负荷削减率分别为24.10％、17％、14.68％、13.97％、13.65％、13.45％和13.3％;对系统径流中的TN的总负荷削减率分别为37.04％、23.6％、15.37％、13.83％、11.34％、10.44％和9.19％;对系统径流中的TP的总负荷削减率分别为43.57％、32.06％、21.49％、14.45％、11.96％、11.7％和10.51％。由此可以看出,低影响开发技术对于污染物负荷具有较好的去除效果,可以有效改善径流水质。其次,根据模型模拟结果还可以看出,虽然低影响开发技术对不同污染物负荷的削减程度不一致,但是不同污染物的浓度变化过程曲线依然呈现出一定的相似性。并且,随着降雨重现期的增大,低影响开发技术对于污染物负荷削减率呈下降趋势。
　　绿色建筑与小区低影响开发雨水系统模型的研究,为低影响开发技术运行效果评价提供了一种有效的方法和途径,可为低影响开发技术的推广和应用提供数据支撑,对解决我国城市雨洪问题具有重要意义。