雨水生物滞留技术设计方法与应用研究

摘要

随着人为活动的增多，城市化进程加快，除洪涝灾害外，径流污染水体、生态环境被破坏、地下水位降低等雨水问题也日益增多。尤其在北京地区，面源污染可成为水环境第二大污染源。因此，研究和发展一种高效经济、维护管理简单、美观实用且公众接受度高的径流生态处置措施尤为重要。 本文主要阐述了生物滞留设施的起源、发展状况、功能、净化机理、适用范围和维护管理等基本理论，针对体积、洪峰和污染物削减等要求提出了多目标规模设计方法和相应的效果评价方法，并将其应用于北京地区。同时，在北京某办公大楼附近建造雨水花园，对其进行截污效果的试验研究。主要研究内容和结论如下： （1）对多种典型生态处置措施的适用性进行了综合比选；在对雨水生物滞留设施的基本理论与发展应用总结的基础上，针对其存在的突出问题提出了改进建议。 （2）总结比较了目前应用较为广泛的几种关于生物滞留规模的设计方法，在此基础上针对体积消减目标提出了基于完全水量平衡的规模设计方法；针对洪峰削减目标提出了峰滞时间参数修正法。进而提出了多目标生物滞留设施的设计程序与评估方法。 （3）通过完全水量平衡体积削减法得出：当种植土和填料层深度等关键参数一定时，不同设计重现期设施面积与径流系数的量化关系，为设计生物滞留设施提供捷径。同时根据北京20年降雨资料，采用日降雨量法对该方法的年径流体积削减能力进行评估得出，降雨重现期为0.12～0.50年时，设施年径流体积削减率与渗透系数呈线性关系，并拟合出二者之间的表达式。将其应用于北京地区，典型种植土渗透系数为5×10-6m/s时，设施的年径流体积削减率为52.3～87.5％。 （4）以部分水量平衡洪峰削减法（峰滞时间参数修正法）分析得出，生物滞留设施对峰流量消减能力有限。计算不同重现期下，将开发后不同径流系数削减至开发前目标值设施所需要的表面积。并以面积比率等于10％为界，分析设施对开发后径流系数削减能力。同时对设施的削峰能力进行评估，得出仅当设计重现期为0.33～1.0年（56.7～93.1mm）时，设施对降雨重现期为1.0和2.0年的削峰率方能达到50％以上。因此，如对削峰没有特殊要求，设施规模一般以体积为目标进行设计。 （5）试验分析表明：雨水花园对COD、TSS、色度、浊度及Pb、Zn、Cu、Fe等重金属有明显的净化效果，对TN有一定的去除效果，对TP、PO4-P和NO3-N的去除效果较差。

目录

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第一章 绪论

1.1 城市化引发的雨水问题

1.2 国外暴雨管理体系现状

1.2.1 暴雨管理体系

1.2.2 美国暴雨管理体系

1.3 国内暴雨管理研究现状与存在的问题

1.4 研究的主要内容及目的

1.4.1 研究内容及方法

1.4.2 目的与意义

第二章 典型雨水生态技术的设计应用与比选

2.1 国外典型生态措施设计及应用

2.1.1 植被过滤带

2.1.2 植被浅沟

2.1.3 生物滞留设施

2.1.4 暴雨塘

2.1.5 暴雨湿地

2.1.6 渗透塘

2.2 生态措施综合比选

2.3 小结

第三章 雨水生物滞留技术的发展与基本原理

3.1 起源

3.2 国内外发展现状

3.2.1 国外发展状况

3.2.2 国内发展状况

3.3 净化机理与系统组成

3.3.1 定义和分类

3.3.2 净化机理和功能

3.3.3 系统组成

3.4 维护管理

3.5 适用范围

3.6 小结

第四章 雨水生物滞留技术的设计改进与效果评估

4.1 国外生物滞留设施面积计算方法

4.1.1 基于达西定律的渗滤法

4.1.2 蓄水层有效容积法

4.1.3 基于汇水面积的比例估算法

4.2 多目标雨水生物滞留设施的设计方法

4.2.1 规模计算方法

4.2.2 进口设计

4.2.3 出口设计

4.2.4 溢流设计

4.2.5 校核

4.3 生物滞留技术的效果评价方法

4.3.1 体积削减

4.3.2 污染物削减

4.3.3 洪峰削减

4.3.4 评价方法在北京地区的应用

4.4 小结

第五章 雨水生物滞留技术设计应用

5.1 生物滞留设施与其它措施联合使用

5.2 生物滞留设施与LID场地规划结合设计

5.2.1 场地规划设计理念

5.2.2 规划设计模式

5.3 生物滞留设施在北京新建区和改建区的应用及计算

5.3.1 多目标生物滞留设施设计程序

5.3.2 生物滞留措施在新建区的应用及效果评价

5.3.3 生物滞留措施在已建区的应用

5.4 小结

第六章 雨水生物滞留技术的净化效果试验研究

6.1 试验地点及装置

6.2 试验测定指标及方法

6.3 数据分析及结果

6.3.1 截污效果分析

6.3.2 总污染物削减量

6.4 小结

第七章 结论与建议

7.1 结论

7.2 建议

参考文献

发表论文清单

致谢