论文部分内容阅读
为了应对频繁发生的城市雨洪灾害,我国一大批国家级和省级试点城市积极探索海绵城市建设模式,大量低影响开发（LID）设施被用于工程实践。随着运行时间延长,LID设施的渗透、净化能力可能会降低。目前,国内LID设施大多参照国外经验数据进行设计,其雨水控制效果尚有待进一步研究。本课题通过考察重庆国博中心片区在不同降雨条件下典型LID设施的进出水特征,分析雨水径流污染物对绿色设施运行效能的影响;并运用Infoworks ICM建立区域雨水管网水文水质模型,研究海绵城市改造前后径流污染物的输出特征,以期为下凹绿地、雨水花园等绿色设施优化设计及推广应用提供参考。主要结论如下:（1）受降雨强度和下垫面类型的影响,三种LID设施的进水水质存在差异,下凹绿地的进水中C、N污染程度较高,雨水花园C、N、P污染程度较高,梯级湿地C污染程度较高。下凹绿地和雨水花园进水污染物浓度峰值均发生在前30min,且前期污染物浓度变化较大;受雨水管网集水时间和地理位置影响,海绵城市系统末端梯级湿地进水水质波动较大。在中雨、大雨、暴雨事件中,排水口SS、COD、TN、TP、氨氮、Zn的EMC值分别为99-260mg/L、57-110mg/L、1.25-1.78mg/L、0.22-0.36mg/L、0.5-0.85mg/L、0.87-1.89mg/L,可以看出,片区雨水径流SS、COD排放量相对较高。（2）降雨强度越小,下凹绿地和雨水花园的出水水质越稳定,而梯级湿地出水水质在不同降雨强度下均未表现出较大的波动。在中雨、大雨、暴雨事件下,下凹绿地出水SS、COD、TN、TP、氨氮、Zn的EMC值分别为22-107mg/L、22-51mg/L、0.59-1.78mg/L、0.03-0.12mg/L、0.36-0.69mg/L、0.03-0.17mg/L,基本满足GB 3838的IV类水质标准;雨水花园出水SS、COD、TN、TP、氨氮、Zn的EMC值分别为26-92mg/L、15-58mg/L、0.62-2.46mg/L、0.04-0.11mg/L、0.2-0.95mg/L、0.06-0.41mg/L,除了COD和TN,其余指标满足Ⅲ类水质标准;梯级湿地出水SS、COD、TN、TP、氨氮、Zn的EMC值分别为47-60mg/L、22-28mg/L、0.56-0.81mg/L、0.06-0.14mg/L、0.17-0.30mg/L、0.03-0.07mg/L,满足Ⅲ类水质标准。（3）下凹绿地和雨水花园对径流污染物的削减效果随降雨强度的增大而降低。在中雨、大雨、暴雨事件中,下凹绿地对SS、COD、TN、TP、氨氮、Zn的去除率为57%-80%、47%-65%、41%-62%、58%-75%、29%-47%、62%-85%;雨水花园对SS、COD、TN、TP、氨氮、Zn的去除率为61%-81%、51%-79%、34%-52%、81%-87%、43%-74%、79%-91%。两种设施对含氮污染物的去除效果较差,可能是受土壤微生物活性的影响;对污染物削减效果最好的是TP和Zn,主要是植物吸收和土壤离子交换的作用。雨水花园对COD的削减效果优于下凹绿地,这可能与两种设施的进水方式有关;下凹绿地对TN的去除效果优于雨水花园的原因可能与设施的结构有关。梯级湿地对SS、COD、TN、TP、氨氮、Zn污染物的去除率分别为52%-80%、50%-80%、35%-66%、36%-83%、40%-77%、92%-97%。总的来说,海绵城市系统能够取得稳定的径流污染控制效果。（4）Infoworks ICM模拟分析表明,在设计降雨量（H=22mm,P=0.25a）条件下,片区内LID设施运行稳定,未出现雨水溢流。在P=0.5a、1a、2a、3a、5a的降雨事件中,各LID设施均发生不同程度的溢流现象,且降雨强度越大开始溢流的时间越短。P=0.5a时,出水口污染物浓度最高,这是因为同茂大道雨水径流污染物浓度较高,其COD、TN、TP峰值浓度分别达到255mg/L、5.6mg/L、2.1mg/L,该部分雨水径流与滨江路广场的雨水径流汇合后流入出水口,出现出水污染物浓度峰值。由此可见,同茂大道、滨江路广场的LID设施布局有待优化。（5）随着重现期的增大,出水口排入河道的污染物总量呈递增趋势。海绵城市改造前,SS、COD、TN、TP的排放总量分别为145.47-2264.77kg、52.39-514.04kg、1.15-9.93kg、0.23-1.98kg,平均值分别为1604kg、396kg、7.66kg、1.45kg;海绵城市改造后,SS、COD、TN、TP的排放总量分别为54.89-1766.36kg、20.89-406.06kg、0.43-7.74kg、0.11-1.59kg,平均值分别为1144kg、290kg、5.47kg、1.08kg。在设计降雨量条件下,海绵城市系统对SS、COD、TN、TP排放总量的削减率分别为62%、60%、71%、57%。由此可见,海绵城市系统具有良好的径流污染削减效果,大幅度降低了受纳水体的污染负荷。