论文部分内容阅读
城市水文过程是城市景观格局与水环境响应机制的核心,随着城市不透水景观类型的增加,城市降雨径流下渗量减少,雨水径流是地表污染物迁移转化的主要驱动力,可在一定程度上造成城市水体质量下降。海绵城市建设影响了城市生态格局的演变方向,LID设施是影响场地微景观生态格局演变的重要载体,是微景观格局演变与生态过程的纽带,因此有必要结合LID设施对雨水径流的控制机理,运用景观指数对的LID设施格局进行分析,探讨景观格局与水文响应之间的联系。本研究基于SWMM模型,模拟计算研究区域LID设计方案在设计降雨条件的场次降雨径流控制效果和峰值流量削减,并选取香农多样性指数、香农均匀度指数、斑块密度、分裂度、最大斑块指数、斑块面积变异系数六种景观指数,分析其与对应设计方案场次降雨径流控制率及峰值流量削减率的相关关系,探讨景观指数评价LID景观类型效果的适用性,提出景观层面的LID方案效果的评价方法。在不同情景降雨条件下,分析香农多样性指数、香农均匀度指数、斑块密度、分裂度、最大斑块指数、斑块面积变异系数评价LID景观类型效果的有效性。根据现有景观指数评价LID景观类型存在的局限因素,依据“源”“汇”景观理论,提出了LID水文过程评价指数,并在不同降雨情景下分析LID水文过程评价指数评价LID景观类型效果的准确性。本研究取得的主要结论如下:(1)在确定年径流总量控制率设计目标的情况下,场地内LID设施不同的布设情形会对场次降雨径流控制效果及峰值流量削减效果产生显著影响。在确定年径流总量控制率目标下,单个设施容积不变化方案的场次降雨径流控制效果及峰值流量削减效果优于单个设施容积变化方案,故在设计阶段宜将LID设施的布设趋于均匀化。(2)香农多样性指数(SHDI)、香农均匀度指数(SHEI)与不同方案情形的场次降雨径流控制率及峰值流量削减率存在显著相关性,当单个设施的容积都不变化、设施总量变化和单个设施的容积都变化、设施总量也变化时,香农多样性指数(SHDI)、香农均匀度指数(SHEI)与场次降雨径流控制率及峰值流量削减率呈显著正相关;当单个设施的设施总量都不变、容积变化时,香农多样性指数(SHDI)、香农均匀度指数(SHEI)与场次降雨径流控制率及峰值流量削减率呈显著负相关,故香农多样性指数(SHDI)、香农均匀度指数(SHEI)对方案三种方案情形均有较好的评价意义。斑块密度(PD)只在特定情况下有评价意义,即不同方案之间的设施斑块数量不为常数时可用斑块密度(PD)作为评价指标。(3)最大斑块指数(LPI)、分裂度(DIVISION)、斑块面积变异系数(PSCV)在三种不同的情形中的评价能力不一致,当单个设施的容积都不变化、设施总量变化时,分裂度(DIVISION)、斑块面积变异系数(PSCV)表现出较好的评价能力,能力强弱程度DIVISIOV>PSCV;当单个设施的设施总量都不变、容积变化时,仅最大斑块指数(LPI)表现出较好的评价能力;当单个设施的容积都变化、设施总量也变化时,生物滞留池最大斑块指数(LPI)、分裂度(DIVISION)和下沉式绿地分裂度(DIVISION)表现出较好的评价能力。利用设施斑块类型水平指数在评价LID设施布设效果时,应根据相应情形选择对应指数。(4)随着雨峰系数和降雨历时的变化,景观指数与场次降雨径流控制率相关系数发生了变化,但是香农多样性指数(SHDI)、香农均匀度指数(SHEI)、斑块密度(PD)、分裂度(DIVISION)、斑块面积变异系数(PSCV)对LID场次径流控制效果评价能力仍具有较高的有效性,故雨峰系数及降雨历时影响香农多样性指数(SHDI)、香农均匀度指数(SHEI)、斑块密度(PD)、分裂度(DIVISION)、斑块面积变异系数(PSCV)评价能力强弱的程度较小,没有影响评价能力的有效性。同时,景观指数与峰值流量削减率相关显著性随着雨峰系数和降雨历时的变化表现出不稳定,主要是受重现期的影响。除下沉式绿地PSCV评价能力不稳定外,其他景观指数均有较高的评价能力。(5)本研究提出了评价LID效果的新指数,即LID水文过程评价指数,包含三个指数:LID空间下渗对比指数(LSICI)、LID空间存蓄对比指数(LSSCI)、LID空间功能对比指数(LSFCI)均有良好的评价意义,可用于预测场地内LID景观类型的径流控制及峰值流量削减的效果。相关性分析表明,LSICI与场次降雨径流控制率、峰值流量削减率呈显著负相关,LSSCI、LSFCI与场次降雨径流控制率、峰值流量削减率呈显著正相关,表明LSICI、LSSCI、LSFCI对评价径流控制效果及峰值流量削减效果具有一致性,不受研究区域大小的影响。(6)不同降雨历时、不同雨峰系数会对LSICI、LSSCI、LSFCI与场次径流控制率及峰值流量削减率的相关显著水平产生一定程度的影响,但LSICI、LSSCI、LSFCI仍具有评价场次降雨径流控制和峰值流量削减效果的能力,即降雨历时和雨峰系数不影响LSICI、LSSCI、LSFCI的准确性。(7)在传统景观指数的基础上,叠加LID景观空间功能对比指数,形成SHDI-LSFCI、SHEI-LSFCI、PD-LSFCI、LPI-LSFCI、DIVISION-LSFCI、PSCV-LSFCI,二者结合后放大了新的综合景观指数评价LID景观类型控制径流及削减峰值流量过程的能力,与LID景观类型实际功能发挥的作用相吻合,通过与传统景观指数相比,综合景观指数在不同的情形方案下均有良好的评价意义,具有评价结果一致性。