城市区域绿色屋顶普及对水量水质的影响

绿色屋顶是城市降雨径流管理的主要措施之一,为了解绿色屋顶普及对城市流域降雨径流量和径流水质的影响,本文以重庆大学虎溪流域为研究载体,评估了绿色屋顶规模化应用与流域降雨产流和径流水质的响应关系.结果表明： 在城市流域进行屋面绿化有助于消减降雨径流以及产污负荷,且屋顶绿化规模和空间分布情景影响降雨径流水质.在屋顶占城市区域总面积的比例为25%、降雨持续时间15 min、降雨强度14.8 mm·h^-1的条件下,当区域内屋顶全部绿化时,峰值降雨径流降低5.3%,降雨径流总量降低31%;总悬浮物（TSS）、总磷（TP）、总氮（TN）的污染负荷分别降低40.0%、31.6%、29.8%,峰值浓度分别降低21.0%、16.0%、-12.2%,平均浓度分别降低13.1%、0.9%、-1.7%;随屋顶绿化率的增加,TSS、TP浓度消减率有所提高,而TN浓度消减率则呈降低趋势,靠近流域总出水口进行屋面绿化,更有利于径流水质的改善.     

生物滞留系统径流与水质调控效应研究进展

生物滞留系统作为应用最广泛的现代雨洪管理措施之一,能够有效减少地表径流量和峰值流量、延迟产流时间并改善径流水质。本文从生物滞留系统结构与分类、径流调控与水质净化机理和效益、径流调控与水质净化模拟模型、径流调控与水质净化效益影响因素等多个方面综述了国内外研究进展,并从生物滞留系统设计参数优化、基质和植物配置优化、植物和微生物作用机理、气候变化响应、流域/区域尺度径流与水质调控效应、特定和新型污染物净化机理、清理维护方法、全生命周期评价等方面提出了未来研究趋势和重点,以期为生物滞留系统径流与水质调控效应研究及生物滞留系统设计、建设和维护等提供理论和方法参考。     

绿色屋顶径流氮磷浓度分布及赋存形态

为了解绿色屋顶暴雨径流的氮磷浓度分布及赋存形态,在重庆大学构建了两种绿色屋顶,于2009年9月至2011年10月期间进行了绿色屋顶和对照屋面的暴雨径流水质监测。研究结果表明,绿色屋顶暴雨径流pH值在7.7左右,氨氮浓度满足地表水环境质量标准Ⅲ类标准;总氮、总磷、硝酸根的平均浓度分别为3.6—4.4 mg/L、0.17—0.28 mg/L和3.1—3.7 mg/L,均高于降雨雨水浓度;与对照屋面暴雨径流相比,同时期的绿色屋顶暴雨径流中总氮、氨氮和总磷浓度较低,而硝酸根、磷酸根浓度较高。绿色屋顶暴雨径流水质的季节差异明显,夏季污染物浓度较低,而春秋季节污染物浓度较高;总体上看,随绿色屋顶运行时间的延长,暴雨径流中总氮和硝酸根浓度逐渐降低,而总磷和磷酸盐浓度则呈现出一定的波动性。气象因素、降雨雨水水质与绿色屋顶暴雨径流水质的相关性分析表明,气温越高、前期干旱时间越长,越有利于绿色屋顶径流中氨氮浓度的降低;绿色屋顶径流中的总磷和氨氮主要来自降雨。研究结果为绿色屋顶的科学构建和城市暴雨径流管理提供了重要参考。     

亚热带季风区城市典型绿化屋顶的径流削减效应

屋顶绿化能够削减暴雨径流,降低城市内涝发生频率,促进可持续雨洪管理。针对亚热带季风气候区典型绿化屋顶的全年径流削减效应,以南京为研究区,以简易型、花园型两类绿化屋顶为研究对象,基于1年现场观测数据及水量平衡方程,分析屋顶雨水的滞蓄、蒸发与径流量随季节变化规律及其关键影响因子,采用SCS-CN模型计算绿化屋面的径流曲线数(CN),并估算城市尺度大面积屋顶绿化的暴雨径流削减效果。结果显示,简易型、花园型绿化屋顶全年径流削减率分别为42%和60.7%;径流削减效应的四季排序为春季冬季秋季夏季,平均径流削减率依次为78.6%、47.5%、33.2%、32.9%(简易型)及98%、84.3%、49.5%、48.1%(花园型);土壤基质层对雨水截留起主导作用,分别占径流削减总量的52%和62%;雨量和雨强是影响径流削减效应的关键因子,与径流削减率均呈显著负相关关系(P0.01),初始土壤湿度与简易型绿化屋顶的径流削减率呈显著负相关(0.01P0.05),但与花园型的径流削减率无显著相关性;基于全年77次降雨事件的降雨量-径流量数据测算得到简易型和花园型绿化屋顶的CN值分别为92和88;若南京主城区所有建筑屋顶面积的60%实施两类绿化,则其全年径流量可分别削减2.8×10~7 m~3和4.2×10~7 m~3。以上研究结果可为城市雨洪管理和海绵城市建设提供科学依据。     

高度城市化地区屋顶绿化径流调控效益评价——以厦门岛为例

屋顶绿化的降雨径流调控效益对城市水安全与可持续发展具有重要作用,尤其是在土地资源紧缺与环境问题突出的高度城市化地区,然而目前针对城市尺度进行屋顶绿化降雨径流调控效益的研究较少。以厦门岛142 km~2的典型高度城市化地区为研究对象,采用ArcGIS与SCS-CN水文模型,研究了四种屋顶绿化实施场景在四种不同重现期(2、5、10、20年)降雨事件下各汇水区屋顶绿化的降雨径流调控效益,并依其空间分异特征制定差异化生态建设策略。结果显示,(1)平均地表径流减少率随城市屋顶绿化量的增加从0.91%增加至4.51%,随降雨强度的增加从2.86%下降到2.01%。屋顶绿化对南部城市核心区中山路商圈汇水区的地表径流削减作用最为显著,在2年重现期降雨事件和100%屋顶绿化实施场景下地表径流减少了8.84%。(2)厦门岛易积水区域主要分布在高崎机场、西北部港口、筼筜湖、五缘湾和环岛路;在四种屋顶绿化实施场景下,平均积水深度降低1.68、4.68、6.45、14.43 cm,平均积水面积减少6.11、16.89、23.29、52.06 hm~2,而随着降雨强度的增加,积水面积减少率幅度降低,屋顶绿化对中低...     

反坡水平阶对坡耕地径流和泥沙的调控作用

基于天然降雨径流小区,动态监测了澄江抚仙湖一级支流尖山河小流域坡耕地降雨-径流过程及水土流失量,研究了反坡水平阶对云南红壤坡耕地水土流失的调控作用.结果表明：反坡水平阶对研究区地表径流调控率在49.5%～87.7%,产沙调控率在56.7%～96.1%,平均可削减地表径流65.3%、减少泥沙流失80.7%,产流产沙调控作用显著,且产沙调控作用更明显;原状坡面和反坡水平阶处理中各参数的变异系数均依次为：泥沙流失量>径流量>产径流降雨量.与原状坡面相比,反坡水平阶处理下径流量、泥沙量的相对偏离程度较小,说明反坡水平阶对研究区坡耕地水土流失调控作用显著.     

不同气候区绿色屋顶蒸散发模拟研究

蒸散发过程决定绿色屋顶雨水滞留能力的恢复,进而影响绿色屋顶径流调控功能。基于水量平衡原理和Penman-Monteith公式,利用北京市实验绿色屋顶气象和蒸散发连续监测数据,构建并验证绿色屋顶水文过程模型,模拟分析不同气候区城市绿色屋顶蒸散发变化规律。结果表明：(1)该模型能较准确模拟绿色屋顶蒸散发量,率定和检验期的Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.6385和0.6014,决定系数(R²)分别为0.7191和0.6168;(2)基质厚度相同的情况下,从半干旱区(兰州)、半湿润区(北京)到湿润区(武汉和广州),绿色屋顶日平均实际蒸散发量呈增加趋势;(3)增加基质厚度可提升绿色屋顶最大雨水滞留能力,进而增加绿色屋顶实际蒸散发量,但基质厚度对绿色屋顶蒸散发量的影响存在阈值,在兰州、北京、武汉和广州,当基质厚度分别超过10 cm、17 cm、24 cm和25 cm时,绿色屋顶的日平均实际蒸散发量变化不再明显。此外,不同气候区城市绿色屋顶的日平均实际蒸散发量也存在阈值,广州绿色屋顶日平均实际蒸散发量的阈值依次高于武汉、北京和兰州。本研究有望为我国不同气候区绿色屋...     

绿色屋顶降温效应的多维时空变化特征

准确量化和挖掘绿色屋顶降温效应的时空特征是科学评价其热环境调控服务效益与潜力的重要前提。以南京市金陵小学轻型佛甲草绿色屋顶为例,基于夏季典型气象条件下的定点观测数据,率定ENVI-met模型中的相关参数,验证模拟结果的有效性;从传统"点"和"面"角度测度了绿色屋顶降温效应的二维变化特征,并采用三维"冷岛"逐时降温累积值和降温质心的时空变化来定量刻画绿色屋顶降温效应的四维变化特征(即三维"冷岛"随时间变化的特征),进而阐明其主要影响因素。研究结果表明:(1)轻型佛甲草绿色屋顶在日间(6:00-18:00)降温效应很弱,但在夜间(19:00-次日5:00)降温效应比较明显;(2)基于三维空间刻画的日夜间降温效应差异较传统二维方法测度的结果更为明显,绿色屋顶点、面与三维降温效应日夜间比值分别为3.1、5.0和8.1;(3)降温质心与降温强度在空间上呈现明显的集聚分布特征,夜间的降温强度与集聚程度明显高于白天,夜间的降温质心在绿色屋顶几何中心上方集聚,而白天质心分布较为分散且向靠近裸露屋顶一侧偏移;(4)绿色屋顶降温效应时空变化特征主要受下垫面属性、植被生理特征和局地微气象因子的多重影响。与传统的二维降温效应分析相比,从"四维时空变化"角度实现了对绿色屋顶降温效应更加客观的定量表征,可为其成本收益分析与建设效益评价提供重要的量化手段与决策依据。     

小兴安岭森林采伐对河川径流的影响

采用大流域径流测定与小流域对比实验相结合的方法,利用35年的径流和森林资源变化资料,对小兴安岭林区森林采伐后河川径流发生的一系列变化进行了全面系统的研究.结果表明,森林采伐后营造落叶松人工林,造林初期10年内,河川径流量表现为增加趋势;随着落叶松人工林的不断生长和郁闭成林,采伐流域的径流量逐渐减少,并趋于采伐前水平或低于采伐前水平（与对照流域相比）.河川年径流量与年降水量、森林采伐面积及更新造林面积密切相关.森林采伐面积与年径流量呈正相关,森林采伐能增加河川年径流量;更新造林面积与年径流量呈负相关,更新造林能减少年径流量.而森林采伐对洪峰流量和融雪径流量均有显著增加作用.     

城市雨洪管理低影响开发技术研究与利用进展

低影响开发(LID)作为一种新兴雨水管理技术,在消减城市雨洪和滞留污染物等方面效果显著.本文系统介绍了LID技术体系,综述了国外关于3类典型LID设施(生物滞留池、绿色屋顶和透水路面)对暴雨径流和主要污染物的消减效果研究,以及LID技术在模型模拟、成本效益分析和管理体系等方面的研究成果和经验;并在此基础上分析了目前LID技术存在的问题和研究的不足;最后从LID技术的研究方向、合理设计和科学管理等方面提出建议.旨在通过国外研究的成果和经验为LID技术在国内的标准制定和广泛实践提供科学依据和建议.
     

Green roof performance towards management of runoff water quantity and quality: A review

This review paper addresses the role of green roofs in urban drainage considering both management of water quantity and quality. Results from investigation of full scale installations as well as from laboratory models are reviewed. The following factors affecting runoff dynamics from green roofs are discussed: type of green roof and its geometrical properties (slope); soil moisture characteristics; season, weather and rainfall characteristics; age of green roof; vegetation. Design parameters as suggested by different authors are also reviewed. Factors which affect influence of a green roof on runoff water quality are discussed in general terms followed by the review of data regarding concentrations of phosphorus, nitrogen, and heavy metals in green roof runoff, its’ pH, and first flush effect. Linking among fertilization, runoff pollution and vegetation development is given a particular focus. The review indicates clearly that there is a need for more research into a green roof performance in an urban environment. The differences measured by few existing studies between the early years performance of green roofs and the later years indicate a need for long term monitoring of green roofs.     

Effect of a modular extensive green roof on stormwater runoff and water quality

Runoff quantity and quality from a 248 m² extensive green roof and a control were compared in Connecticut using a paired watershed study. Weekly and individual rain storm samples of runoff and precipitation were analyzed for TKN, NO₃ + NO₂-N, NH₃-N, TP, PO₄-P, and total and dissolved Cu, Pb, Zn, Cd, Cr, and Hg. The green roof watershed retained 51.4% of precipitation during the study period based on area extrapolation. Overall, the green roof retained 34% more precipitation than predicted by the paired watershed calibration equation. TP and PO₄-P mean concentrations in green roof runoff were higher than in precipitation but lower than in runoff from the control. The green roof was a sink for NH₃-N, Zn, and Pb, but not for TP, PO₄-P, and total Cu. It also reduced the mass export of TN, TKN, NO₃ + NO₂-N, Hg, and dissolved Cu primarily through a reduction in stormwater runoff. Greater than 90% of the total Cu, Hg, and Zn concentrations in the green roof runoff were in the dissolved form. The growing media and slow release fertilizer were probable sources of P and Cu in green roof runoff. Overall, the green roof was effective in reducing stormwater runoff and overall pollutant loading for most water quality contaminants.     

绿色屋面降雨径流水质及消减污染负荷研究

2011年5月至11月对12场降雨时段的屋面径流和干湿沉降进行采样监测,比较了屋面径流(绿色屋面和沥青屋面)、干湿总沉降和降雨中污染物的浓度和污染负荷,并运用多元统计方法分析了降雨特征对绿色屋面径流水质的影响。结果表明,从径流水质层面上分析,绿色屋面是总悬浮物(TSS)的汇,对p H值有较好的中和作用,对于总磷(TP)、溶解态铜(DCu)和溶解态锌(DZn)是非源非汇,是电导率(EC)、总氮(TN)、氨态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)、化学需氧量(COD)、5日生化需氧量(BOD5)和溶解态铅(DPb)的源;从污染负荷的角度分析,绿色屋面是NH+4-N、TSS和BOD5的汇,对于TN、DPb、DCu、DZn、TP和COD是非源非汇,是NO-3-N的源;与控制屋面相比,绿色屋面可以消减TSS、TP、BOD5、COD、NH+4-N、DZn和DPb的污染负荷,分别消减了90.53%、49.38%、41.31%、36.48%、35.45%、28.27%和14.20%;但是增加了NO-3-N和TN的污染负荷,分别增加了821.02%和275.48%;绿色屋面径流污染物的浓度与降雨量、降雨历时和降雨强度呈负相关关系,而与降雨间隔呈正相关关系。研究结果为绿色屋面的科学设计及正确评价绿色屋面对径流水质的影响提供依据。     

Quantifying the effect of slope on extensive green roof stormwater retention

Impervious surfaces, such as rooftops, parking lots, and roads, increase runoff and the potential for flooding. Green roof technologies, which entail growing plants on rooftops, are increasingly being used to alleviate stormwater runoff problems. To quantify the effect that roof slope has on green roof stormwater retention, runoff was analyzed from 12 extensive green roof platforms constructed at four slopes (2%, 7%, 15%, and 25%). Rain events were categorized as light (<2.0 mm) (0.08 in.), medium (2.0–10.0 mm) (0.08–0.39 in.), or heavy (>10.0 mm) (>0.39 in.). Data demonstrated an average retention value of 80.8%. Mean retention was least at the 25% slope (76.4%) and greatest at the 2% slope (85.6%). In addition, runoff that did occur was delayed and distributed over a long period of time for all slopes. Curve numbers, a common method used by engineers to estimate stormwater runoff for an area, ranged from 84 to 90, and are all lower than a conventional roof curve number of 98, indicating that these greened slopes reduced runoff compared to traditional roofs.     

湿热地区简单式屋顶绿化的截流雨水效应

城市内涝是困扰各大城市的环境问题,其主观原因是来自迅速增加的城市不透水面.国外运用屋顶绿化作为截留雨水的措施得到广泛实践,而屋顶绿化滞留雨水能力随气候条件的变化而变化.湿热气候区具有气温高、湿度高、雨量大的气候特点,在此气候条件下探讨屋顶绿化截留雨水的效能具有重要意义.本研究以在夏季雨热同期的广州市为例,搭建3个简单式屋顶绿化测试平台,通过13个月试验期的气象观测和数据测定推算其截留雨水的效能.结果表明: 基质厚度30、50和70 mm简单式屋顶绿化的降雨滞留率分别为27.2%、30.9%和32.1%,平均峰值减少量为18.9%、26.2%和27.7%.广州市建成区面积1035.01 km²,屋顶面积约占37.3%,假设在此区域推行30 mm厚度基质的屋顶绿化,小、中、大雨的总迟滞比率分别为72.8%、22.6%和17.4%,以此推算得出可滞留雨水体积达14317×10⁴ m³,说明简单式屋顶绿化的截留雨水效应具有巨大潜力.本研究结果可为湿热气候区城市缓解城市内涝、建设海绵城市的构想提供参考.     

水蕨性别决定研究进展

介绍了成精子囊素、赤霉素、培养密度等环境因素对水蕨性别决定的影响以及和水蕨性别决定有关的遗传学和分子生物学研究,概述了以水蕨为材料研究植物性别决定的优势及研究意义,明确了水蕨作为研究植物性别决定的模式植物的地位。     

Suspended solids in and turbidity of runoff from green roofs

Green roof technology is used to reduce the quantity of stormwater runoff, but questions remain regarding its impact on quality. This study analyzed the total suspended solids (TSS) in and the turbidity of runoff from green roof growth media mixed with composted pine bark in an indoor pot study. The results showed that there were elevated levels of TSS and turbidity in the runoff that decreased over time for all growth media. Both TSS and turbidity are affected by the type of growth media. Lava and haydite had higher mean TSS and mean turbidity than arkalyte and bottom ash. Vegetation reduced the mean turbidity and mean TSS of the first flush by an average of 53% and 63%, respectively, but generally had no statistically significant effect thereafter. The results indicate that the media, rather than the vegetation, has a greater effect on TSS and turbidity in the runoff In areas with stringent water quality regulations for stormwater runoff from developed sites, media selection may be an important consideration. It may also be necessary in these regions to ensure that the roof is planted prior to receiving rainfall to minimize the first flush effect and that any irrigation does not result in runoff.     

水分胁迫对黄河三角洲河口湿地芦苇光合参数的影响

通过盆栽试验,分析了多梯度土壤水分条件对黄河三角洲河口湿地淡水沼泽芦苇快速生长期叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、水分利用效率(WUE)和光能利用效率(LUE)等光合参数的影响,探讨淡水沼泽芦苇正常生长发育适宜的土壤水分条件.结果表明：淡水沼泽芦苇的P_n、T_r、WUE及LUE对土壤水分的变化有明显的响应阈值.渍水状态不是淡水沼泽芦苇生理状态最好的水分条件.维持淡水沼泽芦苇快速生长期正常生长,适宜的土壤体积含水率(W_v)应大于25.7%(即相对含水率W_r>66.6%),最佳W_v为36.9%(W_r为95.6%),正常生长所允许的最低土壤含水率W_v为21.5%(W_r为55.7%).气孔限制是淡水沼泽芦苇对水分胁迫的主要响应机制.干旱胁迫下,淡水沼泽芦苇的最大净光合速率(P_{n max})和表观量子效率(AQY)均显著下降,其暗呼吸速率(R_d)降低,减少呼吸作用对光合产物的消耗,提高WUE,以维持较高的光合速率.