降雨对北方城市5种典型城市绿化树种叶面滞尘的影响

城市树木和森林植被净化大气颗粒污染物的功能受到了广泛的重视,但由于受多种植被特征与环境因素的影响,定量评价城市植被净化大气颗粒污染物功能非常困难。研究了不同降雨条件下大叶黄杨、银杏、栾树、五角枫、杜仲5种我国北方城市绿化典型树种叶面滞尘量的变化特征。在选定的样树冠层分上、中、下3层和东、南、西、北4个方向,采集成熟叶片,采用刷洗样本叶表,抽取水样及分级抽滤并烘干称重的方法,测定这5种树种降雨后12d(夏季累积滞尘量)、14mm降雨后(小雨)、29mm降雨后(中雨)以及室内模拟降雨30mm/h(15mm雨量)后叶片表面不同粒径大气颗粒污染物的滞留量。研究结果表明:降雨对不同粒径颗粒物去除能力有较大差异,除银杏以外,PM10以上颗粒物更容易去除;小雨对颗粒物的冲刷能力有限;中雨可以冲刷掉50%以上总颗粒物;室内模拟强降雨可以冲刷掉90%以上颗粒物,随着降雨增大,各粒径颗粒物随之冲刷量增加;同时叶表结构对抗冲刷能力有显著影响,革质叶片更容易滞尘及冲刷,绒毛结构滞尘能力较低,抗冲刷能力较强;北方大叶黄杨具有综合去除空气中颗粒物优势(小雨TSP冲刷量为(775.06±33.99)mg/m~2),银杏具有去除细颗粒物优势(中雨PM_(2.5)冲刷量为(426.55±40.83.99)mg/m~2)。     

昆明市明通河流域降雨径流水量水质SWMM模型模拟

选取昆明市明通河流域为研究区域,在暴雨管理模型(SWMM模型)参数敏感性分析、模型率定的基础上,对明通河流域进行了降雨径流水量水质模拟。结果表明:SWMM模型水文水力模块中最灵敏参数为不透水率,水质模块中污染物最大累积量、污染物累积速率均为灵敏参数,而冲刷系数和冲刷指数的灵敏度受降雨强度影响波动较大。水量水质模拟结果与实测结果较为吻合,模型率定取得了满意的结果。模拟结果显示,研究区降雨径流总氮、总磷、化学需氧量单位面积负荷率分别为75.6、8.5、697.8 kg hm-2a-1,城市降雨径流污染在滇池流域面源污染中占有较大份额。     

沈阳市降雨径流初期冲刷效应

研究探讨城市降雨径流的初期冲刷效应对于城市水环境治理和水污染防治具有重要意义。以沈阳市典型区域为例,对坡顶屋面、平顶屋面和路面3种典型下垫面的降雨径流进行了监测,分析的污染物包括总悬浮颗粒物(TSS)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和主要重金属(Cd、Cr、Cu、Ni、Zn)。利用M(V)曲线和污染物初期冲刷率(MFF₃₀),分析了不同降雨径流事件的初期冲刷强度和发生强冲刷、弱冲刷的概率。结果显示:研究区较易产生初期冲刷现象,约有50%-90%的降雨事件能产生初期冲刷现象。3种下垫面发生初期冲刷的强度依次是:平顶屋面>坡顶屋面>路面。降雨历时和干期长度与初期冲刷效应具有正相关关系,降雨量和降雨强度与初期冲刷先是正相关关系,但当稀释效应大于冲刷效应时,呈现负相关关系。重金属污染物较容易发生初期冲刷现象,而TN易发生强初期冲刷。     

河网地区小城镇街尘的粒径分布与多环芳烃污染

街尘是重要的环境介质,其携带的污染物在城镇化过程中对河网地区的水环境构成了一定的威胁。以杭嘉湖平原河网地区饮用水水源河流上游典型小城镇的街尘为研究对象,对街尘、河道沉积物、地表径流以及降雨前后地表水中的多环芳烃进行测定。在对不同粒径街尘中多环芳烃浓度的测定中发现,粒径为<63、125-63、250-125和900-250 μm街尘中多环芳烃的平均含量分别为7261、5835、4660和2909μg/kg。小粒径的街尘颗粒含有较高的多环芳烃浓度,较小的密度,并且较难清扫,造成了小粒径街尘易被雨水冲刷随地表径流进入河网水体。在对两场降雨的地表径流中多环芳烃检测发现,颗粒态的多环芳烃分别占总浓度的95%和94%。地表径流过程增加了受纳水体中多环芳烃浓度的43%-62%,其中超过50%的增加表现为颗粒态。在对不同河段沉积物、地表径流中颗粒物和不同粒径街尘中多环芳烃浓度的风险评价中发现,小粒径街尘和地表径流中颗粒物中多环芳烃的浓度相接近并具有较高的生态风险,城镇段河道沉积物较次之。由于河网地区的特殊的水文条件和景观空间格局特征,地表径流沉积物在进入河网水体后易原位沉积,造成了河道沉积物城镇段有较高的多环芳烃浓度。     

城市街谷大气污染物分布研究进展

城市街谷是现代城市最重要的空间形式与特征之一,是城市中使用频率最高、汽车尾气污染最严重、日常人口密度最大的公共空间类型之一。城市街谷不合理的空间配置和结构会造成城市通风自净能力降低,大气污染物浓度增高。本文综述了城市街谷形态、行道树配置、机动车车流量和气象因素等对街谷大气污染物分布的影响,以及数值模拟、风洞试验和实地监测等用于街谷大气污染物分布及扩散研究的相关方法。建议未来以实地监测数据为基础,综合考虑多种因素对街谷大气污染物分布的研究,提出适宜城市大气污染物扩散的城市街谷构建模式,从城市规划和格局优化的角度为城市大气污染物的减控提出科学支撑和优化方案。     

城市非点源污染研究进展

城市非点源污染是伴随城市化而出现的新问题,其主要来源于城市中的工业排放、化石燃料燃烧、汽车尾气和土壤侵蚀等,通过暴雨径流的冲刷作用汇入城市水体,从而严重危害着城市水体水质和生态系统的安全.本文阐述了城市非点源污染的概念、形成过程及其影响因素;评述了城市暴雨径流的主要研究方法,即事件平均浓度(EMC)和初期冲刷(FF);介绍了国内外常用的SWMM和HSPF两种城市非点源污染模型的研究进展;总结了最佳管理措施(BMPs)和低影响发展(LID)在城市非点源污染控制中的应用;最后根据目前研究的不足,提出了未来研究要在加强污染物机理研究的基础上,进一步完善城市非点源模型,而中国要研究适合本国的城市非点源污染控制措施和将城市非点源污染治理与城市规划、景观设计相结合.     

城市雨洪SWMM 模型的敏感参数研究综述

伴随城市化的发展, 城市降雨径流水文机制发生改变, 城市内涝频繁发生和水质恶化严重, 最终造成城市水生态环境退化现象日益凸显。由美国EPA 研发的SWMM 模型成为城市降雨径流模拟研究的重要工具, 广泛应用于城市降雨径流产生、输移过程及其管理措施效果等方面的模拟研究, 但其参数的确定是其应用的关键性问题。可见, 对SWMM 模型敏感参数进行识别分类及其敏感性研究, 不仅有利于降低SWMM 模型应用时参数选取的工作量, 还可以提高其模拟结果的准确度。将SWMM 模型的主要敏感参数分为6 类: 汇水区性状参数、透水性地表与不透水性地表相关参数、下渗相关参数、传输模块参数、污染物累积冲刷相关参数和其他参数, 并分析得出敏感参数主要受模型输出变量类型、降雨强度和土地利用类型等因素的影响。在此基础上, 提出了针对SWMM 模型参数敏感性方面今后研究的重点, 以期为SWMM 模型在国内的应用与研究提供参考。     

滤渠-塘组合系统对城市旅游区降雨径流污染的离线截控作用

提出了一种控制城市旅游区降雨径流污染的滤渠-塘离线组合处理系统,并研究了该系统对降雨径流污染的离线截控作用.结果表明:无论从单次降雨事件还是从年度上分析,该系统通过有效地分流初期污染降雨径流,均可降低降雨径流中污染物的浓度和体积平均粒径,并对降雨径流中污染物的负荷具有较高的持留效率,是一种高效的处理系统,比较适用于土地利用相对紧张的城镇区域.2005年该系统对降雨径流中总悬浮物(TSS)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)负荷的年持留率分别达到86.4%、85.5%、83.9%和82.9%.以2005年6月26日的次降雨事件为例,该系统对降雨径流水量的削减率为67.9%,对污染物中各种形态氮的去除效率高于磷,对TSS、COD、TN和TP负荷的持留率分别为97.0%、89.2%、94.9%和96.2%.该系统还可以有效地拦截降雨径流中的大部分颗粒物.     

沈阳市降雨径流污染物排放特征

城市降雨径流作为污染物迁移转化的主要驱动力,是城市非点源污染研究的热点和重点。本文以沈阳市典型区域为例,研究了坡顶屋面、平顶屋面和路面3种下垫面降雨径流的总悬浮颗粒物(TSS)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和主要重金属(Cd、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn)共10种污染物的排放特征。结果表明:污染物的浓度峰值提前于径流峰值;路面径流的污染程度重于屋面径流,TN是屋面径流的主要污染物,TSS、TN、TP、Pb和Cr则是路面径流的主要污染物,TSS超过了国家污水二级排放标准,其余污染物均超过了国家V类地表水标准;径流中TSS与除TN以外的其他8种污染物有较强相关性,氮、磷营养元素与降雨量和雨强大小呈显著正相关,COD则易随着降雨时间的延长而逐渐释放到径流中;与其他国家和城市对比发现,沈阳屋面径流中TSS、TN、TP和COD较少,但却有一定的重金属污染;路面径流中TSS和TP浓度较高,但TN和COD浓度较低,且重金属中Pb、Cr、Cu和Zn的污染较严重。     

城市不同下垫面的降雨径流污染

当点源污染被有效控制后,面源污染成为城市水质恶化的主要原因之一。屋面和路面等不透水面以及绿地是城市的3种主要下垫面形式。当暴雨产生时,各种下垫面特别是屋面和路面上汇聚大量污染物质产生径流,对城市生态环境造成严重的污染。以文教区为例,对屋面、路面、草坪的径流水质进行了监测,指标包括pH、悬浮固体(SS)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)和生化需氧量(BOD5)等。比较分析发现,3种下垫面类型的径流水质均较差,COD、TN、TP、BOD5平均浓度超过地表水环境质量Ⅴ级标准。COD、TN和TP浓度与SS含量之间相关性较好,相关系数可达0.85以上。径流中污染物浓度受多个因素的影响,其中降雨量和降雨强度是两个重要因素,雨强越大,雨水对城市下垫面的冲刷就越强;在相同的污染物累积量条件下,降雨量越大,径流中污染物浓度越低。     

三峡库区土质道路侵蚀产沙过程的模拟降雨试验

以三峡库区王家桥小流域为研究区,通过野外调查选择了5个典型路段,在1.0 mm min~(-1)模拟降雨条件下研究了土质道路降雨-径流-泥沙关系.结果表明,土质道路被高度压实,但使用强度和管护方式差异致使容重、路面浮土、杂草盖度、饱和导水率等差异显著.土质道路仅需1～3 mm降雨就能产生地表径流,7～10 mm的降雨使径流趋于稳定,径流系数超过60%,特别是车流量较大干道的径流系数超过70%,平均和峰值径流量达0.69 mm min~(-1)和0.84 mm min~(-1).土质路面大量浮土致使初始径流含沙量高,然后快速下降并趋于稳定.由于路面浮土量大和在降雨过程中能形成人工细沟的车辙等导致较大车流量干道的土壤流失率是其它路段3～4倍.土质道路的容重和路面浮土与径流系数和土壤流失量呈显著正相关,饱和导水率则呈显著负相关;路面杂草能显著减少径流,防治路面侵蚀.     

土地利用格局对SWMM模型汇流模式选择及相应产流特征的影响

城市下垫面土地利用格局与地形的复杂性将导致地表汇流模式的多变性。在城市雨洪管理模型中,不同汇流模式的选取对雨洪模拟结果产生重要影响,而这一影响往往被忽视。基于设定与巴中城市社区尺度相近的实验区以及巴中市的真实降水数据,并根据实验区土地利用格局特征,在SWMM雨洪管理模型汇水模块中设置Outlet、Impervious、Pervious 3种汇流演算模式及其演算面积比,分析了不同土地利用格局响应下的不同汇流模式选择对城市雨洪模拟结果的影响。结果表明:(1)Outlet、Impervious两种汇流演算模式下汇水区地表径流的模拟结果相同,但与Pervious演算模式下的模拟结果差异显著。在Pervious模式下地表径流相对另外两种汇流模式最大降低了52%,降雨下渗量提高了近1倍。(2)在Pervious模式下,演算面积比对汇水区地表径流模拟结果具有重要影响。在总不透水面(IA)面积一定的情况下,有效不透水面(DCIA)的减少引起非有效不透水面(UIA)的比率增加。这种土地利用格局的变化致使汇水区总径流量、径流系数显著下降,降雨下渗量逐渐增加,洪峰流量则呈先增后减的趋势,且在非有效不透水面(UIA)比率为30%和40%时(此时非有效不透水面与渗透面面积相接近),洪峰流量最小。对结果的分析表明了雨洪管理模型在小尺度汇水区上应用时,应根据土地利用格局特征选择相应的地表汇流模式。正确的评价和分析不同土地利用格局方案对地表径流的影响,从而更为科学地指导城市雨洪管理和海绵城市的规划与建设。     

辽宁中部城市群城市非点源污染负荷评估

过去几十年我国经历了快速城市化过程,这使得不透水面大幅度增加,导致地表径流和洪峰流量增加,进入水体的污染物增多。城市非点源污染已成为河流水体恶化、生态系统退化的重要原因。在快速城市化过程中,城市群已成为城市化发展的新阶段。位于同一流域的各城市所产生的城市非点源污染导致城市群流域水环境问题越来越突出,成为制约城市群流域可持续发展的关键因素之一。现有的关于城市非点源的研究多集中于城市内部小尺度,对城市群大尺度的研究亟需发展。以位于浑河太子河流域的辽宁中部城市群为例,在沈阳市不同功能区和不同下垫面进行降雨径流采样,基于事件平均浓度（Event Mean Concentration, EMC）法和SWMM（Storm Water Management Model）模型相结合的方式,定量评估城市群流域城市非点源污染负荷。研究结果表明：路面径流中城市非点源污染物浓度、负荷量及其单位面积负荷要高于屋面径流和透水面径流。辽宁中部城市群TP、TN、COD、TSS的年均城市非点源污染负荷分别为265.52、852.89、2249.71、192496.74 t/a,重金属Cd、Ni、Pb、Cr、Cu、Zn的年均城市非点源污染负荷分别为347.99、9932.62、25861.29、28360.41、36068.30、138840.42 kg/a。沈阳市城市非点源污染负荷最高,但其单位面积负荷最低。本研究基于更为精细的城市下垫面划分,综合考虑城市功能区划、下垫面类型和降雨强度,更为准确的评估了辽宁中部城市群流域的城市非点源污染负荷。该研究能够为高度城市化流域城市非点源污染防控和水环境综合治理提供科学依据。     

基于暴雨径流管理模型的海绵城市景观格局优化模拟

随着我国城镇化进程加快,城市不透水面积急剧增加,城市内涝问题日益严重.为此我国基于低影响开发理念提出了海绵城市概念.本研究以辽宁省沈抚新城中心城区作为研究区域,利用暴雨强度公式构建不同重现期的降雨过程,基于海绵城市理念对研究区进行景观格局优化,并运用暴雨径流管理模型模拟预规划方案和景观格局优化方案两种情景下的地表径流和雨水调控能力的差异,分析景观格局优化方案对城市地表径流和雨水调控能力的影响.结果表明: 随着降雨重现期的增大,研究区内径流总量和径流系数呈上升趋势;在相同降雨重现期下,景观格局优化方案的径流系数明显降低,径流总量的削减量逐渐增加,1年一遇、3年一遇、5年一遇和50年一遇重现期下的削减量分别为2.94、3.58、3.72、4.19 mm;相对应的削减率逐渐降低,分别为23.9%、16.4%、14.3%、9.3%;优化后的方案可满足降雨重现期p=1时设计降雨量20.8 mm、p=3时雨水管网不超载且p=50时河道不溢流的要求.     

黄土区被草土质路面产流产沙过程及防蚀效果

通过变坡钢槽装土和人工降雨的室内模拟试验,分析了黄土区裸露土质路和被草土质路(被草土质路种植早熟禾)路面的产流产沙过程及被草土质路的防蚀效果.结果表明:在相同雨强和坡度条件下,研究区被草土质路的径流系数大于裸露土质路;两种路面的径流系数均随着雨强和坡度的增加而增大;不同雨强、相同坡度条件下,径流系数与降雨历时呈对数关系,径流系数与雨强、坡度呈二次函数关系;两种路面的土壤侵蚀速率均随着雨强和坡度的增加而增大;相同降雨条件下,被草土质路的土壤侵蚀速率低于裸露土质路;在不同雨强条件下,被草土质路的平均减沙效益达47.22%;在不同坡度条件下,被草土质路的平均减沙效益达26.24%;被草土质路通过增加路面糙度和增大路面阻力可降低水流搬运泥沙的能力,起到了减少路面产沙量的作用.     

海绵城市建设对流域海绵体生态水文过程的改善

快速城市化驱动的不透水面比例增加是引起流域洪峰和径流总量增加的直接原因,海绵城市建设通过生态基础设施网络构建增加流域透水面比例,是重构流域生态水文过程的重要途径。但是海绵城市建设在流域海绵体生态水文过程中发挥的作用尚不清楚。本文以深圳市布吉河流域洪湖片区为例,通过雨季水文过程要素在线连续监测来确定海绵城市建设是否改善洪湖片区生态水文过程。结果表明,中观尺度上,雨季降雨量对洪湖片区地表径流总量无直接影响,降雨强度显著影响洪湖片区地表径流峰值流量（P<0.05）,日降雨量对布吉河水质影响极显著（P<0.01）。洪湖片区通过28.3%（0.85 km2）海绵面积建设,透水面比例提升,以生物滞留设施和透水铺装等强化片区蒸散和下渗过程,减少雨季径流97.2%（248.72万m3）,削减典型降雨峰值流量98.2%以上,降低易涝点积水水位至7.8 cm以下,2.8%形成河川径流（布吉河）,海绵面积（比例）和地表径流量削减无直接量化关系。洪湖片区污染物截留时空随保水能力得到提升,控制排放SS月均浓度均低于15.60 mg/L,污染物通过径流裹挟进入布吉河的总量和速率降低,促使布吉河黑臭消除、水质提升至IV类。海绵城市建设对微观尺度生态水文过程的影响与中观尺度存在差异,降雨量等因素与典型项目生态水文过程量化关系不明显。学校、道路和社区公园利用绿色屋顶、透水铺装等强化下渗、蒸散,可削减雨季径流99.0%以上、削减峰值流量97.0%以上,控制SS月均浓度低于17.10 mg/L。总之,以上研究结果强烈表明海绵城市中微观尺度源头减排设施和调蓄设施的耦合建设模式可以削减洪湖片区径流总量、峰值流量、积水水位和径流污染,是一种改善相似流域生态水文过程的有效途径。     

A Protocol for Conducting Rainfall Simulation to Study Soil Runoff

Rainfall is a driving force for the transport of environmental contaminants from agricultural soils to surficial water bodies via surface runoff. The objective of this study was to characterize the effects of antecedent soil moisture content on the fate and transport of surface applied commercial urea, a common form of nitrogen (N) fertilizer, following a rainfall event that occurs within 24 hr after fertilizer application. Although urea is assumed to be readily hydrolyzed to ammonium and therefore not often available for transport, recent studies suggest that urea can be transported from agricultural soils to coastal waters where it is implicated in harmful algal blooms. A rainfall simulator was used to apply a consistent rate of uniform rainfall across packed soil boxes that had been prewetted to different soil moisture contents. By controlling rainfall and soil physical characteristics, the effects of antecedent soil moisture on urea loss were isolated. Wetter soils exhibited shorter time from rainfall initiation to runoff initiation, greater total volume of runoff, higher urea concentrations in runoff, and greater mass loadings of urea in runoff. These results also demonstrate the importance of controlling for antecedent soil moisture content in studies designed to isolate other variables, such as soil physical or chemical characteristics, slope, soil cover, management, or rainfall characteristics. Because rainfall simulators are designed to deliver raindrops of similar size and velocity as natural rainfall, studies conducted under a standardized protocol can yield valuable data that, in turn, can be used to develop models for predicting the fate and transport of pollutants in runoff.     

Decline in the diversity of willow trunk-dwelling weevils (Coleoptera: Curculionoidea) as a result of urban expansion in Beijing,China

Beijing, the capital and second largest city of China, expanded in a typical concentric pattern. The urbanized area consists of five concentric zones, which are based on the city’s ring road system. Willow trees (Salix spp.) are commonly planted and abundant in the city. In this study, we determined the effects of urbanization on willow trunk-dwelling weevils (Coleoptera: Curculionoidea) in a 3-year survey. Our results indicated that species richness and abundance decreased from outskirts to the urban center. It was estimated that within a 30-km limit, species richness and abundance might be reduced by 0.9 species and 59.3% of individuals per 5 km toward urban center. Landscape variables (e.g., the proportion of impervious surface and distance to urban center) explained 59.4% of species richness and 43.9% of species abundance. Local variables (e.g., plant resources and site size) explained only 4.9% of species richness and 4.7% of species abundance. Our results show that there is a negative relationship between urban expansion and weevil diversity. There are several ways in which such detrimental effects on biodiversity could be mitigated: (1) Optimization of urban landscape structures, as well as vegetation planting; (2) increasing connectivity between urban remnants and natural landscapes in the outskirts of the city; and (3) limiting the proportion of impervious surface in inner urban zones.