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不同空间尺度城市低影响开发的环境水文效应模拟

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城市化进程的发展导致了城市区域水文环境发生较大改变，排涝除险、面源污染控制和水资源综合利用等问题引起了广泛关注。本文以我国第一批海绵城市建设试点城市西咸新区沣西新城为研究对象，基于海绵城市建设视角，综合运用现场监测、模型模拟等手段对不同空间尺度城市低影响开发的环境水文效应进行模拟研究。得到了以下结论： (1)通过不同降雨强度降雨径流监测，揭示了海绵试点区域某排水分区降雨径流时空变化特征。降雨过程前期主要是冲刷作用，后期则主要受稀释作用影响，污染物浓度降低，但也会由于人为原因在浓度过程线末端呈现翘尾增长。从整体来看，SS浓度：交通区＞文教区＞商业区＞Y23排口；CODcr浓度：Y23总排口＞商业区＞文教区＞交通区＞居住区；TN、NH3-N污染物浓度：商业区＞Y23总排口＞文教区＞居住区＞交通区；N03-N浓度：商业区＞文教区＞交通区＞居住区＞Y23排口；TP浓度：商业区＞居住区＞Y23总排口＞文教区＞交通区。 (2)辨识了海绵城市试点区域莱排水分区土壤理化性质，揭示了土壤季节性动态变化和空间变异性。研究区域土壤粉粒含量最高，砂粒次之，黏粒最少，各采样点颗粒组成含量差异性不显著；表层土壤含水率均值17.33%，土壤容重均值1.662g/cm3，土壤比重均值2.58g/cm3，土壤孔隙度均值35.53%;研究区域土壤pH整体呈碱性，有机质、全氮、全磷含量均较高；研究区域土壤pH空间变异系数最小，为0.02，呈弱变异性；土壤含水率、有机质、全氮、全磷含量在空间上呈中等变异性，在0.1-1.0之间。 (3)基于SWMM，模拟分析了不同降雨条件下某商业小区的环境水文效应，提出了降雨资料缺乏地区不同模拟目标下设计雨型筛选方法。传统开发模式下采用芝加哥雨型时，地表径流总量、总排口峰值流量及排口水深、污染负荷总量等均为最高值；对于研究区域，可选取芝加哥雨型进行场地前期评估和雨水系统设计模拟分析，Huff雨型可用于水文和环境调控效果模拟评价，P&C雨型可用于水力调控效果评价；芝加哥雨型条件下，低影响开发模式下的各评价指标值均低于传统开发模式，雨洪及面源污染调控效果明显。 (4)模拟分析了区域、片区、地块3种空间尺度研究区域在两种开发模式下对不同重现期降雨的环境水文效应。随着空间尺度增大，2a重现期下，径流总量削减率呈增大趋势，5a及以上重现期下，径流总量削减率从小尺度到中尺度呈增大趋势，但在大尺度有略微下降的趋势；2a重现期下，径流系数随着空间尺度的增大减小，减小幅度降低；5a及以上重现期下，从小尺度到中尺度时径流系数减小，从中尺度到大尺度时基本持平；随着重现期的增大，小尺度下峰值流量削减率呈先增加后减小的趋势，中尺度下呈先增大后减小的趋势；随着重现期增大，3种空间尺度下4种污染物负荷量削减率均呈下降趋势。 （5）基于RECARGA模型，从降雨条件、汇水面积、介质层厚度及种类对雨水花园系统进行了模拟分析。结果表明：防渗型雨水花园的径流削减幅度随着降雨重现期的增大而减小，蓄水效果不佳；对于渗透型，径流削减和地下水补给幅度均较高，积水时间较长；随着汇水面积减小，防渗型径流削减幅度减小，积水时间减短；渗透型地下水补给幅度增加，积水时间减少；随着介质层厚度增加，积水时间呈减小趋势，但略高于具有出流设施的防渗型雨水花园；介质层种类不同，饱和入渗速率越大，积水时间越短。

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