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城市绿地对降雨径流及其污染物削减研究

作　者: 杨栩
导　师: 尤学一
学　校: 天津大学
专　业: 环境科学
关键词: 城市绿地降雨径流 HYDRUS-1D 正交实验数量化理论土壤水分特征曲线污染物
分类号: X52
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着城市化进程日益深化，城区不透水面积高速增长，雨水径流引发的内涝灾害已成为阻碍城市经济社会发展的关键问题。同时，城市降雨地表径流造成的非点源污染也成为城市水环境污染和生态退化的重要因素，是河流与湖泊的主要污染源。城市绿地作为削减降雨径流及其污染物的主要手段，引起了广泛的重视，已成为城市建设重要的研究课题。在广泛查阅国内外有关研究成果的基础上，利用室内模拟土柱实验和野外现场实验，研究了城市绿地对降雨径流及其污染物削减的机理和程度，建立了基于HYDRUS-1D模型的雨水径流及其污染物在绿地土壤中的运移模型，在模型验证后，利用模型进行了径流与污染物削减预测，主要结论如下：1、对L9(34)正交实验数据进行极差和方差分析，可知降雨强度、降雨历时、草地类型以及植被覆盖度对绿地径流量的影响均极显著，强弱顺序依次为：降雨强度>草地类型>降雨历时>植被覆盖度。运用L9(34)正交实验数据和数量化理论，建立了绿地雨水径流量预测模型，利用水平效应和工程平均估计及野外现场实验数据验证了模型的可靠性；2、对标准粒子群算法进行改进，应用于天津城市绿地土壤水分特征曲线和入渗模型评价。Van Genuchten模型与天津中心城区绿地土壤水分特征曲线符合最好，而Horton模型与天津中心城区绿地土壤入渗特性符合最佳。HYDRUS-1D模型能较好地描述裸地和绿地雨水垂直入渗过程，准确预测径流量；3、在低、中和高3种雨水径流污染物浓度水平（CODcr为68、137、550mg/L；TN是3.01、7.51、30.06mg/L；TP为0.29、0.69、2.73mg/L；NH4+是0.44、1.61、2.19mg/L），水力负荷为3.5、3.0和2.5cm/h，持续进水1h条件下，城市绿地具有良好且稳定的污染削减能力，对CODcr、TN、TP、NH4+的综合平均削减率分别达到75.30%、44.36%、83.14%、67.25%；4、建立了雨水径流污染物CODcr在土壤中运移的数学模型，与室内土柱实验数据相对比，均方根误差RMSE小于9.50mg/L。在土壤容量范围内，城市绿地对径流污染物CODcr削减率与其浓度无关。随着水力负荷的增加，绿地对径流污染物削减率降低。进水时间间隔的增加，绿地对径流污染物削减率升高。绿地下凹深度对径流污染物削减的程度与水力负荷密切相关。随着水力负荷增大，下凹绿地对污染物的削减率随着下凹深度的增加而降低。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-19
  1.1 研究背景和意义  8-9
  1.2 城市雨水调蓄研究现状及进展  9-14
    1.2.1 国外城市雨水调蓄的研究进展  9-13
    1.2.2 国内城市雨水调蓄的研究进展  13-14
  1.3 城市降雨径流污染控制研究现状及进展  14-17
    1.3.1 国外城市雨水径流污染控制的研究进展  14-17
    1.3.2 国内城市雨水径流污染控制的研究进展  17
  1.4 研究不足与本文的主要工作  17-19
第二章城市绿地对雨水径流削减试验研究  19-69
  2.1 室内土柱模拟试验  19-56
    2.1.1 试验装置  19
    2.1.2 试验设计与观测方法  19-21
    2.1.3 试验参数与测定方法  21-28
    2.1.4 试验材料  28-29
    2.1.5 结果与讨论  29-56
  2.2 野外验证实验  56-67
    2.2.1 试验方法  56
    2.2.2 试验参数  56-57
    2.2.3 结果与讨论  57-67
  2.3 本章小结  67-69
第三章城市绿地对雨水径流削减模拟研究  69-108
  3.1 城市绿地土壤水分特征曲线模型及参数确定  69-82
    3.1.1 土壤水分特征曲线模型  69-70
    3.1.2 智能算法基本原理  70-74
    3.1.3 智能算法实例应用  74-78
    3.1.4 绿地土壤水分特征曲线模型评价  78-82
  3.2 城市绿地土壤入渗模型及参数确定  82-88
    3.2.1 土壤入渗参数计算方法  83
    3.2.2 绿地土壤入渗模型评价  83-88
  3.3 城市绿地削减雨水径流模型研究  88-104
    3.3.1 裸地雨水垂直土壤入渗过程模拟  88-96
    3.3.2 草地覆盖雨水垂直土壤入渗过程模拟  96-104
  3.4 城市绿地削减雨水径流影响因素模拟分析  104-106
    3.4.1 降雨强度对绿地雨水滞蓄效果影响  104-105
    3.4.2 土壤类型对绿地雨水滞蓄效果影响  105-106
    3.4.3 下凹深度对雨水滞蓄效果影响  106
  3.5 本章小结  106-108
第四章城市绿地对雨水径流污染物削减作用  108-128
  4.1 室内土柱模拟试验  108-120
    4.1.1 试验装置  108
    4.1.2 试验方法  108-109
    4.1.3 水样采集与分析  109-110
    4.1.4 试验结果与讨论  110-120
  4.2 室外植草沟模拟试验  120-126
    4.2.1 试验装置  120-122
    4.2.2 试验方法  122
    4.2.3 试验结果与讨论  122-126
  4.3 本章小结  126-128
第五章城市绿地对雨水径流污染物削减模型  128-136
  5.1 雨水径流污染物 CODcr运移模型  128-130
  5.2 污染物 CODcr运移模型可靠性验证  130-131
  5.3 污染物浓度对削减率影响  131-132
  5.4 水力负荷对削减率影响  132-133
  5.5 进水时间间隔对削减率影响  133
  5.6 下凹深度对削减率影响  133-135
  5.7 本章小结  135-136
第六章总结与展望  136-138
  6.1 主要研究结论  136-137
  6.2 展望  137-138
参考文献  138-149
发表论文和参加科研情况说明  149-150
致谢  150

城市绿地对降雨径流及其污染物削减研究

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