城市化通過(guò)改變區(qū)域的下墊面條件,進(jìn)而改變了天然狀態(tài)下的水文機(jī)制,并影響河道生物多樣性和完整性。低影響發(fā)展(Low Impact Development,簡(jiǎn)稱LID)是以維持或者復(fù)制區(qū)域天然狀態(tài)下的水文機(jī)制為目標(biāo),從而達(dá)到有效控制城市雨洪徑流和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。研究城市化及LID調(diào)控措施的生態(tài)水文效應(yīng),對(duì)于解決城市雨洪災(zāi)害及下游河道的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,促進(jìn)和維護(hù)城市地區(qū)水文過(guò)程的良性循環(huán)具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 本文以美國(guó)Lenexa市MillCreek流域內(nèi)一個(gè)經(jīng)歷了城市化快速發(fā)展的區(qū)域?yàn)槔?通過(guò)建立生態(tài)水文效應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,運(yùn)用SWMM、RECARGA軟件模擬了該區(qū)城市化及LID措施的水文及生態(tài)水文效應(yīng),分析了生物滯留池設(shè)計(jì)要素對(duì)其徑流調(diào)控性能的靈敏度,探討了BMPs措施與LID措施不同的水文及生態(tài)水文效應(yīng)。論文取得了以下主要結(jié)論: (1)基于水文調(diào)控的河道生態(tài)環(huán)境改善和低影響發(fā)展的內(nèi)涵及調(diào)控目標(biāo),建立了間接生態(tài)水文指標(biāo)體系和直接生態(tài)水文指標(biāo),用于對(duì)雨水徑流調(diào)控與下游河道生物多樣性及生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)。間接生態(tài)水文指標(biāo)體系包括徑流歷時(shí)曲線、洪峰流量頻率曲線以及與徑流系數(shù)三個(gè)指標(biāo),直接生態(tài)水文指標(biāo)為T0.5。 (2)運(yùn)用SWMM軟件,通過(guò)改變區(qū)域的不透水性系數(shù)、可透水性區(qū)域的積水深度和曼寧系數(shù),模擬了不同土地利用形式下的徑流形態(tài),并根據(jù)不同重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)降水,模擬了區(qū)域不同城市化程度下的徑流變化特征,模擬結(jié)果表明,區(qū)域城市化程度越高,其徑流曲線越陡,徑流持續(xù)時(shí)間越短,徑流變幅越大,徑流系數(shù)也越大。根據(jù)模擬得到的徑流歷時(shí)曲線、洪峰流量頻率曲線、徑流系數(shù)和T0.5等指標(biāo),分析了區(qū)域不同城市化程度的生態(tài)水文效應(yīng),表明區(qū)域城市化程度越高,其洪峰流量越大,發(fā)生的頻率越大且高于某一流量閾值的時(shí)間越長(zhǎng),T0.5整體呈減小趨勢(shì),說(shuō)明城市化的進(jìn)展對(duì)河道生態(tài)環(huán)境有著明顯的負(fù)面效應(yīng)。 (3)利用SWMM和RECARGA軟件,對(duì)研究區(qū)內(nèi)19個(gè)生物滯留池的生態(tài)水文效應(yīng)進(jìn)行了模擬研究,結(jié)果表明經(jīng)生物滯留池調(diào)控后的徑流歷時(shí)曲線約有90%的時(shí)間(10%-100%)與天然狀態(tài)下的徑流歷時(shí)曲線相吻合,從而證實(shí)了生物滯留池可以對(duì)較小降水事件徑流的流量、大小及頻率進(jìn)行調(diào)控,并使其接近于天然狀態(tài);區(qū)域發(fā)展后經(jīng)由生物滯留池進(jìn)行調(diào)控后,洪峰流量呈顯著減小的趨勢(shì)。對(duì)于較大頻率的降水事件,生物滯留池對(duì)洪峰流量的調(diào)控作用非常顯著;當(dāng)降水事件的頻率變小,其對(duì)洪峰流量的調(diào)控作用逐漸減弱。天然狀態(tài)下的徑流系數(shù)值最小,為0.081,發(fā)展后無(wú)調(diào)控措施下的徑流系數(shù)為0.358,發(fā)展后經(jīng)生物滯留池調(diào)控后的徑流系數(shù)為0.165,從而證實(shí)了城市化對(duì)徑流系數(shù)的影響以及生物滯留池對(duì)徑流系數(shù)的調(diào)控作用;經(jīng)生物滯留池調(diào)控后,T0.5的值與發(fā)展后無(wú)調(diào)控措施下的T0.5有了顯著的提高,從而表明生物滯留池在提高下游河道生物多樣性、改善下游河道生態(tài)環(huán)境方面的顯著功能。 (4)徑流系數(shù)不僅考慮了來(lái)自于不透水性區(qū)域的徑流,而且也考慮了來(lái)自于透水性區(qū)域的徑流,以及每個(gè)區(qū)域獨(dú)特的地形特征,如坡度、流域?qū)挾?因此可作為生物滯留池表面積設(shè)計(jì)的重要因素。當(dāng)生物滯留池的設(shè)計(jì)以水質(zhì)處理為目標(biāo)時(shí),排水孔的設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)果沒(méi)有顯著影響;若以徑流流量調(diào)控為目標(biāo),排水孔尺寸的設(shè)計(jì)是非常重要的。 (5)無(wú)論生物滯留池是否設(shè)置排水孔,其表面面積是影響徑流調(diào)控性能最靈敏的設(shè)計(jì)要素,沙礫層厚度是最不靈敏的設(shè)計(jì)要素;當(dāng)生物滯留池?zé)o排水孔時(shí),各設(shè)計(jì)要素對(duì)其徑流調(diào)控性能靈敏度排序?yàn)?表面面積根區(qū)土壤飽和入滲速率根區(qū)土壤厚度天然土壤飽和入滲速率;當(dāng)生物滯留池有排水孔時(shí),各設(shè)計(jì)要素對(duì)其徑流調(diào)控性能靈敏度排序?yàn)?表面面積天然土壤飽和入滲速率排水孔直徑;相比無(wú)排水孔的情景,當(dāng)生物滯留池有排水孔時(shí),各設(shè)計(jì)要素對(duì)其水文調(diào)控性能更加靈敏。 (6)BMPs措施與LID措施的水文和生態(tài)水文效應(yīng)的對(duì)比研究表明:截留池對(duì)較大降水事件洪峰流量的調(diào)控作用明顯,但是不能應(yīng)用于入滲補(bǔ)給地下水,因此,在需要對(duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)給的地區(qū)不宜修建截留池;入滲帶的調(diào)控性能要優(yōu)于生物滯留池,但因其不具備污染物移除及美化環(huán)境的功能,所以難以納入?yún)^(qū)域的發(fā)展規(guī)劃;透水性路面的徑流及生態(tài)水文調(diào)控性能最優(yōu),但是容易出現(xiàn)“過(guò)調(diào)控”現(xiàn)象,且透水性路面材料比較昂貴,從而限制了透水性路面的發(fā)展;生物滯留池不僅對(duì)較小降水事件具有比較顯著的調(diào)控性能,而且也具有明顯的污染物移除和環(huán)境美化功能,所以,生物滯留池應(yīng)該是目前LID中最具發(fā)展?jié)摿Φ恼{(diào)控措施。為此,指出將BMP調(diào)控措施(截留池)與LID調(diào)控措施(生物滯留池)有機(jī)結(jié)合,通過(guò)二者聯(lián)合對(duì)雨洪徑流進(jìn)行調(diào)控,可達(dá)到最佳的生態(tài)水文調(diào)控性能。 本文在學(xué)習(xí)和吸收國(guó)外先進(jìn)的雨洪徑流管理理論和措施的基礎(chǔ)上,深入研究了城市化和低影響發(fā)展的生態(tài)水文效應(yīng),研究結(jié)果對(duì)解決我國(guó)城市化進(jìn)程中的雨洪徑流調(diào)控問(wèn)題、提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有借鑒作用。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：P339;X143
【部分圖文】：

本章從以下五個(gè)方面論述國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀：（市化和河道生態(tài)環(huán)境的關(guān)系；（3）河道徑流機(jī)制的體系的發(fā)展；（5）城市化的雨洪調(diào)控措施研究。市化的水環(huán)境問(wèn)題化是一個(gè)非常復(fù)雜的空間形態(tài)變化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展當(dāng)?shù)厮那閯?shì)影響巨大，主要表現(xiàn)在城市地貌和排水工業(yè)活動(dòng)和人類日常生活等方面。城市化所產(chǎn)生的主

次降水事件中，天然狀量減少、洪峰流量增大其水文曲線上升和下降速也增強(qiáng)了其輸送污染物峰流量峰值出現(xiàn)的頻率位下降，因此，由地下究主要為城市化對(duì)徑流續(xù)時(shí)間方面的研究相對(duì)土地利用變化對(duì)徑流的增加。袁藝等(2003)以采用分布式水文模型就，模擬結(jié)果表明，城市量加大，匯流時(shí)間變短系統(tǒng)模擬了不同土地利

-3 土地利用變化與水文機(jī)制、地形地貌以及河流生態(tài)之間的相nteraction of land use change and hydrological regime, topography 態(tài)的改變機(jī)理中最終匯入河道的地表徑流與基流是影響河流徑流最重流徑流情勢(shì)(flow regime)的改變。河流是由上、下游和、完整的體系。河流的生態(tài)系統(tǒng)具有生物棲息地、過(guò)濾匯等方面的功能(Craig and Hollis 1999)。徑流是河流生關(guān)鍵因素，同時(shí)也是生物組成的決定性因素(Cassin et 02; Poff et al. 1997; Poff and Ward 1989; Riis and Bigg)。因此，研究影響河流生態(tài)的水文機(jī)制，找出并量化影要水文特征，是研究水文過(guò)程影響生態(tài)過(guò)程的一個(gè)重要恢復(fù)提供依據(jù)。系統(tǒng)的生物組成、結(jié)構(gòu)和功能依賴于河流徑流情勢(shì)。河響的關(guān)鍵過(guò)程主要包括以下三個(gè)方面：（1）改變了棲
【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 孫艷偉;王文川;魏曉妹;POMEROY C A;王富強(qiáng);;城市化生態(tài)水文效應(yīng)[J];水科學(xué)進(jìn)展;2012年04期

本文編號(hào)：2888462