变化环境下城市绿色基础设施的水量水质控制机理研究

Under the dual influences of climate change and human activities, new and old water problems are becoming more and more serious in China. Green infrastructure (GI), a resilient approach, can effectively reduce rainfall runoff and improve runoff water quality. It is very important to study the effects of GI on water quantity and quality under different rainfall characteristics. In this project, the rainfall characteristics (intensity-duration-frequency-pattern) that mainly influences the effects of different GI (bioretention systems, green roofs and porous pavements) on rainfall runoff volume reduction and runoff suspended solids reduction are analyzed. Besides, the sensitivity analysis of design parameters of different GI is conducted. Based on these studies, the mechanisms of GI’s effects on water quantity and quality are analyzed. In addition, taking Jinan city as an example, the effects of GI at present on water quantity and quality are studied. Considering the future variations in rainfall characteristics in Jinan, a set of GI plan is proposed The study can provide a scientific support to strengthen urban resilience and cope with climate change in Jinan.

在气候变化和人类活动双重影响下，我国城市新老水问题日益严重，绿色基础设施（GI）作为一种韧性的方式可以有效地减少降雨径流并改善径流水质，研究不同降雨特征情况下，GI的水量水质控制机理具有非常重要的意义。本项目以GI的水量水质控制为基本问题，改变降雨雨强-持续时间-频率-雨型等降雨特征，分析影响城市环境中GI的水量（例如，径流总量削减率）、水质（例如，悬浮颗粒物削减率）控制效果的主要降雨特征，探讨不同类型GI（生物滞留设施、绿色屋顶和透水铺装）的设计参数对于变化的降雨特征的敏感性；揭示降雨特征改变等变化环境下城市GI的水量水质控制机理；以济南市为例，分析现状的GI布置方案在气候变化情况下的控制效果，提出未来降雨特征改变情况下，济南的GI布置方案建议，为提高济南市城市韧性，应对气候变化提供直接的科学依据。

绿色基础设施（GI）是一种韧性的措施，在减少降雨径流的同时改善径流水质，并且可以更好地适应变化环境。本项目分析了不同GI设计参数的敏感性，揭示了降雨特征改变情况下GI的水量水质控制机理，提出了研究区的GI布置方案并分析了综合效益。主要成果包括：.1、不同GI设计参数的敏感性分析。分析了生物滞留设施和透水铺装的设计参数敏感性。其中，生物滞留设施的表层护堤高度改变对于径流系数的控制效果影响最为显著，其次是植被容积比、土壤层导水率和孔隙率等；透水铺装的路面厚度改变对于径流系数的控制效果影响最显著，其次是路面孔隙比、堵塞因子和蓄水层渗水率等。.2、不同降雨特征对GI的水量水质控制效果影响及控制机理。设置了12种不同降雨重现期-强度-历时-峰值位置等降雨特征情景，模拟分析了降雨特征改变对GI水量水质控制效果的影响。结果表明：（1）不同降雨特征情景下，GI布设后的内涝淹没面积和降雨径流中的悬浮颗粒物（SS）负荷均有所减少；（2）降雨重现期和强度的改变对于GI的内涝面积削减效果影响较为显著，随着降雨量级和强度的增大，削减比例显著减小；（3）降雨重现期的改变对于GI削减SS负荷的效果最显著，随着降雨重现期的增加，SS负荷的削减效果降低。.3、GI布置方案及综合效益评估。分析了济南市近70年来降雨特征变化特点，同时考虑到济南市面临的洪涝灾害多发、保泉等问题，提出了一套以绿色屋顶、透水路面、下沉绿地等GI组成的布置方案。从减灾效益、经济效益、环境效益和社会效益4个方面筛选18个评估指标，构建了5类GI设施的综合效益评估指标体系，模拟分析了5、10和20年一遇24h设计暴雨条件下，研究区域布设GI后的综合效益。.本项目发表学术论文13篇，其中SCI检索论文3篇，作国际会议口头报告5次；授权国家发明专利2项，实用新型专利1项。.通过本项目的研究，将进一步发展变化环境下城市韧性提升理论与策略，并为城市基础设施的洪水韧性提升提供技术支撑。