海绵城市措施在不同气候模式下的性能差异

作为新一代城市雨水管理概念,海绵城市建设在控制城市降雨径流和面源污染两个方面被寄予厚望。海绵城市措施通过削减降雨径流、截留污染物,实现有效的雨水管理,缓解城市内涝并改善城市水环境。以往的研究更多关注海绵城市措施在特定降雨事件中的雨水管理性能,然而随着气候变化加剧,海绵城市措施在更多极端降水之下的有效性尚不明确。此外,城市面源污染物的累积主要发生在降水之前的干燥天气之时,随着干燥天气时间的增加而增长,这一过程对海绵城市措施的有效性有何影响还有待进一步探讨。

气候现状下的海绵城市措施

在现有气候状况下,基于实测数据,Yang et al (2021) 对海绵城市措施在不同降雨强度、降雨历时以及降水事件之前干燥天气时长之下的雨水管理性能进行了分析。结果表明,在研究城市区域范围内,海绵城市措施减轻了降雨后45-80%的径流量、39-60%的峰值流量和31-82%的面源污染负荷。随着降水前干燥天气时长的增长,海绵城市措施的有效性增加了43.98%–77.25%;而随着降雨量增加,海绵城市措施的有效性下降了 29.55%–73.43%。由于土地利用类型的差异,海绵城市措施的作用在空间上存在差异,降雨前的干燥天气越短、降雨量越大,这种空间差异越明显。

气候现状下的海绵城市措施有效性
海绵城市措施的有效性随着降水前干燥天气时长增加而增加,但在空间上存在差异,降雨前的干燥天气越短、降雨量越大,这种空间差异越明显。

气候变化下的海绵城市措施

基于大气环流模型(GCM)的降雨预测,Yang et al (2022) 分析了海绵城市措施在未来不同碳排放情景之下的雨水管理性能,并量化气候变化对海绵城市措施有效性的影响。在未来气候情景下,随着碳排放水平的提升(低排放RCP 2.6、中排放RCP 4.5 、高排放RCP 8.5),降雨规模整体呈现上升趋势。分析结果显示,在未来气候情景下,海绵城市措施的雨水管理性能整体呈现下降趋势。在单场降雨中,海绵城市措施控制面源污染的作用更为明显;相比之下,长期实施的海绵城市措施有更好的径流控制效果,且在气候变化的影响下能保持相对稳定的年径流控制率和污染控制率。海绵城市措施有效性的空间差异依然存在,且受到碳排放水平和时间推移的影响。

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这些研究表明,现状气候模式水文周期长度、旱季雨季特性以及未来气候变化均会对海绵城市措施的性能形成影响,使之在时间和空间上产生波动和差异。因此,在制定基于海绵城市措施的雨水管理策略时,必须考虑其在不同天气以及气候下的性能差异,制定针对性的雨水管理策略。

论文全文

  • Yang, W., Zhang, J., Krebs, P., 2022. Low impact development practices mitigate urban flooding and non-point pollution under climate change. Journal of Cleaner Production 347, 131320. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131320
  • Yang, W., Zhang, J., Mei, S., Krebs, P., 2021. Impact of antecedent dry-weather period and rainfall magnitude on the performance of low impact development practices in urban flooding and non-point pollution mitigation. Journal of Cleaner Production 320, 128946. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128946

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A green roof

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