【《生物滞留设施对径流削减和除氮效果研究文献综述》3000字】

生物滞留设施对径流削减和除氮效果研究文献综述生物滞留设施（bioretentionsystem，BRS）作为典型雨水管理措施之一，由于其起源较早如今已被各个国家广泛应用。生物滞留设施由雨水花园、生物滞留带（生态滤沟）、滞留花坛与树池四类设施组成REF_Ref68543711\r\h[31]，其主要功能是通过对雨水的收集、蓄渗、缓释等作用来调节水量和水质，以此来缓解城市化进程带来的生态环境问题REF_Ref68543730\r\h[32]。早在1993年，美国就颁布了《生物滞留设施设计指南》，并把雨水花园列入雨水利用技术规章中，此后生物滞留设施在德国、澳大利亚、日本、中国等国家内纷纷展开研究REF_Ref68543745\r\h[33]。国外对生物滞留设施的研究主要集中在雨水花园的改造及应用、水文效应和污染物去除能力的研究等方面REF_Ref68543754\r\h[34]。关于生物滞留设施对降雨径流量削减方面已经有较多研究，Davis等REF_Ref68543766\r\h[35]对马兰里大学生物滞留设施历时两年的监测表明，雨水花园可以对降雨径流量和洪峰值进行有效的削减，其中洪峰削减率平均49%至59%。HUNT等REF_Ref68543907\r\h[36]研究表明，生物滞留设施在气温较高时体积削减率明显增加，甚至超过50%。Busk等REF_Ref68543915\r\h[37]发现，用于收集和处理停车场径流的改造型雨水花园可以将径流流量和峰值流量分别减少97%和99%。《ScienceofTheTotalEnvironment》期刊表示REF_Ref68543924\r\h[38]，降雨量小于24mm的降雨能100%被雨水花园收集，而降雨量达到27.4和39.8mm时其水量削减率分别为89%和69%。Winston等REF_Ref68543932\r\h[39]通过对设有蓄水高度的生物滞留设施监测发现，当重现期为1年的工况下，其径流峰值削减率能够达到24%~96%。关于生物滞留系统对水质中氮素的去除方面，国外学者也进行了深入研究。Li等REF_Ref68544004\r\h[40]通过对16场暴雨监测并统计分析得出，溶解性有机氮及硝态氮无法通过传统生物滞留设施去除，从而导致总氮的浓度去除率仅有9%。Blecken等REF_Ref68544015\r\h[41]研究发现在较高温度下生物滞留对氨氮去除量较高，而其余各氮素效果不佳。Palmer等REF_Ref68544026\r\h[42]通过圆柱试验表明，传统雨水花园反硝化作用被抑制致使硝酸盐氮去除率较低，之后经多日干旱后降雨，土壤中硝酸盐氮会释放发生淋洗作用，使出水氮浓度增加。Collins等REF_Ref68544035\r\h[43]也发现雨水花园对氮素的去除是需要进行硝化与反硝化作用的，而反硝化反应需要厌氧条件和充足碳源。Davis等REF_Ref68544045\r\h[44]研究表明，在设厌氧区的雨水花园中营养物能被有效滞留，其中TKN去除率为55%~65%，而硝氮去除率却小于20%。与之不同的是，Brown等REF_Ref68544135\r\h[45]发现设置淹没区后，生物滞留设施对硝氮去除率可以从12%~32%提高到58%~80%，但有研究表明此行为破坏了天然土壤，可能会使化学键遭到破坏导致氮素加速释放。由于碳源对生物滞留系统中硝氮的去除影响较大，Martin等REF_Ref68544150\r\h[46]用不同比例的木片、草屑及堆肥材料通过模拟实验发现在6h内，硝氮去除率可达70%以上，之后会出现饱和现象。目前，国内一些学者如郭娉婷等人利用模型研究了雨水花园径流水量的调控效果REF_Ref68544185\r\h[47]。唐双成等REF_Ref68544211\r\h[48]则通过对某高校内雨水花园四年的监测结果表明，短历时、高强度的降雨径流削减率可达99%，其中小型降雨径流削减效果更佳。潘国艳等REF_Ref68544227\r\h[49]通过在生物滞留池种植小叶黄杨进行实验监测，发现当流量大时小叶黄杨对洪峰削减效果较好。宋奔奔REF_Ref68544238\r\h[50]则通过SWMM模拟生物滞留设施的水文时空效应得出，同一重现期情况下，生物滞留设施面积越大，水力负荷越小，其对降雨径流调控效果越好。李家科等REF_Ref68544247\r\h[51]通过HYDRUS-1D模型对不同情况下生物滞留系统的水文水质模拟，得出当填料层厚度为50cm时，其径流总量和污染物调控效果。国内学者有关生物滞留系统对径流中氮素的去除方面，通过对设施本身的结构改进、填料的组合优化、种植的植物种类优选等方法提高对氮素等营养物的去除率，但多数研究亦表明，雨水径流中的氮去除效果极不稳定。朱越等REF_Ref68544261\r\h[52]通过对雨水花园设蓄水层发现，相比没有蓄水层的设施，径流中硝态氮的去除率大幅度提高，这是由于内部蓄水层形成了厌氧区有助于反硝化反应的发生。李坤娜等REF_Ref68544269\r\h[53]对以传统砂土为填料、种植麦冬草的生物滞留槽模拟实验得出，其对氨氮、总氮平均浓度削减率分别为22.57%、-118.55%。杨宏REF_Ref68544276\r\h[54]通过研究由不同填料组成的生物滞留设施发现，添加蛭石和沸石的填料层系统对氨氮和总氮的去除效果最好。赵倩等REF_Ref68544284\r\h[55]通过土柱试验将不同含量的生物质炭加入到改良生物滞留系统的土壤中，研究表明当生物炭的含量在2%以上时，降雨径流中总氮、氨氮及硝氮能达到最佳的削减效果。李立青等REF_Ref68544291\r\h[56]通过在生物滞留池中种狼尾草、饱和区加碳源等，这些方法均可改善城市地表径流溶解性氮的去除效果。陈垚等REF_Ref68544297\r\h[57]发现在生物滞留系统所种植植物种类的差异对于污染物的去除率也不尽相同，尤其是对于氮素而言。国外对于雨水径流集中入渗方面已经有了较为完善的研究，并且雨水花园等生物滞留设施已经广泛的应用于各个城市中。国内学者也通过借鉴国外经验并结合我国城市发展的特点对生物滞留设施等进行了大量的研究，而关于湿陷性黄土区雨水集中入渗的水文水质效应及对土壤中氮素的影响等方面还需要进一步明确。参考文献张辰.基于海绵城市建设理念的排水工程设计[J].给水排水,2019,55(06):1-5.蒙怡筱.基于不同填料级配生物滞留池的雨水径流污染物去除试验研究[D].长安大学,2018.杨利伟,张爽,杨周,窦妍,胡博,赵传靓.径流中氮和磷在生物滞留池中的迁移及去除机理[J].中国给水排水,2019,35(09):133-138.王娟丽.给水厂污泥改良生物滞留系统对氮磷去除的优化探究[D].北京建筑大学,2019.杨周.雨水径流污染物在生物滞留池中运移规律研究[D].长安大学,2018.EckartK,McpheeZ,BolisettiT.Performanceandimplementationoflowimpactdevelopment-Areview[J].ScienceoftheTotalEnvironment,2017,607-608:413.仇付国,陈丽霞.雨水生物滞留系统控制径流污染物研究进展[J].环境工程学报,2016,10(04):1593-1602.仇保兴.海绵城市(LID)的内涵、途径与展望[J].现代城市,2015,10(04):1-6.住房和城乡建设部.海绵城市建设绩效评价与考核办法[Z].2015.国务院办公厅.关于推进海绵城市建设的指导意见(国办发[2015]75号)[A].2015.BarkdollBD,KantorCM,WesseldykeES,etal.StormwaterLow-ImpactDevelopment:ACalltoArmsforHydraulicEngineers[J].JournalofHydraulicEngineering,2016,142(8):02516002.Liu,Jia,Sample,David,Bell,Cameron.ReviewandResearchNeedsofBioretentionUsedfortheTreatmentofUrbanStormwater[J].Water,2014,6(4):1069-1099.FletcherTD,AndrieuH,HamelP.Understanding,managementandmodellingofurbanhydrologyanditsconsequencesforreceivingwaters:Astateoftheart[J].AdvancesinWaterResources,2013,51:261-279.JiangC,LiJ,LiH,etal.Animprovedapproachtodesignbioretentionsystemmedia[J].EcologicalEngineering,2019,136:125-133.彭博.SMB改良型生物滞留池系统去除污染物研究[D].长安大学,2018.BLYA,AHN,AWX,etal.PatternsandregulatingmechanismsofsoilnitrogenmineralizationandtemperaturesensitivityinChineseterrestrialecosystems[J].Agriculture,Ecosystems&Environment,2016,215(215):40-46.王书敏,何强,徐强,宋力.生物滞留系统去除地表径流中的氮素研究评述[J].水科学进展2015,26(01):140-150.徐国策,李占斌,李鹏,等.丹江中游典型小流域土壤总氮的空间分布[J].地理学报,2012,67(11):1547-1555.Chao,Guo,JiakeLi,etal.Influencesofstormwaterconcentrationinfiltrationonsoilnitrogen,phosphorus,TOCandtheirrelationswithenzymeactivityinraingarden–ScienceDirect[J].Chemosphere,2019,233:207-215.李世清,王瑞军,李紫燕,等.半干旱半湿润农田生态系统不可忽视的土壤氮库-土壤剖面中累积的硝态氮[J].干旱地区农业研究,2004,22(4):1-14.杨建辉.晋陕黄土高原沟壑型聚落场地雨洪管控适地性规划方法研究[D].西安建筑科技大学,2020.刘利星.湿陷性黄土渗透特性及地基承载力测试分析[D].兰州大学,2016.韩松磊.湿陷性黄土地区海绵城市规划及建设探索-以西安为例[J].给水排水,2019,045(001):35-41.马越,胡志平,姬国强,胡艺泓,柴少波.湿陷性黄土地区海绵城市建设雨水渗蓄风险防控若干问题探讨[J].给水排水,2020,56(09):70-77+92.刘文,陈卫平,彭驰.城市雨洪管理低影响开发技术研究与利用进展[J].应用生态学报,2015,26(06):1901-1912.赵越.国内不同地形对海绵城市建设的应用差异研究[D].西安建筑科技大学,2018.景辉.海绵城市（LID）理论视角下延安新区绿色开敞空间规划布局研究[D].长安大学,2016.张进丽.基于海绵城市的黄土地区低影响开发雨水系统研究[D].兰州交通大学,2020.马冰然,曾逸凡,曾维华,崔丹,胡雯,陈岩,何跃君.气候变化背景下城市应对极端降水的适应性方案研究——以西宁海绵城市试点区为例[J].环境科学学报,2019,39(04):1361-1370.胡志平,温馨,张勋,王瑞,张亚国,穆桐.湿陷性黄土地区海绵城市建设研究进展[J/OL].地球科学与环境学报,2021,2020:1-13.李家科,蒋春博,张思翀,李怀恩.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