海绵城市透水铺装道路排水系统设计优化及调控效果模拟研究

发布时间：2020-06-15 19:58

【摘要】：随着我国城市化进程快速发展,城市道路等不透水面积持续增加,城市暴雨径流等非点源污染给生态环境带来极大的危害。为此,我国基于LID(低影响开发)技术,提出“海绵城市”建设理念,通过灰色基础设施与绿色生态系统进行耦合,最大程度地发挥城市道路的海绵作用,既让传统道路起到渗透和滞留的作用,又能通过绿色生态系统有效减少径流污染物含量。本论文通过阐述城市透水铺装路面的径流产流机理,结合Ranieri模型重点对排水型透水铺装路面排水系统进行优化设计。构建表层排水型、基层储排水型和全透型透水铺装路面与绿色生态沟渠耦合的灰绿结合排水系统,并合理确定灰绿结合排水系统的构造参数。选取西咸新区数据六路为试验路段,构建表层排水型透水沥青路面与绿色生态沟渠耦合的灰绿结合排水系统,并推演出排水系统的最优排水能力。试验路段透水沥青路面内部纵向集水管管径为100mm,等间距设三排开孔孔径为5mm的孔口,每排每延米设孔口36个。横向排水管管径100mm,间距设为20m。道路采用宽为0.1m,高为0.15m的矩形路缘石,开口间距设为25m。绿色生态沟渠底部穿孔集水管内径为100mm,开孔孔径12mm,孔心距取150mm,均匀开孔3排,溢流矩形堰尺寸至少为85mm×85mm。市政雨水管渠设计管径为600mm,管内流速为1.38m/s,管底坡度3.9‰。通过SWMM软件,模拟重现期为2a、5a、10a、20a和50a下,试验路段透水铺装路面与绿色生态沟渠耦合系统对水文水质的控制效果。结果表明:当重现期从2a增大到50a时,耦合系统产流时间较传统开发显著推迟,峰值流量出现的时间推迟5min,径流峰值削减率依次为70.6%、54.2%、46.6%、40.6%、36.6%,径流系数分别0.40、0.59、0.68、0.77、0.87;耦合系统对地表径流污染物TSS、COD、TN、TP浓度有很好的控制效果,在低重现期降雨条件下,耦合系统对污染物TSS、COD、TN、TP的削减率达到87.12%、87.68%、89.17%、89.77%。通过对透水沥青路面与绿色生态沟渠耦合系统进行有限单元分析,实验室构建透水沥青路面混合料与生物滞留池组合单元试验模型,并模拟降雨进行实验室小试,研究透水沥青路面混合料与生物滞留池组合单元对污染物的净化效果。结果表明:经过透水沥青路面混合料和生物滞留池组合单元的净化,污染物SS、COD、NH_4~+-N、TN、TP、Pb~(2+)、Cr~(6+)平均去除率分别为94.82%、83.40%、68.21%、51.32%、63.65%、100%、89.67%。随后研究降雨间隔为4、7、14和21天,组合单元对污染物净化效果的影响。结果表明:降雨间隔由4天增加到21天,SS和NH_4~+-N的去除率基本保持稳定;Pb~(2+)和Cr~(6+)的去除率呈升高趋势;TN、TP和COD的去除率呈降低趋势,其中TN受降雨间隔的影响最大,去除率由73.55%降至14.52%。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U417.3
【图文】：

非点源污染,城市道路,现象

图 1.1 城市道路积水及非点源污染现象1.2 国内外研究进展为了解决快速城市化所带来的一系列道路雨水排水问题，各国纷纷寻求新的雨水排水设计、建设思路。在可持续发展理念的指导下，一些发达国家和地区逐步形成了自有的一套完善的雨水管理体系，并且在实际的应用中体现出良好的效果。其中包括：20世纪 70 年代，在美国引入的最佳管理措施（BMPs）；同时在英国，为了解决水污染和洪涝灾害，设计了可持续城市排水系统（SUDS）；自 20 世纪 90 年代以来，低影响开发（LID）不仅被美国接受，在新西兰也被接受；澳大利亚经历了城市水资源管理的六个发展阶段，21 世纪启动了水敏感性城市设计（WSUD）等。其中，最佳管理措施（BMPs）和低影响开发（LID）理念最具代表性。2012 年，我国在对 LID 技术的研究中逐步形成了自有的一套管理体系——“海绵城市”。1. 最佳管理措施（BMPs）

铺装,实景

1.3 海绵城市道路典型措施海绵化道路典型措施的关键是基于源头处理，能够对雨水产生有效的滞留和净化，从而达到削减径流峰值流量，提高道路综合排水能力。具体措施有如下几种：1.3.1 透水铺装透水铺装是一种利用具有渗透性材料建造路面的海绵城市措施，其主要应用于道路、广场、停车场和城市人行道，根据交通量和道路荷载要求，每种类型的城市路面的设计不同。现行的用于透水铺装的材料主要有：透水沥青、透水混凝土、透水砖等。透水铺装的使用不仅为城市景观提供了更为宽松的规划条件，又能够削减道路雨水径流，达到截污减排的目的[27]。研究发现，与其他海绵城市措施如绿色屋顶或雨水资源化相比较，透水铺装路面在削减洪水方面的性能甚至更好、更有效[28]。例如，在天津大学校园内，铺设透水铺装路面后雨水径流削减了将近 35.6%[29]。

【参考文献】