基于径流雨水体积和峰流量控制的道路渗-滞系统实验研究

发布时间：2020-07-24 12:09

【摘要】：城镇化进程的加快,使原有自然地貌转变为大量不透水地表,造成城市地表径流量增加,雨水下渗量和蒸发量明显减少,改变了城市原有的水文循环过程。而传统城市道路径流雨水通过合流制或分流制排水管道排入城市污水处理厂或受纳水体,会引发因径流雨水体积与峰值流量增加而导致的管道排水压力增大等一系列城市道路积水问题。目前,国内外城市雨水管理中提倡从源头开始对雨水进行管控,降低道路积水风险。透水路面与生物滞留设施作为道路渗-滞系统典型设施,广泛应用于海绵城市建设,二者对径流雨水峰值流量、外排径流雨水总量和峰现时间均有较好的控制效果。目前国内外多进行了单一设施的水文与水质控制效能研究,对道路渗-滞系统的水文控制效果研究较少,缺乏道路渗-滞系统的产汇流过程及径流雨水控制效果研究。本文以道路渗-滞系统为研究对象,分析在不同降雨重现期、不同降雨雨型、不同降雨历时和不同生物滞留设施的蓄水层深度情景下,道路渗-滞系统对径流雨水的控制效果。本文的主要研究内容和结论如下:(1)分析了道路渗-滞系统中单个设施的下渗过程和产流过程,根据水文学原理,对透水路面水膜厚度进行了研究分析。(2)对透水路面和道路渗-滞系统的径流雨水体积控制效果进行了分析研究。结果表明,不同降雨情景下透水路面对径流雨水体积控制率为10.09%~32.26%,且透水路面情景下控制率与雨峰位置系数无明显关系。道路渗-滞系统对径流雨水体积控制率为62.46%~96.74%,说明增加生物滞留设施后,控制效果改善明显。随着降雨重现期、降雨历时和雨峰位置系数增加,道路渗-滞系统对径流雨水体积控制效果有所下降。随着生物滞留设施蓄水层深度增加,道路渗-滞系统对径流雨水体积控制效果逐渐升高。(3)分析了道路渗-滞系统中透水路面与生物滞留设施对径流雨水体积控制效果的贡献比,发现生物滞留设施在不同降雨情境下均为道路渗-滞系统中发挥体积控制效果的主要设施,其贡献比达65%以上。并利用SPSS软件对实验影响因素进行了相关性大小分析,得到了如下的相关性大小排序:蓄水层深度降雨量降雨历时峰值雨强雨峰位置系数。(4)分析了透水路面和道路渗-滞系统对外排径流雨水峰值流量和峰现时间的控制效果。结果表明,生物滞留设施与透水路面联用后对外排径流雨水峰值流量和峰现时间的控制效果改善明显,道路渗-滞系统削峰率为29.18%~90.25%,滞峰时间为65s~287s,相比透水路面,道路渗-滞系统削峰率提高了14.83%~40.86%,滞峰时间提高了28s~131s。。随着降雨重现期的增大,透水路面对削峰率的贡献比减小,生物滞留设施的贡献比增大。不同降雨情景下,透水路面在道路渗-滞系统对径流雨水峰现时间延迟效果中发挥主要作用,贡献比达56%以上。(5)利用SPSS软件对实验监测数据进行了相关性大小分析,得出了道路渗-滞系统实验影响因素与削峰率的相关性,由大到小依次为:降雨量蓄水层深度峰值雨强雨峰位置系数降雨历时。得出了道路渗-滞系统实验影响因素与滞峰时间的相关性,由大到小依次为:降雨量峰值雨强降雨历时蓄水层深度雨峰位置系数。(6)通过对比分析透水路面产汇流实验监测数据与理论计算结果,发现变径流系数法—等流时线法更适合本实验透水路面产汇流理论计算。提出了基于透水路面的推理公式法修正方法,并结合实验数据,给出了本实验条件下的推理公式修正参数,以期为工程设计计算提供参考。
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU992;X52
【图文】：

路线图,研究技术,路线,道路

3图 1-1 研究技术路线Fig. 1-1 Technology roadmap道路渗-滞系统基于道路源头控制，与传统雨水排放方式相比，能够从源头上减少径流雨水，降低城市道路积水与城市内涝风险。道路渗-滞系统能够增加原有区域的环境生态效益，实现径流雨水调控，降低管网系统排水压力，缓解道路积水状况。道路渗-滞系统作为城市道路径流雨水控制系统得到越来越多的使用，对缓解因城市发展而产生的道路积水甚至城市内涝具有重要的作用和意义。

下渗过程,透水路面,均匀降雨

图 2-1 均匀降雨下透水路面下渗过程ig. 2-1 Infiltration process of asphalt pavement under uniform rain过程，即天然降雨条件下。天然降雨形式多样，但总体路面下渗过程为下渗曲线。当雨强小于下渗能力时，透不同降雨过程，其下渗过程与下渗雨量也不尽相同，但且时的下渗量要小。流过程分析降落到透水路面形成径流雨水会经历润湿沥青表面、填和空隙饱和等四个过程[34]。青表面。沥青是一种憎水材料，当雨滴降落在沥青表着降落的雨滴越来越多，水滴会随着道路表面移动在道面构造。透水沥青面层结构空隙较大，道路混合料表青面层的空隙。饱和流动。沥青混合料表面存在一层极薄水膜，在水

示意图,透水沥青,面层混合料,不饱和流动

图 2-2 透水沥青面层混合料空隙形成的不饱和流动示意图ig. 2-2 Unsaturated flow formed in asphalt pavement surface mixt 为逼近速度，为透水沥青面层混合料水膜流速，其孔隙内水流速度， = / ，为空隙率。为气表面水膜厚度，为道路有效饱和度，则的计算公式= ，余含水量；和含水量。和度确定的不饱和透水系数为：( ) =.1 1 ( ) = ( )对水力传导系数；为函数的水力传导系数；和水力传导系数；

【相似文献】