透水路面与生物滞留组合系统对径流峰值控制效能的实验研究

发布时间：2020-04-20 01:12

【摘要】：透水路面和生物滞留设施是海绵城市建设过程中重要的源头减排设施。常见的机动车道透水路面材料为多孔隙透水沥青路面也称为开级配排水式沥青路面(OGFC)。从1960年德国首次提出大孔隙透水沥青路面以来,距今OGFC已经研究并应用了几十年,因其优秀的性能,和对城市良性雨水循环显著的贡献,被广泛应用于城市人行道、城市广场和停车场等道路。OGFC优点包括:(1)提高浸湿路面的摩擦阻力;(2)减少雨水飞溅;(3)减少路面打滑;(4)减少夜间炫光;(5)降低路面噪音(6)改善城市道路积水问题等。常见的生物滞留设施有生物滞留带、雨水花园和高位花坛等,其不仅能削减雨水径流总量还能实现峰值滞后、净化雨水水质等。目前业内有少量针对透水路面-生物滞留设施的研究,但大多停留在通过监测数据分析其水文效果方面,缺少进一步针对其渗-滞作用机理的研究。本文首先剖析并总结了透水路面及生物滞留设施的产汇流机理和相关计算方法,结合人工降雨实验和Infoworks模型进一步研究组合系统对道路径流雨水的控制效能和作用机理。本文的主要研究内容及相关结论如下:(1)研究大孔隙透水沥青路面的产汇流机理,提出适用于透水路面的产汇流计算方法并总结目前常用的汇流时间计算方法和绿化带入出流量计算方法,通过实际算例和SWMM模型分析各汇流计算方法的适用性及精确度。(2)总结目前OGFC材料的应用现状和现行相关技术参数、透水沥青路面和生物滞留设施构造设计方法,并针对研究目的、组合系统对径流雨水控制的主要影响因素及实验条件进行实验方案设计。(3)实测实验道路的高程数据,搭建传统不透水沥青路面的Infoworks模型。通过对比分析模型模拟结果和实验监测数据,分析组合系统对径流雨水的控制效能。结果表明,1%纵坡+1%横坡的实验条件下,实验监测的道路径流峰值的削减率为48.4-93.69%,平均削峰率67.07%,峰现时间滞后15-358s,平均滞峰时间125s;3%纵坡+1.5%横坡的实验条件下,道路径流峰值的削减率为40.72-86.93%,平均削峰率60.63%,峰现时间滞后22-324s,平均滞峰时间110s;5%纵坡+2%横坡的实验条件下,道路径流峰值的削减率为29.75-94.89%,平均削峰率52.14%,峰现时间滞后11-285s,平均滞峰时间98s。(4)利用SPSS软件对实验实测数据进行双变量相关性分析,得到组合系统中各影响因子与路面径流峰值削减率的相关性排序如下:峰值雨强降雨总量路面坡度。(5)对比分析了Linsley-Horton下渗法、SCS法计算透水路面的产流量,发现其应用于大孔隙透水沥青路面时精确度不是很高。通过分析实验监测数据,提出了利用变径流系数法计算大孔隙透水沥青路面时不同雨强对应的径流系数推荐取值。(6)分析计算组合系统对市政管网入流量控制的贡献比。案例情景下,组合系统中透水路面对市政管网入流峰值削减的贡献比为80%,生物滞留设施为20%;透水路面对峰值延迟时间的贡献为8%,生物滞留设施为92%。生物滞留设施对市政管网入流总量的削减量占削减总量的24%,透水路面占76%。
【图文】：

峰值削减率的相关性排序，指导不同地区不同的基底条件下组合系统的优化设计以达到对路面径流控制的最佳效果；采用理论计算结合实验监测的方法，分析透水性沥青路面的透水机理过程，并将理论计算结果和实验结果进行对比分析，总结适用于大孔隙透水沥青路面的产汇流计算方法，量化组合系统中透水路面和生物滞留设施对市政管网入流控制效果的贡献比。本文旨在通过理论分析、实验研究和模型模拟，，对这些问题进行深入研究，以期为缓解城市道路积水问题提供理论支持，指导组合系统的优化设计以及施工过程雨水口和豁口的布局设置。

图 2-1 单位线参数示意图Fig.2-1 Unit hydrograph Parameters ——单位线峰现时间（min）；——单位降雨历时，计算过程中通常令其等于时间步长（min）；——单位降雨中心到单位线峰值的时间差（洪峰滞时）（min）；——单位线峰值大小（m3/s）；W50——单位线上流量大小为峰值 50%处的时间跨度（min）；W75——单位线上流量大小为峰值 70%处的时间跨度（min）；W1——单位线上峰值流量前大小为峰值流量 50%的点到峰现时间的时）；W2——单位线上峰值流量前大小为峰值流量 70%的点到峰现时间的时）。算单位线峰现时间及峰值大小时，定义 CT为峰现时间系数、CP为峰值参数。其中，CT将汇水区不透水面积比与峰现时间相关联；CP将汇水区和面积与峰值大小相关联。应注意的是，该计算方法中参数 CT和 P 是基降雨量拟合的经验公式，所以本文案例计算也以 1inch 为单位降雨量。
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU992

【参考文献】

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3 蒋玮;沙爱民;肖晶晶;裴建中;;透水沥青路面的储水渗透模型与效能[J];同济大学学报(自然科学版);2013年01期

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5 潘国艳;夏军;张翔;王红萍;刘恩民;;生物滞留池水文效应的模拟试验研究[J];水电能源科学;2012年05期

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7 王国安;贺顺德;李超群;李荣容;盖永岗;崔鹏;;论广东省综合单位线的基本原理和适用条件[J];人民黄河;2011年03期

8 王国安;贺顺德;李荣容;李超群;盖永岗;王鹏;;论推理公式的基本原理和适用条件[J];人民黄河;2010年12期

9 赵飞;陈建刚;张书函;苏东斌;龚应安;;透水铺装地面降雨产流模型研究[J];给水排水;2010年05期

10 唐宁远;车伍;潘国庆;;城市雨洪控制利用的雨水径流系数分析[J];中国给水排水;2009年22期

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本文编号：2633960