植草沟在道路地表径流传输入渗过程中的模拟研究

发布时间：2019-02-18 15:28

【摘要】：近年来,越来越多的环境问题随着城市化的发展逐渐受到人们的关注,其中城市水环境问题已经严重影响人们的日常生活。一方面城市雨洪灾害使得人们的生命财产受到威胁,另一方面我们却不得不面临生活用水匮乏、地下水严重不足的问题。若能充分利用雨水排放系统、利用生物措施涵养水源,实施最佳的城市雨洪管理措施,不仅有助于缓解城市用水需求、减轻城市洪水灾害,还能改善城市水循环系统、增加生态效益。为解决城市雨洪问题,本研究在构建植草沟的基础上,进行道路径流的水量、水质控制试验,并应用SWMM模型进行模拟分析,研究植草沟在城市雨洪控制利用方面的作用。论文研究内容主要包含3个方面：(1)植草沟对城市道路地表径流的调控试验研究。包括植草沟的净化能力试验、水量调蓄试验、填料物理性质对比试验,为植草沟的应用提供理论指导。(2)应用SWMM模型模拟分析植草沟的调蓄效应。包括模型参数的灵敏性分析、不同植草沟水利系数条件下的调蓄效果,为应用SWMM模型模拟植草沟及植草沟的构建提供科研依据。(3)植草沟的水力负荷及经济评价。通过探讨植草沟的水力负荷及经济评价,为植草沟的工程化应用提供指导。论文的主要研究结果如下： ①植草沟具有延缓产流时间、涵养地下水的作用,试验建立的植草沟系统,比沥青道路产流时间长10-15min；10cm高出水口的情况下,1h可处理水量约1.5m3；降雨历时越短、降雨强度越低,植草沟的调蓄能力发挥的越好,降雨强度相对降雨历时来说对植草沟传输入渗能力的影响更大；植被覆盖度为80%相对20%时,植草沟的水量调控效果越好,可将重现期0.33年降雨1h的入渗量提高8%。 ②经测定,沙子、石子、珍珠岩、草炭土、蛭石、煤渣、炉渣、沸石、陶粒的孔隙度、饱和渗透速率、渗透系数均大于回填土,故透水性能要优于回填土,可适当做为代替回填土的植草沟填料。 ③试验建立的植草沟对氨氮的去除率为10%-20%,对总磷的去除率为15%-35%,对COD的去除率约为20%,并且降雨强度大,沟渠净化效果降低,植被覆盖率增加,沟渠的去除效果会相应提高。 ④SWMM模型构建时,采用实测参数的模拟结果要优于选用使用手册中建议的参数值的模拟结果,由实测参数构建的模型计算的Nash-Sutcliffe效率系数和B%MSSE指数分别为0.974、0.015,而由使用手册中参数值构建的模型得到的结果分别为0.682、0.173。 ⑤在土壤最大入渗率、最小入渗率、入渗衰减系数及表面糙率系数中,土壤最大渗透速率为最敏感参数,表面糙率为不敏感参数,其余参数的敏感性为中等,但有关土壤入渗的模型参数敏感度还受到降雨强度的影响。 ⑥SWMM模型的模拟结果显示：植草沟的存储深度增加,将增加植草沟的入渗量,并延缓产流时间；土壤的渗透系数越大,植草沟对道路地表径流的渗透量也相应增加；植草沟的纵向坡度增加,将降低植草沟的入渗水量。 ⑦植草沟对5a重现期以上强度的降雨调蓄作用不明显,同样对汇水面积较大的区域调蓄效果较低,试验所建立的50m2植草沟,根据水力负荷的计算,理论上可完全入渗50m2道路1a重现期24h的降雨。另外,同等面积情况下,植草沟的经济性能要优于渗沟、多空路面、湿地和湿式滞留塘。
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【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TV213.9;TU992

【参考文献】