近年来由于水资源的匮乏,海绵城市理念逐渐得到了广泛重视,雨水回灌地下水可以有效地促进海绵城市建设。但在雨水回灌过程中,堵塞问题是制约海绵城市建设的主要因素。本次研究以沈阳建筑大学为背景,以雨水水质情况调查—回灌的堵塞因素分析—悬浮物堵塞规律研究—悬浮物堵塞过程模拟—堵塞的预防和治理为思路,利用取样测实分析、室内实验和模型模拟等手段,对城市雨水地下回灌过程中的悬浮物堵塞规律进行了比较全面的研究,主要研究成果如下:(1)研究区水文地质特征及雨水成份调查:通过搜集资料了解沈阳建筑大学水文地质情况和气候特征,并布设采样点,定时采集天然雨水与路面雨水并进行检测,对雨水中各指标浓度进行建模分析,得出随着降雨时间的变化,悬浮物浓度逐渐降低,并趋于稳定值。同时对检测结果进行评价与主成份分析。天然雨水和路面雨水均受悬浮物影响比较严重。因此,根据降雨过程中不同悬浮物浓度情况设置三种悬浮物浓度梯度,分别为50mg/L、100mg/L和200mg/L。利用三种浓度悬浮物进行回灌实验研究。(2)研究不同悬浮物浓度回灌堵塞规律:回灌堵塞过程中,水通量和渗透系数呈先快速下降后趋于稳定的变化趋势。通过测量微生物数量,微生物缓慢生长,灭菌条件和正常条件下水通量和渗透系数数值相差较小,可以忽略微生物引起的堵塞情况。多孔介质的堵塞程度随着悬浮物浓度的增大而增大。悬浮物浓度不仅决定初始水通量和渗透系数的大小,还决定水通量和渗透系数下降的快慢程度。随着悬浮物浓度的增大,多孔介质的水通量和渗透系数的初始值越低,减小速度越快。(3)研究不同悬浮物粒径回灌堵塞规律:悬浮物颗粒在表层和中层容易形成表面堵塞。由于多孔介质之间存在一定的孔隙,悬浮物颗粒粒径小于多孔介质之间的孔隙,随着水流作用,悬浮物颗粒进入孔隙,不断地堆积在多孔介质上层,形成“滤饼”,表层形成的滤饼影响砂柱中层和砂柱下层的水通量,导致水通量和渗透系数下降,造成堵塞。粒径小的悬浮物颗粒随着水流运动到多孔介质内部,形成表层-中层堵塞。在其他条件相同的情况下,当悬浮物发生堵塞时,悬浮物粒径越小,随着水流的迁移能力越强,迁移的深度越大,此时颗粒的迁移作用占主导,多孔介质容易发生表面-内部双重堵塞。反之,悬浮物颗粒粒径越大,在多孔介质中迁移深度越小,对深层多孔介质的渗透性影响较小。(4)研究不同多孔介质粒径回灌堵塞规律:砂柱整体渗透系数的变化主要受表层渗透系数变化规律的影响。悬浮物浓度越大,多孔介质粒径越大,引起的堵塞范围越广,堵塞越严重。相同悬浮物浓度下,多孔介质粒径越小,堵塞越容易发生,堵塞发生时间越早。实验过程中,中砂和细砂的水通量和渗透系数出现升高,一方面是多孔介质孔隙中的空气溶于水导致孔隙增大:另一方面是悬浮物在多孔介质中沉积量越来越多,悬浮物颗粒填充孔隙,导致孔隙体积越来越大。两种因素共同作用下,使渗透系数和水通量升高达到最高值点。(5)建立与验证悬浮物堵塞模型:通过建立膜过滤模型和等效渗透系数模型,得出雨水回灌过程中水通量和渗透系数的变化趋势,根据模拟结果可知,堵塞发生的时间与悬浮物的浓度相关,利用该模型不仅可以有效地预测堵塞发生的时间,在相应的堵塞时间点采取措施处理堵塞,维持回灌继续运行,还可以指导在实际工程中,选择合适的悬浮物浓度的雨水进行回灌能避免发生严重堵塞。(6)研究雨水回灌堵塞的控制和治理方法:通过沉淀方法对雨水进行沉淀预处理,将悬浮物浓度降低后进行回灌,能够有效地减缓回灌堵塞。采用注水冲刷、注气、注水扰动三种方法恢复多孔介质渗透性,对比分析三种方法,其中采用注气法可以有效地恢复多孔介质渗透性,解决雨水回灌堵塞问题。但是在雨水回灌堵塞过程中,我们应该遵循控制回灌水水质为主,后期治理为辅的原则。本文以沈阳建筑大学为例,通过勘查资料、室内渗流砂柱堵塞实验掌握悬浮物堵塞的规律;通过建立膜过滤数值模型,模拟悬浮物堵塞过程中水通量和渗透系数的变化趋势,提出雨水回灌堵塞的控制和治理方法,对雨水回灌堵塞防治研究有着重要的理论意义及实际意义,为相关研究提供理论依据及实践参考。