渗排型透水铺装径流控制效能及其堵塞维护试验研究

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作为雨水源头控制措施,渗排型透水铺装具有良好的径流控制效能,可有效削减径流体积、降低和延迟径流峰值、控制径流污染。然而,大气沉降、雨水冲刷等各种因素易导致沉积物进入透水铺装并造成堵塞,进而降低径流控制效能。合理的维护措施可有效缓解透水铺装的堵塞并恢复其渗透性。虽然目前研究已经对渗排型透水铺装的径流控制效能进行了大量的监测,但是由于监测条件不同,监测结果差异较大,从而很难指导工程应用。为了量化透水铺装面层结构、雨前干期、降雨重现期对渗排型透水铺装径流控制效能的影响,实地搭建了5种面层结构不同的渗排型透水铺装:结构透水砖铺装、水泥透水砖铺装、陶瓷透水砖铺装、透水水泥混凝土铺装、碎石铺装。监测了每种透水铺装在2个雨前干期和7个降雨重现期下模拟降雨的径流,并从有效滞留量的角度量化分析了透水铺装面层结构、雨前干期、降雨重现期对透水铺装径流控制效能的影响。结果表明,与透水铺装范围内的降雨相比,在降雨强度为18.0-241.8 mm/h、干燥期为0-2 d的降雨条件下,面层渗透率大于等于0.57mm/s的透水铺装的径流体积削减率、峰值削减率、峰值延时的范围分别为22%-100%、41%-100%、6-44 min。在5种透水铺装中,透水水泥混凝土铺装径流控制效能最佳。径流控制效能与雨前干期成正相关而与降雨重现期成负相关,且径流控制效能随降雨重现期的增加先明显减少而后趋于稳定。回归分析结果可较好量化透水铺装在不同条件下的径流控制效能。研究结果可为渗排型透水铺装的选择、设计及其径流控制效能评估提供参考。透水铺装的径流控制效能与其堵塞和维护紧密相关,但是目前针对透水铺装堵塞和维护的研究还不足。为了探究沉积物特征(质量、粒径、级配)和维护选择(维护时长、维护周期、堵塞率、相对压强绝对值、维护措施)对堵塞和维护的影响,在透水水泥混凝土铺装、结构透水砖铺装、水泥透水砖铺装等3种透水面层结构不同的透水铺装上模拟堵塞后采用高压水洗、低压抽吸、高压气冲等3种维护措施维护并监测维护前后面层渗透率变化。结果表明,透水铺装面层渗透率随沉积物质量的增加呈指数型下降。造成堵塞最严重的沉积物粒径为透水铺装表面特征孔径的1-2倍,特征孔径与铺装表面孔径的数量分布和面积分布有关。与粒径相比,沉积物级配对渗透性的影响更为显著。试验中3种维护措施的最佳维护时长为30-45 s。初始堵塞率大于37%维护时,维护后稳定渗透比无明显变化且稳定在35%左右。维护效能随堵塞率的增加呈指数型下降。高压水洗用于维护透水水泥混凝土铺装、结构透水砖铺装时,堵塞恢复率随相对压强绝对值的增加先明显增加,后缓速增加,最后趋于稳定。高压水洗维护水泥透水砖铺装、低压抽吸和高压气冲维护透水水泥混凝土铺装时,堵塞恢复率随相对压强绝对值呈线性增加。根据维护效能、维护周期、相对压强绝对值、能耗等4个指标综合评价,透水混凝凝土铺装最优维护措施为低压抽吸。研究可为透水铺装的堵塞防范和维护选择提供参考。基于渗排型透水铺装径流控制效能量化试验和透水铺装的堵塞维护试验等2个试验,构建了渗排型透水铺装径流控制效能模型,可为渗排型透水铺装选择、设计、维护提供参考。
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