山地城市雨水生物滞留系统的滤料层构建及特性分析

摘要

作为我国海绵城市建设优先选用的技术措施，雨水生物滞留系统因具有径流削峰与污染控制双重功能而广泛用于广场、街边与道路绿化带等场所，但常因雨水径流中悬浮颗粒(total suspended solids，TSS)的沉积作用而发生堵塞，最终影响预期功能目标，而这对于短时形成暴雨或强降雨并表现出显著地表冲刷特性的山地城市将更为显著。由于堵塞与滤料层构造密切相关，合理的设计不仅能延迟堵塞的发生，还可能提高系统的除污性能。因此，基于重庆市降雨特性，针对山地城市道路雨水径流特征，开展雨水生物滞留系统滤料层构造研究，以期开发一种结构稳定、耐堵塞性强并具有良好除污性能的滤料层构造。采用不同组配的粉煤灰（平均粒径43μm）和细沙（粒径≤0.5mm）构建种植填料层，并通过不同配比（3％、5％、7％、9％和11％）下水力特性与除污性能的研究，综合分析后确定理想配比值，并在此基础上分别采用沸石、火山岩和椰丝构建厚度为120mm的覆盖层，研究确定最佳覆盖层构造，最后考察不同年径流总量控制率下新型滤料层的抗冲击能力。
　　本研究主要内容包括：⑴在清水试验阶段，各配比组的渗透系数均出现不同程度下降后趋于稳定的变化规律;在径流模拟试验阶段，各试验组的渗透系数在运行期内均未出现明显下降，除3％组外均满足技术规范所建议的100～300mm/h。相对于其它配比值，由7％粉煤灰和93％细沙组配而成的种植填料层的结构稳定性最强，除污性能也较佳，对TSS、COD、TN、NO3-N和TP去除率的中位数分别可达99.8％、68.6％、76.1％、71.4％和81.8％，为理想的种植填料层构造。⑵沸石（粒径3～6mm）和椰丝覆盖层组的渗透系数在试验期内持续下降，而火山岩（粒径3～6mm）覆盖层组的水力性能较为稳定，处理6次场次降雨后滤料层的渗透系数便稳定在72±9.9mm/h。采用火山岩作为覆盖层时，滤料层的耐堵塞性最强，除污性能较优，对TSS、COD、TN、NO3-N和TP的中位数去除率分别达99.8％、72.6％、87.1％、89％和98.1％，为最佳覆盖层构造。试验结果表明，理想的滤料层构造为7％粉煤灰+93％细沙作为种植填料层，并在表层增加厚度为120mm的火山岩作为覆盖层。⑶不同年径流总量控制率下，新型滤料层的水力特性变化趋势大致相同。初始阶段（前2次场次降雨）径流控制率越高渗透性能下降越快，而此后则正好相反。但总体而言，滤料层的水力特性在较短时间（5次场次降雨）内便可逐渐趋于稳定，且不同径流总量控制率下渗透系数的差异性并不显著。同时，径流量变化对新型滤料层除污性能的影响有限，尤其是对TSS、TP等污染物的去除。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 城市道路雨水径流与污染物

1．2．1 城市道路雨水径流

1．2．2 城市道路雨水径流污染特性

1．2．3 山地城市道路雨水径流特征

1．3 雨水生物滞留系统概述

1．3．1 水文功能

1．3．2 除污过程及效能

1．4 问题的提出

1．5 研究目标及内容

1．5．1 研究目标

1．5．2 研究内容

1．5．3 研究计划流程

第2章 试验装置及方法

2．1 试验装置

2．2 试验方法及径流模拟雨水

2．2．1 径流控制总量的确定

2．2．2 雨水径流模拟水质

2．2．3 测试方法

2．2．4 数据分析

第3章 山地城市雨水生物滞留系统的种植层构建研究

3．1 试验材料及方法

3．1．1 试验材料及装置

3．1．2 试验方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 清水进水下的水力特性

3．2．2 径流雨水模拟条件下的水力特性

3．2．3 污染物去除效能

2．3 本章小结

第4章 山地城市雨水生物滞留系统的覆盖层构建研究

4．1 试验材料及方法

4．1．1 试验材料及装置

4．1．2 试验方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 模拟径流雨水进水下的水力特性

4．2．2 污染物去除效能

4．3 本章小结

第5章 径流总量控制目标对新型滤料层构造运行的影响

5．1 试验材料及方法

5．1．1 试验装置

5．1．2 试验方法

5．2 结果与讨论

5．2．1 不同年径流总量控制率下的水力特性

5．2．2 不同年径流总量控制率下的除污效能

5．3 本章小结

第6章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议与研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的研究成果