城市雨洪利用理论与技术研究

摘要

为了缓解城市水资源短缺，保护地下水资源和城市生态环境，达到有效的利用城市雨洪资源的目的，论文在总结国内外相关研究成果的基础上，进行城市雨洪利用理论与技术的试验研究。研究采用室外试验的方法，对回灌过程中地下水的水位和水质进行监测，分析回灌对地下水的水位、水质的影响，建立回灌井的地下水模型，利用MODFLOW模型对回灌过程中地下水水位的变化进行模拟与分析。此外，对研制的不同配合比透水砖进行性能测试，采用极差分析和方差分析方法分析水灰比、骨胶比和骨料粒径对透水砖性能的影响，建立透水砖铺装的地面物理模型，设计4种不同透水砖铺装结构形式进行模拟降雨条件下的降雨产流试验，进行透水砖铺装结构对雨洪径流污染物的去除效果实验研究，取得了如下的研究成果：
　　1．在回灌过程中，回灌井水位对地下水水位影响范围有限，只是在距离回灌井的影响半径区域内，地下水位变化明显；路面雨洪径流回灌补给地下水后，雨洪径流中的总氮、总磷、氨氮以及硝态氮污染物浓度随着回灌历时、水量以及与回灌井距离增大呈现降低趋势。
　　2．通过对水文地质概化，建立了回灌井的地下水运动模型，使用Visual MODFLOW软件对模型进行了求解，模型拟合程度较好，符合试验场区域水文地质条件，能够较好的模拟回灌井及其周边区域的地下水位动态变化过程，可以用于预测该区域的雨洪回灌补给地下水后，对地下水水位的影响。
　　3．通过正交试验设计，制备了抗压强度为32.7MPa，透水系数为12.84×10-2cm/s，孔隙率为16.08％，25次冻融循环强度损失为6.85％的透水砖，该透水砖符合JC/T945-2005《透水砖》行业标准要求的。
　　4．在进行的透水铺装试验研究中，垫层结构自上而下为中砂5cm、砂砾料25cm的透水砖铺装结构处理的入渗效果最优，在100mm/h降雨强度条件下，持续降雨58分钟不产生地面径流。此外，透水砖铺装结构对雨洪径流中的总氮、总磷、氨氮和硝态氮有着不同程度的去除。

目录

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 城市雨洪利用研究现状

1.2.1 国内外城市雨洪利用经验

1.2.2 地下水人工回灌研究进展

1.2.3 透水砖及其铺装结构研究进展

1.3 城市雨洪利用途径与技术

1.3.1 城市雨洪利用的途径

1.3.2 城市雨洪利用技术

1.4 论文研究内容

1.4.1 研究思路

1.4.2 研究内容

2 路面雨洪径流回灌补给地下水的试验研究

2.1 试验场水文地质条件

2.1.1 水文地质概况

2.1.2 水文地质参数

2.2 回灌试验设计

2.2.1 试验系统设计

2.2.2 试验使用仪器

2.2.3 试验安排

2.3 回灌试验

2.3.1 回灌井水位与天然降雨的响应性分析

2.3.2 回灌井水位对地下水水位的影响

2.3.3 回灌井水质对地下水水质的影响

2.4 小结

3 雨洪回灌数值模拟

3.1 地下水数值模拟软件简介

3.1.1 MODFLOW的理论基础

3.1.2 Visual MODFLOW软件介绍

3.2 回灌井区域地下水运动数值模拟

3.2.1 水文地质条件概化

3.2.2 数学模型的建立及解法

3.3 地下水动态的数值模拟

3.3.1 模拟研究区域

3.3.2 数学模型的参数拟合分析和校验

3.3.3 模拟校验

3.4 小结

4 透水砖的制备及其性能研究

4.1 试验原材料及试验方法

4.1.1 试验原材料

4.1.2 试验仪器和设备

4.2 透水砖的试验设计

4.2.1 配合比参数的设计原则及方法

4.2.2 正交实验设计

4.3 透水砖的性能研究

4.3.1 透水砖的外观质量

4.3.2 尺寸偏差

4.3.3 孔隙率

4.3.4 抗压强度

4.3.5 抗折强度

4.3.6 透水系数

4.3.7 抗冻性

4.3.8 保水性

4.4 交试验设计的结果分析

4.4.1 直观分析

4.4.2 方差分析

4.5 小结

5 透水砖铺装结构的降雨产流试验研究

5.1 西安市降雨量分析

5.1.1 水文计算

5.1.2 暴雨公式推求降雨量

5.2 试验仪器

5.2.1 透水铺装结构试验模拟装置

5.2.2 模拟降雨装置

5.3 透水铺装结构的试验处理

5.3.1 垫层结构设计

5.3.2 试验材料

5.3.3 试验方法

5.4 试验结果及其分析

5.4.1 无排水结构条件下不同铺装结构的降雨产流试验研究

5.4.2 有排水结构条件下不同处理铺装结构的降雨入渗

5.5 透水砖铺装结构对雨洪径流水质的影响

5.6 小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

致谢

附录