透水路面结构层雨水入渗与水质净化性能及机理研究

摘要

透水路面作为低冲击开发模式的主要结构性措施之一,由透水面层、找平层、透水垫层及路基基层组成,具有较强的雨水入渗及污染物净化能力。以往的研究多集中于表面堵塞对雨水入渗能力的影响,而忽略颗粒物在透水路面各结构层内部累积(本文称为基质内部堵塞)的影响。在污染物净化方面,先前的研究多集中于探讨各影响因素对污染物平均去除率的定性影响,而很少深入探讨污染物质在各结构层内部的去除机理并提出污染物净化数学模型。
　　本文建立透水路面小试实验装置,采用模拟降雨的方式进行实验,测定透水路面各结构层的雨水入渗率及污染物去除率,以此研究各结构层的雨水入渗、污染物净化能力并探讨内部堵塞对雨水入渗率的影响机理及各污染物的净化机理;通过对比不同厚度结构层的稳定入渗率及各污染物的平均去除率确定各结构层的最佳厚度;采用二元多次多项式拟合方法建立各污染物去除率随降雨历时及结构层厚度的净化数学模型,同时对模型进行误差分析并结合三维曲面图进行检验;初步探讨由各结构层单体的污染物净化数学模型推导组合情况下净化数学模型的方法。主要结论如下:
　　(1)内部堵塞是透水混凝土砖及碎石雨水入渗率变化的主要影响因素,而对粗砂而言,内部堵塞量、介质中水分的形式及空气阻力是决定稳定入渗率的关键因素。
　　(2)各结构层对SS、TP均具有较高的净化效率但对含氮化合物的去除并不理想。此外,透水混凝土砖及碎石透水垫层对COD去除并不理想,COD主要依靠粗砂找平层得到去除。
　　(3)在各结构层中,SS、COD的去除主要以沉降、吸附截留为主,TP则通过吸附于颗粒物中以 SS的形式得到去除。高强度降雨冲刷对已截留SS的影响较小,而COD、TP则易受强降雨影响而随雨水流出。
　　(4)粗砂与碎石的最佳厚度分别为5cm,20cm。降雨历时的前30分钟是各结构层对污染物去除的重要时段,在此阶段采取合理的工程手段有利于提高目标污染物的去除效果。
　　(5)在缺乏前人研究成果的情况下,粗砂及碎石对各污染物的净化数学模型可以采用二元多次多项式进行拟合。同时,本文提出了依据多级串联除尘理论建立组合情况下污染物净化数学模型的方法。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2透水路面设计介绍

1.3透水路面性能影响因素

1.4透水路面性能研究现状

1.5研究内容及技术路线图

第二章 实验概况与方法

2.1实验目的

2.2实验装置

2.3实验材料

2.4实验方法

2.5分析方法

第三章 各结构层入渗率及污染物去除率结果与机理研究

3.1透水混凝土砖雨水入渗率及污染物去除率结果与机理

3.2粗砂找平层入渗率及污染物去除率结果与机理

3.3级配碎石透水垫层入渗率及污染物去除率结果与机理

3.4本章小结

第四章 污染物净化数学模型研究

4.1透水混凝土砖污染物净化数学模型

4.2粗砂找平层污染物净化数学模型

4.3碎石透水垫层污染物净化数学模型

4.4组合模型

4.5本章小结

第五章 结论与建议

5.1主要结论

5.2建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢