多层渗滤介质系统入渗试验与城区雨水利用模式研究

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1、中国农业大学博士学位论文多层渗滤介质系统入渗试验与城区雨水利用模式研究姓名：侯立柱申请学位级别：博士专业：农业水土工程指导教师：冯绍元20070601摘要针对水资源日益匮乏且面临城市雨洪威胁的现状，北京城市雨水利用势在必行；利用多层渗滤介质系统可以实现削减雨水径流和收集城市雨水的效果。通过研究取得如下主要成果：(1)对多层渗滤介质系统进行了室内外试验，井进行了理论分析，建立了多层渗滤介质系统的技术指标体系及关键技术指标的计算确定方法。研究结果显示：多层渗滤介质系统采用“上层无砂混凝土+下层单级配碎石”的方式增加入渗削减径流的效果最佳；系统地表径流系数与降雨强度、降雨历时成正比；系统能够

2、消纳5～lO年一遇的1h降雨；系统使用4年之后透水性能减小20％左右；多层渗滤介质系统地面的理论使用寿命可达到15年左右；总体上系统的产流属垂向混合产流模式。(2)以北京城区天然降水和不同下垫面上的雨水径流为研究对象，利用雨水径流采样系统监测其水质，分析了天然降水及雨水径流中污染物浓度的变化特征。研究结果显示，城市地表径流含有相当数量的悬浮物、营养盐和有机污染物，主要污染物为CODm、NI-h+-N和TN等。如果未经处理排入城市受纳水体，易引发水体富营养化和水生生态系统破坏。(3)以屋顶和机动车路面雨水径流污染物为研究对象，设计了用于去除雨水径流污染物的多层渗滤介质系统，进行污染径流净

3、化效果的试验研究。结果表明，系统对屋顶和机动车路面雨水径流污染物有明显的去除效果，CoD№平均去除率为80％左右，出水浓度小于4mg／L，达到了地表水Ⅱ类水质标准；BoDj的平均去除率为71．75％，出水值达到了地表水Ⅱ类水质标准：同时，系统的净化能力主要发生在距系统表面0．6m左右以内，污染严重的机动车路面径流在土柱底部也能达到很好的去除效果；“砂砾料”垫层对COD‰和BOD5的去除效果稍好于“无砂混凝土”垫层。(4)基于土地利用、土壤类型、流域水文、气象资料等数据，应用DorschConsult在Windows环境下开发的图形化排水管网信息和规划系统HydroCAD，对北京市某居民

4、小区降雨径流过程进行了模拟。结果表明，模型所模拟的径流过程与实测径流过程具有较好的一致性，模拟精度在75％以上，说明模型可以应用于城市雨水利用典型区域。(5)根据国内外近年雨水利用的研究和实践，提出城市雨水利用的理念，提倡多层渗滤介质系统、屋顶道路、下凹式绿地三种雨水利用模式。室内和现场试验研究结果表明，利用多层渗滤介质系统进行城市雨水利用具有投资少、施工维修简易、降雨入渗量大、径流洪峰削减显著和出水水质好等优点，具有良好的发展前景。关键词：多层渗滤介质系统。入渗，径流，水质，城市雨水利用AbstractWatershortageandstormwaterwereseriousprob

5、lemsinBeijing,madthus，itisnecessarytoUSeurbanrainwater．Mulfilayerinfiltrationsystemisotieoffeasibleformsofurbanrainstormcontr01．Themainresultsareasfollowings：ThroughsystemicexperimentinlaboratoryandinoneresidentialareainBeijing,andthroughtheoreticanalysis,technicalindexsystemofmultilayerinfiltra

6、tionsystemWasestablished．Resultsshowthattheoptimumsub-baseofthemultilayerinfiltrationsystemconsistedofatoplayerofporousconcreteandamacadambase．Thereisadirectproportionbetwcenrunoffefficientandrainfallintensity,andadirectproportionbc'“veellrunoffefficientandrainfallduration．n璩runoffcoe街cientofmul

7、tilayerinfiltrationdecreased72％for1in5--10yearreturnperiod．Theinfiltrativeabilityofthisgroundreduced20％after4years．Thelifespanofmultilayerinfiltrationsystemwillprolongto15years．Inconclusion,therunoff011multilayerinfiltration