城市雨洪利用理论与技术研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 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