浅草沟系统对城市暴雨径流的控制试验研究

论文摘要

中国是一个水资源缺乏的国家,雨水作为宝贵的水资源,每年却从城市中大量排出流失。在城市雨洪管理领域,一方面是使用庞大的雨水排放系统将日益增长的雨水径流排出城市,另一方面却不得不面临城市地下水补给严重不足的问题。若能在雨水排放系统的设计和地面覆盖问题上考虑雨水的资源化利用,充分合理地利用雨水资源,既有利于解决城市水资源危机、减轻城区水涝灾害,又能减轻水体污染和改善城市生态环境。为解决雨水的资源化利用问题,本论文利用生态型的道路径流收集、输送和净化系统——浅草沟,研究了该系统在城市暴雨径流控制方面的作用。论文研究内容包括3个方面:①重庆市道路径流水质监测及影响因素分析。主要研究重庆市道路径流的水质、水量变化规律及其影响因素,为有效利用城区雨水资源和控制城市非点源污染提供决策依据。②浅草沟系统对城市暴雨径流的控制试验研究。包括浅草沟系统的设计建造;浅草沟系统的启动;浅草沟系统对暴雨径流污染物的净化能力试验;悬浮物表面流沿程去除试验和浅草沟系统对暴雨径流的调蓄效应研究。③浅草沟系统的经济性能评价及设计管理维护。该部分内容可为浅草沟系统的工程化应用提供指导。论文取得的主要研究结果如下:①重庆市道路径流水质监测及影响因素分析表明:道路径流中COD和SS浓度高,是需要重点控制的对象;不同下垫面径流水质的优劣次序为:屋面径流>校内道路径流>校外道路径流>高速公路径流;初期道路径流污染最严重,随着降雨历时的延长,污染物的浓度逐渐下降并最终趋于稳定;道路径流污染物多以非溶解性状态为主,非点源污染控制技术的研究中应重点考虑SS的去除。②浅草沟启动试验表明:18℃～23℃条件下,采用植物移栽、自然挂膜、低负荷进水方式能够成功启动浅草沟系统。启动阶段末期,植被长势良好,COD和浊度去除率可分别稳定在50%～60%和75%～85%。③净化能力试验表明:浅草沟对模拟雨水中浊度去除率保持在70%以上;COD、TP去除率可保持在47%～82%;氨氮去除率为25%～74%;重金属Pb去除率高达80%～90%。水平渗透距离对污染物去除效果的影响最大。④悬浮物表面流沿程去除试验发现,浅草沟对表面流废水中浊度的去除率在32%～90%之间。随着水力负荷的增大,浊度去除率有明显的下降趋势。⑤模拟降雨试验表明,浅草沟具有良好的抗水质、水量冲击负荷能力。渗透出水和表面流出水的COD、TP、氨氮的总去除率可分别达到51.44%、58.6%和46.28%。其中,通过渗透作用去除的污染物的量占总去除量的83%～92%。⑥浅草沟系统对暴雨径流的调蓄效应研究表明:浅草沟的最大水力负荷qmax=8.57 m3/(m2·s);该系统对暴雨径流具有显著的延时调蓄功能,暴雨径流量可削减30%～50%以上,且可将暴雨洪峰延时15～40min;浅草沟可接纳相当于自身面积3.42倍的硬质路面产生的径流量;并可将该汇水区域雨水管道的设计暴雨重现期由P=0.5年提高至P=2年,且使流行时间t2大大延长,有效降低雨水管道系统的工程造价。⑦结合国内外应用实例和本试验研究经验,初步取得了浅草沟的设计参数,例如对土壤渗透系数的要求、浅草沟系统的服务面积、最大边坡、最大允许流速等。⑧浅草沟系统不仅具有良好的截污、调蓄功能,还具有基建费用低、运行管理简便等方面的优势。因此,将浅草沟用于城市道路暴雨径流的分散处理及回用,建立生态型的城市雨水排水系统,具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外雨水资源化利用现状
• 1.2.1 国外研究发展现状
• 1.2.2 国内研究发展现状
• 1.3 城市暴雨径流水质
• 1.3.1 暴雨径流的污染原因
• 1.3.2 暴雨径流水质研究
• 1.4 城市暴雨径流污染控制方法及研究进展
• 1.4.1 源头控制措施
• 1.4.2 污染物扩散途径控制措施
• 1.4.3 终端治理措施
• 1.5 研究内容及技术路线
• 1.5.1 主要研究内容
• 1.5.2 技术路线
• 2 重庆市道路径流水质监测及影响因素分析
• 2.1 重庆市降雨量分析
• 2.2 采样点的选择
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 监测方法
• 2.3.2 地表径流污染物浓度的表示方法[54]
• 2.4 监测结果分析
• 2.4.1 降雨特征观测结果
• 2.4.2 暴雨径流水质监测结果
• 2.4.3 暴雨径流水质影响因素分析
• 2.4.4 暴雨径流污染物相关性分析
• 2.5 本章小结
• 3 试验内容与试验方法
• 3.1 试验装置的设计
• 3.1.1 浅草沟系统的设计原则
• 3.1.2 浅草沟系统的结构
• 3.1.3 浅草沟滤料的选择
• 3.1.4 浅草沟的种植层
• 3.2 试验流程
• 3.3 试验用水
• 3.4 试验安排
• 3.4.1 浅草沟系统对暴雨径流污染物的削减效应研究
• 3.4.2 浅草沟系统对暴雨径流的调蓄效应研究
• 3.4.3 浅草沟系统对城市暴雨径流的控制试验总体安排
• 3.5 采样与分析项目测试方法
• 3.5.1 浅草沟采样点的设置
• 3.5.2 试验分析项目与方法
• 4 浅草沟系统对暴雨径流污染物的削减效应研究
• 4.1 浅草沟系统启动试验
• 4.1.1 启动试验结果及分析
• 4.1.2 启动试验小结
• 4.2 浅草沟系统净化能力试验
• 4.2.1 工况试验结果
• 4.2.2 模拟降雨试验
• 4.2.3 净化能力试验小结
• 4.3 悬浮物表面流沿程去除试验
• 4.3.1 悬浮物表面流沿程去除试验结果
• 4.3.2 试验结果分析
• 4.3.3 试验小结
• 5 浅草沟系统对暴雨径流的调蓄效应研究
• 5.1 渗透作用的基本原理
• 5.2 清水渗透试验
• 5.2.1 浅草沟渗透过程线的测定
• 5.2.2 浅草沟临界渗透量的确定
• 5.2.3 浅草沟最大水力负荷qmax 的确定
• 5.3 雨水渗透试验
• 5.3.1 工况试验结果
• 5.3.2 模拟降雨试验结果
• 5.4 试验结果分析
• 5.4.1 浅草沟的服务面积
• 5.4.2 浅草沟对暴雨径流的调蓄效应
• 5.4.3 浅草沟对暴雨径流污染物的总量削减
• 5.5 试验小结
• 6 浅草沟系统的经济性能评价及设计管理维护
• 6.1 国内外工程应用实例
• 6.2 浅草沟系统的经济性能评价
• 6.3 浅草沟系统设计参数
• 6.4 浅草沟系统的管理维护方法
• 7 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录