城市路面室内冲刷实验及探讨_初始冲刷-论文网

论文摘要：城市路面的污染物质输移是目前城市水环境的一个主要威胁，很多研究者探讨了路面污染物输出的影响因素和输出机制，为了获得对路面污染输出的进一步的理解，本文采用室内模拟的方法，重构了实际的城市路面，定量投放路面灰尘，并使用降雨模拟器控制雨强。在4组雨强条件下共进行了16次冲刷实验，通过实验获得以下结论：1）实验中不透水路面径流系数变化范围在41.2-76.2%之间，且和雨强具有正相关关系。2）与冲刷前对比，冲刷后的路面物质粗化现象明显；将路面物质分成4个粒级组>300um,150-300um,48-300um，，其中，粒级组物质在冲刷后所占比重较冲刷前明显降低，遭受较大损失。而前三个粒级组在雨后所占比重则有所升高，表现出相同的冲刷特征。3）实验同时揭示：由于沉积作用的影响，路面输出量可能不会因降雨强度的增加而增加，相反，由于沉积作用的加强路面输出量反而减小。4）降雨冲刷中的前3分钟往往是路面灰尘输出峰值出现的时段，同时也是大部分污染物集中输出的主要时段，灰尘及其携带污染物输出量可能占到整个路面存有量的50%以上。
论文关键词：雨强,路面冲刷特征,污染物输出,初始冲刷

前言

城市路面灰尘中积聚了相当数量的有机物、氮磷物质，、重金属、PCB等污染物质，在雨水的冲刷下，进入河、湖水域，这种突发性的输入往往具有短期、爆发性特点（firstflush），因此会对水生态系统以及水环境产生严重危害，这也成为城市环境管理者重要的课

题。在路面物质输出机理研究方面，路面地表灰尘的累积和冲刷规律是研究的两个主要方面。地表灰尘累积主要通过大气沉降、地表吹蚀物沉降、路面及交通工具的磨损等形式进行，同时还受到风力的重悬浮影响以及人为清扫效率的影响，灰尘累积在这些影响的共同作用下达到平衡。城市路面冲刷过程的研究起始于上世纪70-80年代，研究的对象主要为径流中的TSS,营养盐、重金属等物质的流失特征，而路面物质的冲刷量则受到路面物质存量、径流量以及雨强等因素的影响。近些年的研究进一步深化了人们对路面冲刷机制的理解，vaze.J通过野外和室内试验探讨了雨强、降雨持续时间、雨前晴天时长对路面物质输出量的影响。对雨强因素的深入讨论表明，雨滴的冲击能量能有效的剥离吸附在路面上的灰尘，但随着道路表面水层的形成，雨滴的作用会大为降低，这也造成路面污染物在径流初期会急剧输出的特点。另外，路面物质输出的机理模型也依赖路面冲刷机理的讨论而得到发展，早期冲刷模型模拟冲刷作用时，通过将冲刷作用概化为冲刷系数进行表征；近期模型模拟路面冲刷作用时，开始考虑水流的剪切作用及雨滴的冲击作用，总体看来，路面冲刷机制的研究和探讨仍处于一个深入挖掘的过程中。对很多已有的试验而言，可以发现实验时存在很多不能控制的变量，所得到的结论可能掺杂了很多因素的影响，因此需要在室内条件下有控制地进行实验，方可得到较为准确的结论。在此背景下，本研究进行了室内路面冲刷的模拟实验，并获得相关结论以进一步理解路面冲刷机制。

2路面冲刷特征研究方法

本研究以杭州西湖沿岸人行道路面作为参考对象构建室内路面，在实验室内用25块人行道地面砖在室内构建1.5ⅹ1.5米的路面，坡度1.6%，路面最底端高度30cm，路面两侧用不透水的PVC板阻隔路面径流流出路面，以保证降雨径流能全部流向下方，路面底部设有集水管收集路面汇流的径流量。见图1，

路面灰尘则参考2010.3-1020.9监测得到的6个月的西湖沿岸人行道路面灰尘进行粒级配制，灰尘各粒级重量百分比固定为：>300um、占10%；150-300um、占10%；48-150um、占15%；、占65%。每次实验前称量上述粒级灰尘，得到混合灰尘样15克，用药匙均匀分配到每块地面砖上，每块约分得0.6g,并人工扫匀。降雨由降雨模拟器（TSOY-102）模拟不同雨强，分别模拟4个不同雨强下的降雨冲刷。雨强测定时，不改变模拟器的位置、距离、方向，只通过改变压力表压力进行修改，但考虑到模拟器所降雨水可能分布不均，因此每次实验时在实验路面的四角及中心各放置一口径10.5cm烧杯，最终雨强通过汇集五个烧杯降雨并取平均值获得。（实验表明即使在同一压力值，设备的雨强也有变化）每天取一固定压力值（希望能获得同一雨强值），再按降雨3、5、7、9分钟等4个时段进行4次实验，每次试验间隔1小时，并使用加热灯烘烤路面半小时，等待路面完全干后，用改制的大功率吸尘器（FC8260）收集雨后残留样，样品分别通过50目、100目、300目、500目筛，称重，总的实验次数为16次。每次降雨过程的冲刷量使用总投放量减去路面存留量获得。

3结果

3.1人行道路面砖地面的径流系数

实验路面由人工烧制的路面砖铺设，结合处的缝隙是径流下渗流失的主要部位，除此之外还有蒸发、路面截留等途径，各途径的重要性依所处季节和路面条件而定，本实验于8月进行，持续3天时间，因此不存在季节的影响，但路面及路面下垫物质的干湿条件有一定的差异，从而导致路面下渗水量的差异。

8月10日是实验第一天，共进行4次实验，由于反复调试降雨模拟器，因此在正式试验之前，路面砖下垫物质的湿度较大，其后固定每天一组，无任何其他干扰。径流系数见表1。从表中可以发现，不透水路面的径流系数变动范围在0.419-0.762之间，平均径流系

表116次冲刷试验的径流系数

Tab1Theindexesof“RC”of16wash-offexperiments

图2径流系数与雨强关系

Fig2TherelationshipbetweenRCandrainfallintensity

日，数据表明径流系数与降雨持续时间无关，但却随着雨强的增大有增大趋势，因此做径流系数与雨强关系图2，并计算两者的相关系数，并进行相关显著性的pearson检验（双侧），相关系数0.764，并在显著性为0.004的条件下通过检验。

 1/5    1 2 3 4 5 下一页 尾页