详情

原文传递海绵城市道路雨洪控制及灰-绿结合效果研究

论文题名：	海绵城市道路雨洪控制及灰-绿结合效果研究
关键词：	海绵城市道路;透水沥青路面;灰-绿结合;雨洪控制;入渗性能;力学性能;碳减排
摘要：	城镇化的快速发展导致城市内涝、水资源污染和城市热岛效应等问题日益严峻，采用低影响开发措施（LID）构建海绵城市是缓解这一问题的有效途径，目前将LID措施（透水路面）用于道路区域分析其力学性能和雨洪控制效果的综合研究较少，有关灰-绿结合的研究也较为单一，海绵城市对减少碳排放的研究大多停留于定性阶段，导致无法具体分析LID措施的直接或间接碳减排效益。为解决上述问题进行了以下研究：　　本文从透水沥青路面的入渗性能和力学性能角度出发，确定一种透水沥青路面结构并通过试验确定各结构层空隙率和渗透系数等参数，用于后续模拟的参数输入，同时通过力学性能试验确定其高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性能够满足规范要求，而后建立整体研究区域SWMM雨洪模型并验证，对其进行不同降雨条件下的LID措施雨洪控制效果分析，重点关注LID措施对地表径流、排水口流量、积水内涝和排水管网水力负荷的削减效果，并对不同模拟情景下的 LID 措施进行全寿命周期效益-成本分析。根据整体研究区域分析结果确定易产生积水内涝的城市街区，将其作为研究对象采用LID措施与合理引导径流、排水管网管径扩大和增大管道坡度组合的管控方式，进一步分析雨洪控制效果。最后对整体研究区域采用的LID措施的碳减排效益做出定性和定量分析。本文采用的 LID 措施及灰-绿结合的处治方式可为海绵城市建设提供指导并助力实现碳中和目标，主要研究结论如下：　　（1）确定一种透水环氧沥青路面结构，通过试验得到各结构层空隙率和渗透系数等水力参数用于后续SWMM模拟分析的参数输入，并采用车辙试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验确定面层结构具有优良的路用性能。　　（2）不同降雨量下LID措施可以实现对整体研究区域地表径流、排水口流量、积水内涝和管网水力负荷的有效控制，且施加较多 LID 措施的情景三控制效果好于情景二，但随着降雨重现期的增大，LID措施的雨洪控制效果逐渐衰减；在不同降雨持续时间和不同降雨峰值时间下，LID措施对地表径流、排水口流量和管道峰值流量流速的控制效果与降雨持续时间和雨峰系数关系不大，对节点溢流量（积水内涝）的控制效果表现为长历时降雨事件好于短历时降雨事件，雨峰系数较小的降雨事件好于雨峰系数较大的降雨事件。　　（3）通过合理引导径流可以显著提高LID措施对小降雨事件的雨洪控制效果，但降雨量较大时，LID措施入渗能力趋于饱和导致不同径流方式下的雨洪控制效果区别不大；管径扩大可显著削减局部区域积水内涝及缓解排水管网水力负荷，同等条件下施加LID措施可以实现对管道管径的优化，优化比例随LID措施的增多而增大；增大管道坡度可使地表径流在更短的时间内排放，并且同样可以实现对局部区域雨洪径流的进一步控制，但控制效果弱于管径扩大措施。　　（4）海绵城市的构建可以有效减少碳排放，对整体研究区域碳减排效益的定量分析表明，LID措施可以实现植物固碳直接碳减排以及径流削减降低泵站运行能耗、管径优化减少混凝土用量、污染物削减降低污水处理能耗和缓解城市热岛效应降低空调能耗等间接碳减排，因此可以助力实现碳中和。
作者：	李晨阳
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	张磊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022