四种生态护坡材料的径流入渗性能试验研究

“渗”是海绵城市建设六字方针之首,增强下垫面的自然渗透能力是海绵城市的重要举措。为研究不同护坡材料对地表径流的渗透性能,在现浇绿化混凝土、生态砌块、格宾石笼、植物蜂巢等4种生态护坡材料上开展了径流模拟试验,采用下边界开始溢流时间、径流入渗率、入渗水量比例、平均汇流速度等指标分析评价这4种生态护坡材料对径流的延滞效应。结果表明:本次试验选取的4种生态护坡材料径流入渗性能显著优于普通植草护坡,符合海绵城市关于加强雨水渗透、滞留的有关要求,建议在海绵城市建设中加以推广应用。试验所获得的参数,可以为海绵城市建设评估、河道生态修复工程的材料选择提供参考。

草被覆盖下坡面径流入渗过程及水力学参数特征试验研究

利用人工模拟降雨试验,定量研究了在90 mm/h降雨强度下20°陡坡面不同被覆条件下(80%,60%,40%,20%)苜蓿草地的产流产沙入渗变化规律,分析了草地侵蚀产沙的水力学参数特征。试验结果表明,不同草被覆盖条件下草地累积径流量和累积产沙量与降雨时间呈显著的幂函数关系,随着草地覆盖度的减小而增大。随着草被覆盖度的增加,坡面径流量呈减小的趋势,草地入渗率呈增加的趋势,草被坡面径流量和入渗率呈明显负线性相关。分析了不同草被覆盖条件下草地的坡面水流平均流速、水力半径、雷诺数、弗罗德数和阻力系数特征,从水力学角度揭示了不同覆盖度草地的拦沙效应。

坡地径流入渗机制对水文模拟的影响分析

建立了适用于栅格单元系统的基于运动波理论的降尺度新安江模型(KWXAJ)。在栅格单元中采用新安江模型计算产流,运动波模型进行坡面汇流演算。模型中,为考虑上游坡地单元入流的径流入渗(run-on)效应,在进行坡地产流计算时,降雨及上游坡面流及壤中出流被同时作为来水输入新安江模型。在运动波模型中,糙率系数依据土地利用方式及洪水量级确定。选取淮河史灌河流域黄泥庄以上集水区域,作为研究区域。用流域历史上的13次洪水过程来率定和验证此模型。研究表明,run-on机制对流域产汇流预测有重要影响,其显著影响流域内土壤蓄水量时空分布,进而改变产汇流机制。数据分析还显示,不考虑run-on机制将导致模拟洪峰滞后。

降雨条件下露天矿井坡面径流入渗综合系数探讨

弄清降雨条件下地下工程的坡面径流入渗综合系数,对于有针对性制定地下工程防洪排水对策具有重要意义。利用某矿井长期大量地下水实测数据,采用流量过程线法,探讨了降雨条件下该露天矿井坡面径流入渗综合系数变化规律,分析了其动态变化机制。研究表明,一次降雨过程径流入渗综合系数变化于0.65～0.96之间,平均值为0.81,最大降雨径流入渗综合系数基本上出现在降雨期的前2 d内。多峰雨型或连续雨型条件下,径流入渗综合系数(0.84)比单峰雨型条件下(0.76)大。应用流量过程线分割法测定矿井坡面径流入渗综合系数,理论严谨、方法可行、结果可靠,可为类似地下工程排水设计提供理论依据。

苜蓿草地侵蚀产沙过程及其水动力学机理试验研究

利用人工模拟降雨试验,定量研究了不同降雨强度(45mm/h、87mm/h、127mm/h)下20°陡坡苜蓿草地的产流产沙变化规律,分析了苜蓿草地侵蚀产沙的水动力学机理。试验结果表明,苜蓿草地累积径流量和累积产沙量与降雨时间呈良好的幂函数关系,随着降雨时间的增大而增大。在45mm/h和87mm/h降雨强度时,草地径流量和侵蚀产沙量呈高-低-稳定的变化趋势;在127mm/h降雨强度时,草地径流量和侵蚀产沙量呈高-低-高的变化趋势。苜蓿草地的水土保持作用通过改变土壤的入渗特性实现,草地坡面入渗率与径流量和产沙量呈明显负线性相关。从水动力学角度对苜蓿草地径流剪切力和单位水流功率与输沙率的关系进行了分析,得出试验条件下苜蓿草地的临界径流剪切力值为2.857N/m2,临界单位水流功率值为0.0114m/s,输沙率随径流剪切力和单位水流功率的增大而增大。

屋顶绿化技术在低影响开发中的作用

屋顶绿化技术是实现城市低影响开发的有效手段之一。其植物层和土壤层可对屋顶起到隔热节能、蓄水减排和消除屋顶径流污染物质的作用,改善建筑环境。在土地稀少的城市中,屋顶绿化独特的种植场所不占用城市土地资源,增加了城市绿化率,并且减缓了城市热岛效应,提高了屋顶雨水资源的利用率。

降雨作用下生态边坡客土稳定性研究

生态边坡客土的破坏具有沿土-岩界面滑移的特性,针对这类浅层边坡,Mohr-Coulomb理论不能较好地描述低应力水平的破坏特征。而且,在降雨条件下,边坡湿润峰抵达土-岩界面后,界面抗剪强度与客土入渗速率迅速降低,坡面径流剪切力迅速增大。为了研究降雨作用下生态边坡客土稳定性,建立了描述界面破坏特征的剪切应力-位移模型,在此基础上,结合GA模型和质量守恒定律,考虑降雨入渗-径流过程的影响,对降雨过程中客土极限状态进行分析,得到客土容许位移变化规律。研究结果表明:降雨过程中,客土容许位移具有平稳-逐渐减小-平稳的三段式变化规律;降雨初期,入渗水重力与坡面水流剪切力的综合作用增大了下滑力,容许位移值由稳定阶段进入逐渐减小阶段;降雨后期,入渗水抵达土-岩界面,界面抗剪强度迅速减小,容许位移值降至最小值。

下凹式绿地内气压变化及其对雨水蓄渗过程的影响

通过研究不同降雨、土壤性质条件下下凹式绿地土内气压的变化及其对雨水蓄渗过程的影响,从而对下凹式绿地的设计优化提供依据。研究发现,下凹式绿地土内气压的产生时间随土层加深逐渐推迟,表层土(0~10 cm)与中层土(10~30 cm)的气压峰值基本一致,底层土(30~40 cm)气压峰值降低,主要由于随着土层深度的增加土壤空气含量降低。下凹式绿地内的气压可分为潜伏期、攀升期、平滑期和缓慢下降期4个阶段。下凹式绿地土内气压受降雨强度影响显著。当降雨重现期由1 a增大到3 a时,土内气压峰值由697.8 Pa增加至1101.5 Pa。气压产生后影响表层积水下渗,当降雨重现期由1 a增加到3 a时,所需渗水时长由320 min延长至750 min,降雨重现期为5 a时所需渗水时长延长至960 min。土内气压随着土壤含水率的增加而增大,当土壤含水率由2.1%增大到19.3%时,气压峰值累计增长97%,稳渗期渗水速率由0.68 mL·s^(-1)降低到0.06 mL·s^(-1),60 min内的径流入渗量减少98.8%。植被覆盖层对下凹式绿地土内气压产生的作用较小。研究成果对提高下凹式绿地对于雨水径流的调蓄效能,提高低影响设施对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用具有指导意义。

豫西地坑窑院防水患机制及运行有效性分析

地坑窑院以纯生土为材料建造,源于自然、融于自然、归于自然,是典型的能源自维持住宅。但水患是其致命的灾害,一旦遭遇连续降雨或短时强降雨就会造成院毁窑塌的灾难性事故。因此建立地坑窑院防水患机制,提高窑居自身防御水患的能力始终是地坑窑院民居面临的挑战。本文以豫西地坑窑院民居为研究对象,探讨了强降雨作用下地坑窑院防水患机制,分析其构成及运行模式,提出了基于运行计算模型的评价方法,对地坑窑院防水患机制运行有效性进行定量分析。分析表明:地坑窑院防水患机制的组织要素及构成方式提供了一个立体的水患综合防御体系,它具有良好的防排水能力;经计算,当窑背土体进行压实处理使渗透系数小于0.06 mm/min时,防渗排水能力最优;渗井深度6~8 m的设置是合理可靠的。