城市路面室内冲刷实验的意义

1、城市路面室内冲刷实验的意义城市路而室内冲刷实验的意义关键词：模拟实验；路面输出量；室内条件下一、城市路面室内冲刷研究现状 城市路而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，会对水生态系统以及水环境产 生严重危 害。地表灰尘累积主要通过大气沉降、地表吹蚀物沉降、 路而及交通 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到达 平衡。城市路而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

2、等物质的流失特征，而路面 物质的 冲刷量那么受到路面物质存量、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，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说明，雨滴的冲击能量能有 效的剥离吸附 在路面上的灰尘，但随着道路外表水层的形成，雨滴 的作用会大为降 低，这也造成路而污染物在径流初期会急剧输出的 特点。二、研究方法本研究以某市人行道路而作为参考对象构建室内路而，在实验室 内用 25块人行道地面砖在室内构建 1. 51. 5米的路而， 坡度 1. 6%, 路而 最底端高度30cm,路而两侧用不

3、透水的PVC板阻隔路而径流流出路而, 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。路而灰尘那么参考 2021. 3-1020. 9监测得到的 6个月的人行道路而 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 地而砖上，每块约分得0. 6g,并人工扫匀。降雨由降雨模拟器TS0Y-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

4、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 雨强通过聚集五个烧杯降雨并取平均值获得。 实验说明即使在同 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而半小时，等待路 而完全干后，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

5、使用总投放量减去路面存留量 获得。三、研究结果一路面冲刷前后特征。在室内的实验中， 样品采用固定粒级比重的样品进行实验， 每次 样 品重15g,共进行16次不同雨强的降雨实验。雨强范围0. 291- 0.762mm/min,由于本文收集的样品属于 vaze定义的“自由载荷"，所以 上述实验主要反映自由载荷的冲刷规律。通过雨前样粒径分布 和雨后 样粒径分布的比拟，可明显看出，在屡次的冲刷试验 中，>300um, 150-300um, 48-300um等三个粒径组在降雨冲刷后的比例比原样明显有 所提高，而较细的粒径组比例那么比原样比重有所 下降。这说明整个样 品经降雨冲刷后，粒径有

6、粗化的趋势，而在不 同雨强的冲刷中，> 300um, 150-300um, 48-300um三个粒径组灰尘比重的增加说明这些尘 土颗粒具有相同的水力学特征，因而具有相 同的冲刷特点。这和粒径 组的物质冲刷形成比照，该组比重下降， 说明该粒级组在所有的'降 雨事件中都表现出更强的可蚀性。一些研 究认为细粒灰尘在冲刷中更 易被冲刷掉，但究竟哪个粒级物质易于 冲刷尚不明确，这在木实验中 得到答复。各粒级组 16 次实验平均冲 刷损失比例分别为： > 300um, 占 39. 12%; 150-300um,占 36.03%; 48-300um,占 30.16%;，占 53.27%;

7、 可见细粒物质主要是的灰尘损 失较多，略多于 50%。二雨强对路面冲刷和沉积的影响目前很多研究论证了降雨雨强对冲刷有着极其重要的影响，一般 冲刷量会随着雨强的增大而增大，但本室内实验的结果似乎并不支 持 这一结论，如前所述，采用室内模拟的方法获得 16 次冲刷数据， 将 每次投放的总量减去冲刷后的路面残留量获得每次输出量，并计 算残 留量比例，很明显，雨强增大而相应的冲刷比例却在减小。试 验中的 目视观察可以发现，在雨强较大的几次试验中路面底部位置 都会发现 有较大量的物质沉积， 底部沉积区域由路而最底部的 5快 地而砖构成， 约占全部路而的1/5,灰尘投放量为3g,冲刷实验后，将路而最底部与

8、路 面其他局部残留物质分开收集， 称重并计算残留 物占总投放量的比重， 5次实验中有4次底部收集到的物质量大于 3g,明显路而底部发生了堆 积作用。可见实验中最终路面冲刷出的 物质量应是冲刷和堆积共同作 用的结果。这就揭示了路面物质冲刷 量不随雨强增大而增大的原因。 另外，路面底部是坡度相对较小区 域，水流流速降低，径流中的携带 物易发生沉积，这和日常在城市 道路观察到的现象非常一致，雨后灰 尘往往会集中在路肩与路面的 结合处。除路而底部以外的其他4/5面积投放了 12g灰尘发生了净冲 刷， 路面残留比重从38%到53%,物质冲刷量从4. 05g-6. 3g大部 分实验中 上部路而损失超过 50%,随着雨强的增大， 这一局部路面 的残留量所占 比重变小，物质损失量增大，冲刷掉的物质有可能在 路而底部发生堆 积，路而物质的沉积量随雨强的增大而增大。四、室内冲刷实验的意义目前很多监测都说明， 在径流形成初始阶段会有大量氮磷、 重金 属、 有毒有害物质呈爆发性的进入水域，由于污染物浓度较高，往 往会对 水体内的生态系统造成