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2022年城市路面室内冲刷实验及探讨_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，因此会对水生态系统以及水环境产生严峻危害，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探讨方面，路面地表灰尘的累积和冲刷规律是探讨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探讨起始于上世纪73-80年头，探讨的对象主要为径流中的TSS,养分盐、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探讨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化探讨表明，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靠路面冲刷机理的探讨而得到发展，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，起先考虑水流的剪切作用及雨滴的冲击作用，总体看来，路面冲刷机制的探讨和探讨仍处于一个深化挖掘的过程中对许多已有的试验而言，可以发觉试验时存在许多不能限制的变量，所得到的结论可能掺杂了许多因素的影响，因此须要在室内条件下有限制地进行试验，方可得到较为精确的结论在此背景下，本探讨进行了室内路面冲刷的模拟试验，并获得相关结论以进一步理解路面冲刷机制 2路面冲刷特征探讨方法 本探讨以杭州西湖沿岸人行道路面作为参考对象构建室内路面，在试验室内用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2022.3-1020.9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，灰尘各粒级重量一百零一分比固定为：300um、占10%；150-300um、占10%；48-150um、占15%；、占65%。

每次试验前称量上述粒级灰尘，得到混合灰尘样15克，用药匙匀称安排到每块地面砖上，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，不变更模拟器的位置、距离、方向，只通过变更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，因此每次试验时在试验路面的四角及中心各放置一口径10.5cm烧杯，最终雨强通过汇合五个烧杯降雨并取平均值获得每天取一固定压力值，再按降雨3、5、7、9分钟等4个时段进行4次试验，每次试验间隔1小时，并运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收集雨后残留样，样品分别通过50目、101目、300目、500目筛，称重，总的试验次数为16次每次降雨过程的冲刷量运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 试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，本试验于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肯定的差异，从而导致路面下渗水量的差异。

8月10日是试验第一天，共进行4次试验，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从表中可以发觉，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 Tab1TheindexesofRCof16wash-offexperiments 时段 雨强，相关系数0.764，并在显著性为0.004的条件下通过检验说明径流系数受到雨强确定性影响，雨强越大，径流系数越大 3.2路面路面冲刷前后的粒级特征 在室内的试验中，样品采纳固定粒级比重的样品进行试验，每次样品重15g，共进行16次不同雨强的降雨试验雨强范围0.291-0.762mm/min，由于本文收集的样品属于vaze定义的自由载荷,所以上述试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较，可明显看出，在多次的冲刷试验中，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则比原样比重有所下降。

这表明整个样品经降雨冲刷后，粒径有粗化的趋势，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表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对比，该组比重下降，说明该粒级组在全部的降雨事务中都表现出更强的可蚀 图3冲刷前后粒级分布对比 Fig3Thecomparationbetweenthegrain-sizedfractionsofthedust beforewashingandwhichafterwashing 性一些探讨认为细粒灰尘在冲刷中更易被冲刷掉，但原委哪个粒级物质易于冲刷尚不明确，这在本试验中的到回答各粒级组16次试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%；可见细粒物质主要是的灰尘损失较多，略多于50% 从携带氮磷成分的粒级安排看，许多的探讨表明氮磷物质主要附着于48-300um和两个粒级组，在西湖北里湖路面采样也证明了这一点，日常监测从2022年3月 表2杭州北山路路面灰尘氮磷含量的粒级分布 Tab2ThecontentsofTN,TPindifferentgrainsizefractionsin thedustonBeishanstreetinHanghzhou 粗颗粒(大于300目) 细颗粒 极细颗粒 TN (g/kg) TP (g/kg) TN (g/kg) TP (g/kg) TN (g/kg) TP (g/kg) 三月 4.151 1.339 4.145 1.405 3.356 1.44 四月 4.555 1.31 6.761 1.363 5.031 1.586 五月 1.943 1.319 2.88 1.184 1.542 1.315 六月 0.353 0.733 1.162 0.618 1.273 0.776 七月 1.493 0.783 1.834 0.929 1.1016 0.737 八月 1.652 0.843 2.169 0.821 1.934 0.666 总平均 2.358 1.053 3.159 1.054 2.522 1.083 起先至2022年9月，灰尘样品的TN测定采纳半微量凯式法，TP的测定采纳钼锑抗分光光度法。

表中也可发觉氮磷物质的主要集中在48-300um和两个粒级组中，且一般灰尘粒级组的重量一百零一分比可占50%以上，所以，可以推想在降雨初期的一段时间中，一半以上的细粒物质被冲刷，同时也伴随着大量氮磷物质的流失 3.3雨强对路面冲刷和沉积的影响 目前许多探讨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，但本室内试验的结果好像并不支持这一结论，如前所述，采纳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，用残留比例与雨强两个变量做图，见图4 图4雨强和路面残留量关系 Fig4Therelationshipbetweenrainfallintensityandtheresidualquantityofthedustafterrain 很明显，雨强增大而相应的冲刷比例却在减小事实上，许多试验数据论证了雨强增大冲刷强度增大的结论，因此影响路面物质输出的其他因素就值得深化的探讨，一个最主要的因素是路面水流的沉积作用试验中的目视视察可以发觉，在雨强较大的几次试验中路面底部位置都会发觉有较大量的物质沉积，底部沉积区域由路面最底部的5快地面砖构成，约占全部路面的1/5,灰尘投放量为3g，冲刷试验后，将路面最底部与路面其他部分残留物质分开收集，称重并计算残留物占总投放量的比重，获得表3 表3几次试验中路面不同部位物质残留 Tab3Theresidualondifferentpartsofroadintheseveralexperiments 雨强 3.4 3.896 1.45 3.739 4.37 路面底部残留物比重(%) 22% 25% 13% 24% 28% 路面其他部分残留比重(%) 48% 53% 42% 42% 38% 路面总冲刷量所占比重 30% 22% 45% 34% 34% 冲刷、残留总计 101% 101% 101% 101% 101% 从表3可看到5次试验中，有4次底部收集到的物质量大于3g，明显路面底部发生了积累作用。

可见试验中最终路面冲刷出的物质量应是冲刷和积累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缘由路面上部形成的表面径流汇合至路面底部，底部水层厚度较大，而路面上部水层相对较薄，雨点在底部的冲击力气由于受到较厚水层的减弱，因而对沉积物的扰动较小，沉积物不易被流水带走；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视察到的现象特别一样，雨后灰尘往往会集中在路肩与路面的结合处 同时从表中也可发觉，除路面底部以外的其他4/5面积发生了净冲刷，路面残留比重从38%到53%，物质冲刷量从4.05g-6.3g,大部分试验中上部路面损失超过50%，随着雨强的增大，这一部分路面的残留。