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摘要：低影響開發（LID）是海綿城市建設的主要技術之一，常用的LID設施又稱典範海綿設施。為了對典範海綿設施的降雨、進滲、徑流、蒸發過程進行長期監測剖析，豐富典範海綿設施水日式住宅設計文過程與淨化物遷移轉化過程的研討內容，加深對海綿設施的水量、水質轉化全過程的清楚，在北京市西郊雨洪調蓄工程園區樹立了一個典範海綿設施水文過程綜合監測實驗場。該實驗場的研討對象包含透水鋪裝、生物滯留設施和綠色屋頂。重要介紹該實驗場典範海綿設施的結構設計、水循環過程以及淨化物削減過程監測系統構建等，可為類似研討供給參考。
海綿城市強調恢復城市下墊面對雨水徑流的存蓄、進滲和凈化等天然效能，是未來城市建設的主要發展標的目的。《海綿城市建設技術指南（試行）》指出，針對分歧類型城市下墊面特點，選取適宜的海綿設施進行組合應用，能夠充足發揮海綿城市建設的源頭徑流調控與面源淨化物削減感化。典範海綿設施包含透水鋪裝、生物綠設計師滯留設施和綠色屋頂等類型，相關學者針對各類海綿設施的運行後果開展了大批實驗研討。透水鋪裝的研討重要關注鋪裝結構設計和面層資料對徑流淨化過濾凈化感化的影響，生物滯留設施的研討重要圍繞植物選型、結構設計家豪宅優化和填料改進等方面開展對比剖析，在常規水量水質調控後果研討的基礎上，綠色屋頂的研討重點關注植被設置裝備擺設、基質層輕質化改進、養護治商業空間室內設計理等環節。但是上述研討在實驗監測對象上重要針對外排徑流量這一關鍵要素，在剖析指標上重要關注徑流滯蓄、洪峰削減和洪峰延遲後果，缺少從水循環的角度系統開空間心理學展海綿設施的多要素聯老屋翻新合監測與綜合剖析。在降雨過程中伴隨著徑流退休宅設計的進滲滯蓄，海綿設施泥土和填料的水分含量逐漸增添，調蓄才能不斷耗費。降雨結束后，海綿設施通過蒸散發過程下降泥土含水量，逐漸恢復其原有的調蓄才能。進滲和蒸散發過程的耦一起配合用是影響海綿設施徑流調控後果的主要緣由，是以急切需求在傳統降雨、徑流監測剖析的基礎上，補充開展分層泥土水分和蒸散發監測，同時進行關鍵環節的水質采樣剖析，實現海綿設施水循環要素周全感知與淨化物遷移轉化過程系統監測。
針對海綿設施水文轉化過程精細化剖析需求，綜合運用蒸滲儀、泥土水分傳感器、干濕沉降儀、泥土溶液提取裝置、水質自動采樣器的監測設備，構建了一個包括透水鋪裝、生物滯留設施和綠色屋頂等實驗對象的海綿設施水循環過程綜合實驗場，實現了降雨-進滲-產流-蒸發與淨化物遷移轉化過程系統監測。該實驗場的建設能夠為海綿設施的水循環轉化機理、運行後果評估、結構資料優選等多角度研討供給基礎實驗支撐平臺，并為相關實驗計劃設計供給借鑒，服務海綿設施的技術改進與運維治理。
1 實驗場概況與海綿設施結構設計
1.1 實驗場概況
實驗場總面積2200m2，設有透水鋪裝、生物滯留設施、綠色屋頂三個實驗區域。此中，透水鋪裝實驗區位于停車場，共設有6處透水鋪裝；生物滯留設施實驗區位于停車場中醫診所設計周圍的綠地，共設有3處生物滯留設施；綠色屋會所設計頂實驗區位于停車場西邊空位，設有5個綠色屋頂、1個混凝土屋頂和7個布設在小型蒸滲儀上的綠色屋頂。
1.2 透水鋪裝結構設計
每個透水鋪裝單獨為1個實驗小區，共6個透水鋪裝實驗小區，各小區均采用透水混凝土長方磚隔開，各透水鋪裝結構見表1。透水鋪裝的面層和墊層資料均為影響透水鋪裝實際滲透才能的重要原因，是以選擇了4種應用較廣泛的面層資料和2種墊層資料，以此探討面層資料和墊層資料對透水鋪裝的滲透才能影響，並且為了對透水鋪裝的水循環過程進行精細化監測，將此中1個透水鋪裝布設在蒸滲儀上。
1.3 生物滯留設施結構設計
每處生物滯留設施單獨為1個實驗小區，共3個生物滯留設施實驗小區。3處生物滯留設施結構見表2。生物滯留設施Ⅰ為常規結構，填料為再生骨料；生物滯留設施Ⅱ為顛倒結構；生物滯留設施Ⅲ為布設在蒸滲儀上的常規結構。生物滯留設施Ⅰ、Ⅲ均搜集來自屋面的雨水，雨水通過增設的檐溝和雨落管搜集，其匯水面積分別為97、21m2；生物滯留設施Ⅱ搜集來自非透旱路面的雨水，雨水通過明溝引進，匯水面積120m2。
1.4 綠色屋頂設施結構設計
綠色屋頂實驗區包含年夜型綠色屋頂實驗區和小型綠色屋頂實驗區。年夜型綠色屋頂實驗區包含5個綠色屋頂和1個混凝土屋頂；小型綠色屋頂實驗區為7個均布設在蒸滲儀上的小型綠色屋頂。
①年夜型綠色屋頂實驗區
年夜型綠色屋頂實驗區設有5個綠色屋頂（分別是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）和混凝土屋頂Ⅵ，年夜型綠色屋頂實驗區建設計劃見表3。
綠色屋頂的種植植物選擇了耐旱性好且適宜在北京生長的佛甲草，種植密度為80株/m2。為了研討分歧排水口情勢對徑流峰值鉅細及其延遲時間的影響，設計了3種分歧排水口情勢：月入幾客變設計萬，你可得多向她學習，知道嗎？」a.出水口設置為全透水磚；b.在設置30mm不透水磚基礎上安置透水磚；c.在預埋30mm的排水管上安置不透水磚。
綠色屋頂Ⅳ相較于傳統綠色屋頂進行了改進，安裝了蓄水模塊作為雨水回用的設施。為研討設置分歧密度吸水柱情況身心診所設計下蓄水模塊的供水才能，進行了3種處理，此中處理Ⅰ：鋪設吸水柱18根/m2，共15m2；處理Ⅱ：鋪設吸水柱12根/m2，共15m2；處理Ⅲ：鋪設吸水柱8根/m2，共20m2。
②小型綠色屋頂實驗區
小型綠色屋頂實驗區共設有7個綠色屋頂，且均布設在小型蒸滲儀上。實驗采用正交實驗道理設置7個處理計劃，實驗設計如表4所示。
實驗計劃考慮了基質層厚度、排水方法和澆灌程度3個原因。基質厚度有C1（6 cm）和C2（10 cm）兩個程度；排水方法有D1（蓄排水層直接排水）和D2（透水側墻排水）兩個程度；澆灌程度有M1（蓄水關鍵期補充水分）、M2（充足澆灌）和M3（無澆灌）3個程度。
2 典範海綿設施的精細化監測
2.1 氣象與水質監測
為了精確獲取降雨、溫度等氣象數據，在實驗場布設了一個小型氣象站，開展風速、風向、醫美診所設計降雨、溫度、相對濕度等指標的自動監測，并應用蒸發皿獲取水面蒸發數據。針對年夜氣干濕沉降過程，布設了一個降水降塵自動采樣器，自動搜集干沉降與雨水樣品后進行水質指標檢測。在海綿設施的進流與出流處均布設徑流自動采樣器，以發生降雨或開始產流為觸發條件，依照5~60 min的間隔時間進行徑流水樣的自動采集，以便把握徑流淨化的輸進和輸出過程。
2.2 透水鋪裝水文過程監測
透水鋪裝需監測的水文要素有降雨、地表徑流、礫石層出流、泥土水等。6個透水鋪裝的集水區獨立封閉，透水鋪裝實驗區的監測儀器布設見圖1。
2.2.1 透水鋪裝Ⅰ~Ⅴ水文過程監測
透水鋪裝Ⅰ~Ⅴ需監測的水文要素有：降雨、地牙醫診所設計表積水、礫石層出流、泥土濕度，監測儀器布設見圖2。以綠裝修設計透水鋪裝Ⅰ實驗小區儀器布設為例，在實驗小區的結尾開挖1座監測井，井口是邊長0.4m的方形，井深1m，底部鋪設300mm厚的礫石。透水鋪裝Ⅰ~Ⅴ除降雨外無其他來水，降雨通過氣象站監測數據理論計算獲得；為監測實驗小區的地表徑流過程，通過封閉實驗小區的線性排水溝搜集雨水并通過監測井中的含壓力式水位計的三角堰排出；為充足反應泥土水的變化，在距透水磚面610、710、910、1310mm處均布設1個泥土水分傳感器；在礫石層底部布設一根Ø100mm的穿孔管，穿孔管中的水通過監測井的含壓力式水位計的三角堰排出，以此無毒建材監測透水鋪裝的礫石層出流過程私人招待所設計。5個監測井通過PVC管彼此連通，當水位到達必定高程時，水泵自動啟動將監測井中的水排到周圍綠地里。
2.2.2 透水鋪裝Ⅵ水文過程監測
透水鋪裝Ⅵ需監測的水文要素有降雨、泥土濕度、礫石層出流、深層滲漏、蒸發，監測儀器布設見圖3。
透水鋪裝Ⅵ除降雨外無其他來水，降雨通過氣天母室內設計象站監測數據理論計算獲得；泥土濕度通過蒸滲儀的稱重系統測得，為充足反應泥土水變化，識別泥土層濕度變化規律，在距面層600、700、900、1100、1300mm均布設1個泥土水分傳感器；為了監測礫石層排水情況，在礫石層設置一根穿孔管，水豪宅設計從鐵箱上的開孔流出，并通過PVC管與翻斗流量計相連；同理，在反濾層的底部開孔，下滲的水通過開孔排出，開孔與親子空間設計另一個翻斗流量計相連。在兩個翻斗流量計下放置一個水箱，用于承接翻斗流量計的來水，當水量達到必定值，水泵自動啟動將水排出蒸滲儀；設施的蒸發則借助蒸滲儀通過水量均衡計算獲得。此外，為了剖析透水鋪裝的淨化物削減後果，在距概況260、400、600、700、900、1000、1100、1300mm處均布設泥大直室內設計土溶液提取裝置。
2.3 生物滯留設施水文過程監測
2.3.1 生物滯留設施Ⅰ、Ⅱ
生物滯留設施Ⅰ、Ⅱ需監測的水文要素有降雨、進流、地表積水、溢流、泥土濕度、礫石層出流。生物滯留設施Ⅰ、Ⅱ具體監測細節見圖4。設施的匯進水量由直接落在設施的降雨和設施外接匯水面的來水組成，降雨通過氣象站監測數據獲得，匯水面（屋面、途徑）來水通過安裝有壓力式水位計的三角堰監測；在生物滯留設施Ⅰ、Ⅱ旁均布設監測井，生物滯留設施Ⅱ垂直均分的兩部門共用一座監測井；為監測生物滯留設施的溢流量，在表層土面的中間布設Ø110mmTHE R3 寓所 PVC溢流管，溢流管的水從低于監測井面300mm的安裝有壓力式水位計的三角堰排出；在接近溢流管處垂直安裝壓力式水位計，用于監測地表徑流過程；通過距離種植土層頂端5cm和15cm對稱布設的泥土水分傳感器監測種植土層水分變化；在礫石層底部安置一根Ø110mm的穿孔管，穿孔管中的水通過監測井中另一個安裝有壓力式水位計的三角堰排出，以此監測礫石層出流；兩種生物滯留設施的蒸散發均可通過水量均衡計算出。
2.3.2 生物滯留設施Ⅲ
生物滯留設施Ⅲ需監測的水文要素有降雨、進流、地表積水、礫石層出流、泥土濕度、深層滲漏。生物滯留設施Ⅲ的監測細節見圖5。設施的匯進水量由直接落在設施的降雨和設施健康住宅外接匯水面的來水組成，降雨通過氣象站監測數據獲得，匯水面（屋面）來水通過安裝有壓力式水位計的三角堰監測；在生物滯留設施地表中間地位安置壓力式水位計用于監測設施地表積水過程；泥土濕度通過蒸滲儀的稱重系統監測，為新古典設計充足反應泥土水變化，識別泥土層濕度變化規律，在距離概況100、250、350、450、1000和1100mm處均布設一個泥土水分傳感器；在礫石層安裝一根穿孔管，使得礫石層的水可以從鐵箱的開孔流出，并通過管道與翻斗相連（翻斗翻轉一次，會構成一次脈沖，電腦會記錄一次數據）；同理，在鐵箱反濾層底部也開了一個孔，通過管道與翻斗相連，使得深層滲漏的水排出；在兩翻斗流量樂齡住宅設計計下放置一個水箱，用于承接翻斗流量計的來水，當水量達到必定值時，水泵自動啟動將水排出；設施的蒸散發則借助蒸滲儀通過水量均衡得以實現。此外，為了剖析透水鋪裝的淨化物削減後果，在距概況260、400、600、700、900、1000、1100、1300mm處均布設泥土溶液提取裝置。
2.4 綠色屋頂水文過程監測
①降雨和徑流監測
綠色屋頂實驗區水文輸進要素為直接落在屋面上的降雨，降雨通過氣象站監測數據理論計算獲得。年夜型綠色屋頂實驗區的徑流計量設備分為兩部門：壓力式水位計和計量堰，通過壓力式水位計記錄水位數據，應用堰流公式計算流量，徑流搜集后儲存在蓄水池中。小型綠色屋頂的徑暢通過翻斗流量計監測。
②泥土水分監測
在年夜型綠色屋頂中，為研討無蓄水模塊以及設有蓄水模塊情況下分歧密度吸水柱設置泥土的墑情，采用泥土水分傳感器對泥土含水率進行實時監測，監測數據可在相關網頁讀取。在綠色屋頂Ⅳ區域三種計劃各設2個探頭進行泥土含水量監測，同時在綠色屋頂Ⅰ設2個探頭進侘寂風行泥土含水量監測。每個小型綠色屋頂均布設6個泥土水分傳感器，可對出現在家鄉的社區裡。宋微神色平靜地回答：「出了泥土含水率進行實時監測，監測數據可在相關網頁讀取。
③蒸散發
年夜型綠化屋頂蒸散發規律采用基于泥土水分動態的水量均衡剖析民生社區室內設計。應用FDR泥土水分傳感器測得的泥土水分動態和降雨、徑流過程數據，采用水量均衡道理獲得蒸散發量。對于小型綠色屋頂，基于蒸滲儀稱重系統通過水量均衡剖析算出蒸散發量。
3 結論
實驗場重要特點體現在基于長時間標準，對透水鋪裝、生物滯留設施和綠色屋頂三種典範海綿設施監測困難較小的水文要素進行監測，再借助蒸滲儀進行包含泥土水、蒸散發、深層滲漏3種監測存在較年夜困難的水循環組成水文要素的監測，以此實現對透水鋪裝、生物滯留設施、綠色屋頂水文調控後果剖析和水循環過程剖析。
透水鋪裝選擇了4種運用較廣泛的面層資料和2種墊層資料，能實現對多種透水鋪裝的水文調控後果比較剖析；布設在蒸滲儀上的透水鋪裝，loft風室內設計在對透水鋪裝的多層泥土濕度、深層滲漏、蒸發進行監測剖析的基礎上實現了對透水鋪裝整個水循環的監測剖析。
生物滯留設施實驗區共設有3處生物滯留設施，能實現分歧類型生物滯留設施的水文調控後果比較。此中2處生物滯留設施的結構分別為填料層資料采用再生骨料以及種植土層與填料層地位互換；布設在蒸滲儀上的生物滯留設施，在對生物滯留設施的多層泥土濕度、深層滲漏、蒸散發進行監測剖析的基礎上實現了對生物滯留設施整個水循環的監測剖析。
基于綠色屋頂實驗區可實現對綠色屋頂的水文調控後果剖析，布遊艇設計設了泥土水分傳感器的綠色屋頂Ⅰ、Ⅳ能實現綠色屋頂的水循環過程剖析。年夜型綠色屋頂還能實現對分歧排水口情勢的綠色屋頂蓄水才能和設有蓄水模塊在分歧吸水柱密度泥土的墑情探討；通過小型綠色屋頂實驗區可探討分歧基質層厚度、排水方法、澆灌程度對綠色屋頂蒸散發的影響。
養生住宅在淨化物削減後果方面，實驗場布設了降水降塵自動采樣器對年夜氣干濕沉降進行監測。透水鋪裝、生物滯留設施、綠色屋頂三種海綿設施均能實現分歧出流時間的淨化物削減後果剖析。對于布設在蒸滲儀上的透水鋪裝、生物滯留設施兩種設施，采取多層采樣的方法，在設施的8個分歧埋深進行泥土溶液采集，可在分歧出流時間淨化物濃度變化研討的基礎上進行設施分歧深度的淨化物濃度變化研討。
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