王俊岭，秦全城，张玉玉，张雅君，李俊奇

塑料网格砂基透水砖铺装系统的径流控制试验研究

王俊岭1，秦全城1，张玉玉2，张雅君1，李俊奇1

（1.北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室，北京100044；2.北京建工建筑设计研究院，北京100044）

塑料网格砂基透水砖铺装是一种结合网格和透水砖特点的创新型透水铺装，对其径流控制方面的效果进行了试验研究，结果表明，塑料网格砂基透水砖道路比普通道路产流时间延长10～45 min。各重现期下塑料网格砂基透水砖道路和普通道路的产流时间分别介于13～53 min和3～8 min。1年重现期下，塑料网格砂基透水砖道路比普通道路的产流时间延长约45 min，其对洪峰流量的削减率是32.9%，峰现时间比普道路延迟约20 min。当重现期从1年增到100年时，洪峰流量削减率有所降低，同时峰现延迟时间从20 min缩短到14 min。

塑料网格砂基透水砖；重现期；径流控制；洪峰流量削减率；峰现延迟时间

透水铺装作为低影响开发技术之一［1］，在城市雨洪管理控制方面具有重要作用，与传统道路相比，其在减小径流方面具有显著的效果［2］，可将降雨渗透量由硬化场地的10%～15%增加到75%以上。不仅可以大为降低地面径流量，削减洪峰，延长峰现时间，也避免了大量雨水污染河流、侵蚀河道［3］。透水网格铺装主要包括混凝土透水网格和塑料透水网格2种形式［4］。塑料网格砂基透水砖铺装技术作为传统透水砖铺装的创新，它属于透水网格铺装技术的范畴［5］，与透水砖等铺装方式相比，具有较大的孔隙率和渗透系数［6］。同时由于其充足的存储空间，其表面径流量远小于雨水入渗量［7］，在进行径流量控制、洪峰控制、汇流时间控制方面均具有显著作用［8］。塑料网格砂基透水砖不仅具有透水网格和透水砖的优点，而且在保证一定渗透效率下实现了模块化施工，加快了施工速度［9］。塑料网格砂基透水砖铺装作为一种新的透水铺装技术，在延时产流、削减洪峰流量和延迟峰现等方面具有作用［10］，但尚无试验数据支撑。因此通过对塑料网格砂基透水砖铺装进行径流控制试验研究，为其应用于海绵城市建设中提供理论依据及技术支持。

1　试验

1.1试验装置

1.1.1人工模拟降雨装置

试验采用人工模拟降雨装置（如图1所示），其有效规格为12 m×18 m。人工模拟降雨装置降雨高度为15 m，降雨连续变化范围为25～250 mm/h，降雨均匀度系数大于0.9；雨滴大小范围为1.5～5.0 mm，降雨调节精度7 mm/h。试验中，可根据不同的要求，自行设计相应的降雨过程。

1.1.2塑料网格砂基透水砖铺装试验装置

塑料网格砂基透水砖铺装实验装置由0.78 m×0.7 m× 0.65 m的钢试验槽组成，采用实际道路铺装方式制作。实验装置中采用塑料网格砂基透水砖八网格形式。装置一侧设置水位计，排水口设置阀门，阀门后安装软管。同时，制作了普通道路装置，以便进行效果比较，如图2、图3所示。

图1　人工模拟降雨装置

图2　塑料网格砂基透水砖道路和普通道路铺装装置

图3　塑料网格砂基透水砖铺装系统尺寸结构

1.2试验方法

本研究选用深圳地区不同重现期（1、2、3、5、10、20、50、100年）降雨强度开展试验。具体见表1。

表1　深圳市不同重现期下的设计降雨强度

在不同降雨条件下进行径流水量控制试验，试验步骤如下：

（1）调整人工模拟降雨装置，检查降雨装置用水水池水量，并按照深圳市不同重现期降雨强度进行降雨。

（2）从启动人工模拟降雨起，开始计时，确定产流时刻。

（3）当透水铺装路面开始产生径流时，用800 ml取样瓶开始取样，当取样瓶装满时，记录取样800 ml所需时间。

（4）每次降雨历时2 h左右。

（5）每隔30 min取样1次，记录取样800 ml所需时间。

（6）对记录的数据进行处理和分析。

2　径流控制试验

2.1产流时间

利用人工模拟降雨装置和塑料网格砂基透水砖铺装装置，研究在不同降雨条件下塑料网格砂基透水砖道路的产流时间，并将其与普通道路进行对比，结果见图4。

图4　塑料网格砂基透水砖道路和普通道路产流时刻曲线

由图4可知，塑料网格砂基透水砖道路产流时刻随着重现期的增大而减小，即重现期越大，越容易快速形成径流。塑料网格砂基透水砖道路1年重现期产流时刻为53 min，100年重现期的为13 min。同时随着重现期的增大，塑料网格砂基透水砖道路和普通道路的产流时差越来越小，由45 min变成10 min。上述结果主要原因为：（1）塑料网格砂基透水砖道路孔隙率较大，雨水降落后很快入渗地下，难以形成径流；而普通道路孔隙率基本为0，雨水降落后迅速形成径流；（2）采用砂基透水砖，渗透速率是普通透水砖的20倍以上，达到780 m3/hm2；当降雨强度很大时仍能将雨水入渗地下，有效地延缓了路面径流形成。

2.2对削减洪峰流量的影响

2.2.1产流量

试验研究塑料网格砂基透水砖道路和普通道路的产流效果。选取1年重现期进行分析，结果如图5所示。

图5　1年重现期时塑料网格砂基透水砖道路和普通道路的产流量曲线

由图5可知，塑料网格砂基透水砖道路和普通道路的产流趋势基本相同，塑料网格砂基透水砖道路最大产流量达到0.85 L/min，而普通道路产流量最大为1.24 L/min。塑料网格砂基透水砖道路最大产流量出现时间晚于普通道路，即塑料网格砂基透水砖道路比普通道路延缓了洪峰流量到来的时间。2、3、5、10、20、30、50、100年重现期的产流规律与1年重现期规律基本相似，塑料网格砂基透水砖道路和普通道路相比，可以减小路面产流量，缓解路面积水。

2.2.2洪峰流量削减率

在不同重现期条件下，对塑料网格砂基透水砖道路进行了洪峰流量削减率分析，设定普通道路洪峰流量削减率为0，结果如图6所示。

图6　塑料网格砂基透水砖道路洪峰流量削减率

由图6可知，不同重现期下，塑料网格砂基透水砖道路相比普通道路，洪峰流量削减率为23.6%～32.9%。随着重现期的增加，洪峰流量削减率缓慢降低。分析原因可知，虽然砂基透水砖具有较强的雨水入渗能力，但重现期较大时，一方面透水砖表面会很快出现水膜现象，阻碍雨水入渗，另一方面铺装系统总导水系数逐渐减小，导致高重现期下洪峰流量会增大，与普通道路相比削减率降低［11］。Wolfram Schluter和Chris Jefferies［12］在对透水铺装中多孔隙填料对雨水入渗及洪峰削减效果的研究中发现，多孔隙填料对入渗地下的雨水量的影响不大，但其对地表径流洪峰流量削减过程影响较大。所以，塑料网格砂基透水砖铺装对洪峰流量的削减和内部的孔隙状况有关。

2.2.3峰现延迟

塑料网格砂基透水砖道路和普通道路峰现时刻随重现期变化曲线如图7所示。

图7　塑料网格砂基透水砖和普通道路峰现时刻曲线

由图7可知，塑料网格砂基透水砖道路峰现时间比普通道路最长延迟26 min，最短延迟9 min左右，随着重现期的增加，峰现延迟时间逐渐减少。另外，在不同重现期时，普通道路和塑料网格砂基透水砖道路峰现时刻分别是10～70 min、24～90 min。分析认为，塑料网格砂基透水砖因孔隙率较大，容水能力强，比普通道路延迟饱和，表面径流量峰值也会出现得较晚。随着重现期的增大，降雨强度也随之增大，此时塑料网格砂基透水砖道路饱和时间缩短，表面径流量峰值出现时间提前［13］，在图7中表现为2种铺装峰现时间差缩小的趋势。

3　结语

（1）在不同重现期降雨强度条件下，塑料网格砂基透水砖道路产流时间均晚于普通道路的产流时间，塑料网格砂基透水砖道路的产流时间在13～53 min，塑料网格砂基透水砖道路比普通道路的产流时间延迟10～45 min。

（2）塑料网格砂基透水砖和普通道路的产流量曲线趋势基本相同，塑料网格砂基透水砖最大径流量出现时间晚于普通道路。不同重现期下，塑料网格砂基透水砖道路的洪峰流量削减率为23.6%～32.9%。随着重现期的增加，洪峰流量削减率有所降低。

（3）塑料网格砂基透水砖和普通道路相比，峰现延迟时间为9～26 min，随着重现期的增加，峰现延迟时间逐渐减少。

（4）塑料网格砂基透水砖是在传统透水砖铺装基础上的创新，采用模块化施工，施工周期缩短。同时，在延迟地表径流产流时间、削减径流洪峰流量和延迟峰现时刻等方面有很好的作用，可以应用于海绵城市建设中。

［1］王建龙，车伍.低影响开发与绿色建筑［J］.中国给水排水，2011，27（20）：17-20.

［2］KellyACollins，WilliamFHunt，JMHathaway.Hydrologic Comparison of Four Types of Permeable Pavement and Standard Asphalt in Eastern North Carolina［J］.J.Hydrol.Eng.，2008，13：1146-1157.

［3］Schulz M.Review of permeable pavement systems［J］.Build Environment，2006，42：3830-3836.

［4］Elena G U，Elena C L，Daniel C F.Analysis and Contrast of Different Pervious Pavements for Management of Storm-Water in a Parking Area in Northern Spain［J］.Water Resources Management，2011，8（25）：1525-1535.

［5］Ahmed Mohammed Al-Rubaei，M Viklander，G Tobias-Blecken，et al.Long-term hydraulic performance ofstormwaterinfiltration systems：a field survey［C］.NOVATECH，2013.

［6］Eban Z B，William F H，David A B.Field Survey of Permeable Pavement Surface Infiltration Rates［J］.ASCE Journal of Irrigation and Drainage Engineering，2007，133（3）：249-255.

［7］William Gunter Goede.Pervious concrete:investigation intostructural performance and evaluation of the applicability of existing thickness design methods［D］.Washington D.C.：Washington State University，2009

［8］张玉玉，王俊岭，张雅君，等.透水网格的研究进展［J］.透水混凝土，2014（10）：56-59.

［9］王俊岭，张玉玉，张雅君，等.一种塑料网格砂基透水砖铺装系统.中国：CN201410240722.4［P］.2014-08-20.

［10］Ajamu S O，Jimoh A A，Oluremi J R.Evaluation of The Structural Performance of Pervious Concrete in Construction［J］.International Journal of Engineering and Technology，2012，2（5）：45-47.

［11］晋存田，赵树旗，闫肖丽，等.透水砖和下凹式绿地对城市雨洪的影响［J］.中国给水排水，2010，26（1）：40-42，46.

［12］Schluter W，Chris J.Modelling the outflow from a porous pavement［J］.Urban Water，2002（4）：245-253.

［13］刘璐.砼砂基透水砖制备与铺装设计研究［D］.大连：大连理工大学，2014.■

Experiment on the permeable sand-based brick with plastic grid pavement for the runoff control

WANG Junling1，QIN Quancheng1，ZHANG Yuyu2，ZHANG Yajun1，LI Junqi1
（1.Key Laboratory of Urban Stormwater System and Water Environment，Ministry of Education，Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing 100044，China；2.Beijing Jiangong Architectural Design&Research Institute Co.Ltd.，Beijing 100044，China）

The permeable sand-based brick with plastic grid pavement system is one of the innovative permeable pavements，which combines the advantage of grid pavement with the benefit of permeable brick pavement.In this study，the efficiency for run off control by the permeable sand-based brick with plastic grid pavement was tested.And the result showed that the runoff-producing time of the permeable sand-based brick with plastic grid pavement can lengthen 10～45 minutes compared with traditional pavement at the same time.The run off-producing time of the permeable sand-based brick with plastic grid pavement and traditional pervious pavement were at 13～53 minutes and 3～8 minutes respectively under the different rainfall return period.When the rainfall return period was 1 year，the runoff-producing time of the permeable sand-based brick with plastic grid pavement could be prolonged to 45 minutes compared with traditional pavement.And the reduction rate of peak flow reached 32.9%at the same time. It could delay the emerging time of flood peak to 20 minutes later than traditional pavement's under the rainfall return period of 1 year.When the rainfall return period was from 1 to 100 years，the reduction rate of peak flow declined，and the delay time of flood peak was shortened from 20 minutes to 14 minutes.

the permeable sand-based brick with plastic grid，rainfall return period，runoff control，reduction rate of peak flow，delay of emerging-time of flood peak

TU522.3+4

A

1001-702X（2015）12-0013-04

国家水体污染控制与治理科技重大专项（2010ZX07320-002）

2015-09-10

王俊岭，男，1973年生，河南长葛人，副教授，博士，主要从事透水铺装研究。