□郭文顥

我國城市化進程發(fā)展迅速，城市建設規(guī)模持續(xù)擴大。由于城市下墊面主要由透水區(qū)（如綠地、裸土等)及不透水區(qū)（如瀝青、水泥混凝土、花崗巖、水泥磚等材質(zhì)的路面、屋面及廣場等）構(gòu)成，城市下墊面的變化使水文循環(huán)產(chǎn)生了新特征。研究城市不透水區(qū)降雨產(chǎn)流規(guī)律及徑流水質(zhì)變化規(guī)律，準確獲取不透水下墊面的徑流初損量、徑流系數(shù)、雨水徑流各類污染物濃度等水文參數(shù)，是水文發(fā)展、研究的新方向，也是國家推進海綿城市建設，提高城市防洪排澇減災能力，提升城市生態(tài)系統(tǒng)功能，科學利用雨水資源等對水文試驗研究的迫切要求。作者對城市路面降雨徑流規(guī)律研究所需的監(jiān)測裝置，進行設計、制作并應用于試驗監(jiān)測研究。與高成本的模擬場地試驗及監(jiān)測市政管道徑流試驗相比，本項城市路面徑流配套監(jiān)測裝置的設計具有創(chuàng)新性、實用性、成本低等特點，可在不同材質(zhì)的路面上快速安裝，對城市路面降雨產(chǎn)流過程進行監(jiān)測研究。

1.設計內(nèi)容

保定水文部門自2010 年開始立項，對城市路面降雨產(chǎn)流規(guī)律進行研究。項目要求同步監(jiān)測降雨量、不同路面產(chǎn)流量、降雨及產(chǎn)流歷時等，以取得相關水文參數(shù)。項目監(jiān)測試驗區(qū)選取位于保定市的河北農(nóng)業(yè)大學東校區(qū)。校區(qū)道路按鋪設材料劃分，主要有混凝土路面、瀝青路面、水泥磚人行路面、花崗巖廣場路面等幾種類型。在水文監(jiān)測工作中，某流域降雨產(chǎn)流規(guī)律是通過對水文站網(wǎng)的系列降雨、徑流資料進行分析后得出的。進行城市路面降雨產(chǎn)流規(guī)律研究，同樣需要設定監(jiān)測區(qū)域，選擇降雨徑流量的監(jiān)測方法。本項研究針對大學校區(qū)道路特點，設計路面產(chǎn)流監(jiān)測裝置，模擬流域邊界，對產(chǎn)流監(jiān)測區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的徑流量進行監(jiān)測研究。

2.裝置設計及使用方法

路面產(chǎn)流監(jiān)測場地應選取有代表性的路段，不能有樹木冠層或其它雨水遮擋物。為便于產(chǎn)流量收集、監(jiān)測，選擇附近有雨水排放口的場地。打開雨水排放口設置的雨篦子，察看雨水排放井，井坑應完好、無雜物，其深度應能安置雨水收集刻度桶。

為了模擬流域的形狀及方便觀測，將監(jiān)測場地設計成梯形或三角形，斷面開口指向雨水排放口。監(jiān)測場地的邊界采用高100mm、厚15mm、長2000mm的PVC 板，圍成等腰梯形的產(chǎn)流區(qū)域，預留200mm 寬斷面開口。PVC 板底部墊一層膩子，使之與路面密封不漏水。將導流器安裝在斷面開口處，使監(jiān)測場地產(chǎn)流全部導入刻度桶。路面產(chǎn)流監(jiān)測裝置設計示意圖見圖1。

為了將監(jiān)測場地產(chǎn)流全部收集到刻度桶，設計了一種帶有羽翼和出流板的導流器。羽翼的作用是連接并固定到PVC 板，出流板的作用是使雨水徑流受重力作用自然流入刻度桶。導流裝置采用1mm 厚的不銹鋼皮制成。導流器結(jié)構(gòu)示意圖見圖2，導流器制作圖紙示意圖見圖3。

安裝導流器時，先把斷面處清理干凈，將導流器貼著路面塞進PVC 板膩子層的下面，縫隙用膩子塞實，導流器的羽翼貼在兩塊豎立的PVC 板的兩側(cè)，用防水膠布將PVC 板和導流器的羽翼粘貼牢固。在斷面開口處，用寬透明膠帶將導流器的邊緣粘貼在監(jiān)測場地上，再用玻璃膠（防水密封材料）將透明膠帶與地面連接處涂抹嚴實，確保不漏水。路面產(chǎn)流監(jiān)測裝置透明膠涂層說明見圖4。如此，整個產(chǎn)流監(jiān)測區(qū)域封閉，其間產(chǎn)生的降雨徑流通過導流器全部匯入雨水收集刻度桶。

雨水收集刻度桶的設計及安裝。徑流量的觀測要求折合成徑流深，即徑流總量除以產(chǎn)流面積所得。因此設計以0.1mm 徑流深對應的容積為刻度單位。選擇總?cè)莘e25L 的水桶，用量筒取水，每倒入0.1mm 徑流深對應的容積標記一刻度?？潭韧鞍仓迷谟晁欧啪畠?nèi)，用來收集測量監(jiān)測區(qū)內(nèi)的雨水產(chǎn)流量。安裝刻度桶時應進行調(diào)平，桶口接近于路面高度。若雨水排放井較深，可用混凝土塊墊底，將刻度桶調(diào)整到便于觀測的合理高度。

圖1 路面產(chǎn)流監(jiān)測裝置設計示意圖

在實際監(jiān)測降雨徑流試驗中，應密切關注天氣預報。降雨前在不同下墊面（水泥路面、瀝青路面、水泥磚路面、花崗巖路面等）搭建好觀測場，用路障標志提示過往車輛繞行。在監(jiān)測過程中，應用擋雨木板遮住導流器與集水桶，避免雨水直接降落到導流器及觀測刻度桶內(nèi)。應避免雨具遮擋觀測場，即不可截流本應降落到觀測場的雨水。應設置備用桶，一用一備，交替使用。在實測產(chǎn)流過程中，刻度桶收集的雨水徑流會隨著產(chǎn)流過程而增加，當收集的雨水到達最高刻度時應及時替換刻度桶。在夜晚觀測時，應提前準備好防水應急照明燈。試驗前所有觀測人員應對時間進行校核，與翻斗式自計雨量計的時間保持一致。實測降雨產(chǎn)流過程時，觀測人員應將產(chǎn)流量變化數(shù)據(jù)和發(fā)生時間準確記錄在原始數(shù)據(jù)記載表上。

在無雨時也可利用路面產(chǎn)流監(jiān)測裝置進行模擬降雨產(chǎn)流試驗，即人工在觀測場均勻噴水，模擬設計雨強條件下的路面降雨產(chǎn)流過程，實時觀測產(chǎn)流量變化。

圖2 導流器結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 導流器制作圖紙示意圖

3.結(jié)論

保定水文勘測研究中心自2010 年起開展城市水文監(jiān)測工作，對城市不同下墊面的產(chǎn)流特征，進行了基礎性試驗研究，并且申請了城市水文與雨水資源利用研究方向的市廳級科研項目，其路面產(chǎn)流監(jiān)測裝置作為項目中的一項發(fā)明設計，發(fā)揮了獨特的優(yōu)勢：能夠用于不同材質(zhì)路面產(chǎn)流監(jiān)測，組裝拆卸便捷、成本低，能夠準確高效實測等。裝置在項目完成期間應用情況良好，在保定市政府水資源管理辦公室2020 年度雨水資源利用工作中得到應用，并且在保定市利源水務技術(shù)開發(fā)中心設計城市雨水收集水箱和水池的蓄水能力時借鑒效果明顯。