2004排水性沥青路面排水性能研究与排水设施的设计(1)(4)

同，如果雨强不同，所产生的径流量也是不同的。

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２．

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饱和产流机制

饱和产流机制以流域包气带土层的蓄水状态为基础，即当降雨使包气带土层的缺水量达到满足时产生径流，包括地表、壤中及地下径流。

在天然情况下，绝大多数降雨强度都不能满足表层土壤的下渗能力，故通常不易形成超渗产流的条件，但在下层有相对弱透水层存在时，当雨强虽小于上层下渗率但人于下层下渗率，就可以形成壤中流。随着壤中流积水的增加，继续ｒ雨终将达到地面，即包气带全部变成临时饱和气带，此时，后继的降雨所形成的积水将不再是壤中流，而是以地面径流的形式出现，这种地面径流称为饱和地面径流。由此可见，饱和地面径流生成的重要特征是：控制地面径流发生的并不是上层土层本身的界面和下渗能力，以及上层土层本身达到全层饱平¨的

莆水苗。

饱和地面产流基奉上也服从供水与Ｆ渗的矛盾规律，其产流条件也必须有：供水、界而供水强度大干Ｆ渗强度及形成饱和积水带。只是此时界面不是地面，而是下层弱透水层的上界面，它的饱和带必须达到上层二ｔ层的全部饱和。

３．

超渗产流与饱和产流的区别

超渗产流麸定ｊｊ降雨强度，丽与降雨量的人小关系不人：饱和产流决定于降雨量的大小

与降雨强度关系不人。一般来说湿润地区以饱和产流为主，干旱地区以超渗产流为主。

２．２．２排水性路面的产流机制和方式

介绑完水文地质学中有关土壤的产流机制理论我们再来看一看排水性路面的产流情况：排水性路面与十壤的不同之处在于，排水性路面的排水表穗空隙率较大，但厚度较薄，排水表层底部是一层不透水的粘（封）层，水分只能在排水层内蓄积渗流。而且，排水表层材料随着含水量的不同传导水的能力也是变化的，因此与土壤的产流还是有区别的。

雨水从路表垂直向Ｆ渗入排水表层是一个两阶段过程。第一阶段由外界控制，若外界给水速率不超过Ｆ渗能力，则入渗速率等于来水速率：第二阶段为排水表层控制阶段，随着排水表层饱和程度增加，表层传导水的能力减弱，当小于外界给水速率时，开始有一部分雨水通过路表综合坡度排山路面，此时入渗速率等于表层的下渗能力，下渗能力一直减小直至等丁排水表层的饱和水力传导度…Ｊ。

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降雨历时，ｔ

图２—１水力传导度与时间关系示意图

东南大学硕士学位论文

第二章排水性沥青路面排水机理及计算

如图２－１所示，排水表层一开始处于基本干燥的状态，传导水的能力也最强。随着降雨的继续，排水表层的含水量逐渐增大，传导水的能力也逐渐减弱，当排水层内基本处于饱和状态时，它的水力传导度也基本趋于一个稳定的值Ｋ，这个值也叫作饱和水力传导度。图中的墨表示排水表层的瞬时水力传导度，代表了排水表层材料在那一时刻的水力传导能力，因此它是一个变化的值。

当降雨强度处于①的区域时，表示此时的来水速率大于此时排水表层的瞬时水力传导度，因此来水一部分下渗入排水表层通过横向渗流排出路面体，另一部分来不及入渗而通过路表的综合坡度以漫流的形式向路面边缘排出，此时的产流就属于超渗状态下的产流，此时的入渗速率等于排水表层的瞬时水力传导度。当降雨强度处于②的区域时，说明来水速率小于此刻排水表层的瞬时水力传导度，但大＿］＿二饱和水力传导度，因此刚开始时来水能全部下渗入排水表层，随着表层内饱和程度的增加表层内传导水的能力减弱，当小于来水速率时开始有一部分雨水通过路表排出。当来水处于③的区域时，说明来水速率小于排水表层的饱和水力传导度，来水能全部下渗入排水表层，这种情况下的降雨不会产生漫流，入渗速率等于来水速率。

▲

供水控制

尺

排水表层入渗能力控制

迎．巡啼迎Ｒ长

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时间，ｆ

图２—２稳定供水强度下的入渗过程

分析了在不同的降雨强度下，排水表层入渗与产流的’隋况之后，我们来看～看在某一稳定的降雨强度下一次降雨过程中排水表层的入渗情况。如图２，２所示，Ｒ为某～稳定的降雨强度，ｄ—℃为水力传导度曲线，随降雨历时的延长而传导水的能力逐渐变小最终趋于饱和水力传导度疋｛ｄ—６—℃为排水表层的入渗曲线，开始时由于排水表层传导水的能力大于雨强疋，降雨全部渗入表层内部，ｆ』时刻后水力传导度小于雨强，但是由于路面不可能绝对平整，存在低洼甚至有坑洞的地方，而且在形成地表径流之前路面会允许一定厚度的水膜存在，因此地表径流不会在水力传导度一开始低于雨强的情况下就出现，而是会有～个滞后的过程，这个过程就是填充路面坑洼不平处和形成临界水膜的过程。在这个过程中，从降雨的角度来看，所有的雨水还是全部被路面体承受，并没有多余的雨水产生，因此我们还将它归结为供水控制的阶段，根据路面实际情况的不同这个过程也有长有短。当进入排水表层入渗能力控制阶段如时刻后，地表径流开始形成，入渗能力逐渐减弱亦趋近于疋”“ａ

通过对排水性路面渗流过程及产流方式的分析，可以得到一下结论：

９

东南大学峨士学位论文

第二章排水件沥青路面排水帆理强计算

排水性路面的渗流过程与产流方式与土壤的情况有相似的地方，但又具有其特殊性，主要表现在排水表层的空隙率般比士壤耍火．更不易形成超渗产流。同时，排水表层的厚度薄底层不透水，因此表层内的渗流多为横向渗流。

２

排水性路面排水表层超渗产流形成的原洲主娶与即时的水力传导度和降雨强度有天，降雨强度小于即时的水力传导度不会发生超渗产流，降雨强度人于即时盼水力传导度不管此时排水表层是否处于饱和状态．在填充路面坑洼处（对于新建排水’陛路面，由于路况较好，此填充时间可能极短）和形成ｌ奄界水膜之后即形成超渗产流。排水－性路面排水表层形成饱和产流的原田不但和降雨强度、降雨历时有关还车【Ｊ排水表层内的排水状况及边淘排水等条什有关．是一个比较复杂的课题，对下这个问翘ｌ的研究有助丁保证排水性路面的使用性能．也是卜面本文所要论述的主题。

２．３排水性沥青路面内部排水系统渗流分析

了解ｊ－降雨的物理过程爿对降雨进行了水文学分析之后，我们对排水性路面的产流干ｌＩ排水已经打了

个宏观上的认识，但是想要真止了熊排水性路面内部排水系统的渗流过程年¨排

水机士罩还要从理论上进行分析和计算。目前，地下水动力学的研究已经为我们的进一步研究奠定ｒ基础．１｜ｌ是它所涉及的范围还不包括路面的排水，由丁排水性路面属新兴课题，对十它的研究还小够深入和完善，田此需要重新建立模霸４和促ｉ殳，使其更加接近路面排水的实际状况。

２．３．１排水性路面渗流计算模型的建立

在建证排水性路面模型之前我们先介绍

ｒ《地Ｆ水动力学》巾对于“河问地块地卜水

运动”所建模型的一些条件和假设。这个模型的基础是在两条河流之间有一片地块，地块的材料具有一定的渗透系数，不透水层水平。当左河水位一高时由ｒ渗流的作用左河的水会通过河问地块渗流至也河，同样如果右河水位升高问水也会渗流至左河。由于降雨的存在实际地块内的浸润线是一段开Ｅｌ向Ｆ的曲线，如幽２３所小。

左河

右河

图２—３河渠间潜水的运动

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