泡沫塑料濾層的雨洪入滲物理淤堵模擬試驗研究

(長江科學院 水利部巖土力學與工程重點實驗室，武漢 430010)

1 研究背景

在滲濾系統(tǒng)中，淤堵問題的發(fā)生是普遍存在的[1-3]。海綿城市入滲設施面臨的是雨洪懸浮物的淤堵問題。城市硬化區(qū)域降落的雨水裹挾地表殘留物質(zhì)，經(jīng)地表產(chǎn)流后進入滲井、滲透池等入滲設施；雨洪水流速快，物理化學性質(zhì)復雜，攜帶的懸浮物含量高，極易在濾層表面及內(nèi)部沉積，堵塞其孔隙通道而影響滲濾系統(tǒng)長期性能。此外，常見的滲井、滲透管、滲透池的濾層采用砂石濾層和土工織物材料，且深埋于地下，淤堵物清理基本不可行，缺乏有效的維護和恢復措施。從材料和結(jié)構(gòu)型式上改善濾層，使之便于維護和更新，是保障入滲設施長期性能的關(guān)鍵[4]。

長江科學院在葛洲壩樞紐大壩基礎(chǔ)排水孔中首次采用可拆換的泡沫塑料濾芯，壓縮后的厚度為8.6 cm，跟蹤檢測結(jié)果表明對軟弱夾層中滲流帶出的粒徑>0.1 mm的物質(zhì)顆粒起到良好的濾除效果[5-6]。此外，長江科學院在揭示減壓井淤堵機理的基礎(chǔ)上，研究出了新的減壓井結(jié)構(gòu)型式，包括外部固定部分和內(nèi)部厚度為5 cm的可拆換泡沫塑料濾芯[7]，減少了氫氧化鐵、碳酸鹽和固體顆粒物在井壁和濾層中的沉積，在防治減壓井淤堵方面取得了重大突破[6]，成為了一項實用技術(shù)并獲得了國家科技進步獎。之后，長江科學院在長江航道工程建設中又提出了航道岸坡組合式水平排水孔方案，采用厚度為13 mm的可拆換泡沫塑料濾芯使淤堵的排水孔恢復功效，這一技術(shù)獲得了國家專利并在工程中得以推廣應用[8-9]。

雖說減壓井和滲井中濾層面對的淤堵物源不同，起主要作用的濾層淤堵型式可能也有差異，但兩者在結(jié)構(gòu)型式和水流滲流方向上具有相似之處。海綿城市入滲設施中的滲井和減壓井具有相似的結(jié)構(gòu)型式以及輻射狀水流條件，在此基礎(chǔ)上，長江科學院針對海綿城市滲濾系統(tǒng)，通過改進和完善提出雨洪入滲設施可更換濾芯，可讓雨洪流經(jīng)前置池、攔污柵進入滲濾設施后，懸浮物能夠盡量被濾層滯留，而不至于進入地層；濾層滲透性降低到一定程度后可拆洗或者更換，從而使得滲濾系統(tǒng)具有切實可行的維護方案[10]。

泡沫塑料孔隙結(jié)構(gòu)良好，材料輕便耐腐，過濾性能優(yōu)良，加工成型方便，規(guī)格種類多樣，生產(chǎn)制造便宜；除此之外，還具有較強的拉伸強度、壓縮強度和伸長率[11-12]。以此材料作為濾層，自身的孔隙結(jié)構(gòu)既保證了一定的透水性能，也為淤堵顆粒提供了容納空間；而且拆裝方便，濾層淤堵之后能夠清洗更換，易于維護管理。根據(jù)滲濾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和雨洪懸浮物的特征，選用合適的濾層成為確保滲濾系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。既能避免懸浮物淤積在濾層進口形成阻礙水流入滲的泥餅，又能防止懸浮物穿過濾層而污染土壤和淤堵地層孔隙的濾層，才是性能優(yōu)良的可拆換濾層。

本文在實測的雨洪懸浮物特征基礎(chǔ)上，借鑒堤防減壓井中的工程經(jīng)驗，選取厚度為5 cm但孔隙不同的泡沫塑料，通過入滲模擬試驗，研究懸浮物在濾層進口滯留、在濾層內(nèi)淤堵及穿透濾層的規(guī)律，為濾層材料規(guī)格的選取和濾層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化完善提供依據(jù)。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗裝置

在滲井之中，雨洪水垂直井壁徑向入滲。本文采用水平滲流試驗來模擬滲井之中的這種輻射狀水流條件。水平滲透裝置材料為有機玻璃，示意圖見圖1。橫截面尺寸為12 cm×12 cm，進水端部分長12 cm，出水端長5 cm，中間部分長15 cm。中間側(cè)壁有1個測壓孔，距離進水端透水孔板3 cm，進水端和出水端各一個測壓孔，試驗過程中分別用來監(jiān)測進水端、濾層內(nèi)部和出水端的測壓管水頭。采用的泡沫塑料濾層尺寸為5 cm ×10 cm×10 cm(長(厚)×寬×高)，用中性硅酮膠處理邊壁流。為保證懸浮液濃度不發(fā)生變化，試驗過程中采用攪拌器攪拌。整個試驗裝置如圖2所示。

圖1 水平滲透儀俯視圖

圖2 試驗裝置

2.2 試驗材料

本文通過取樣調(diào)查了2018年10—12月在湖北省武漢市江岸區(qū)長江科學院九萬方科研基地及黃浦大街九萬方路至黃孝河路段停車場出口、公交站、地鐵口、人行道等雨洪情況。該地區(qū)雨洪懸浮物典型特征為粒徑<1 mm(見表1)，質(zhì)量濃度介于139～2 500 mg/L之間。選擇粗砂(粒徑[0.5，1.0) mm)、中砂([0.25，0.5) mm)、細砂([0.1，0.25) mm)、粉砂([0.075，0.1) mm)以及黏土(<0.075 mm)用來配制不同粒組范圍的雨洪懸浮液，開展不同粒組懸浮物淤堵特性試驗。采用全級配顆粒配置雨洪懸浮液，進行不同懸浮物濃度下的濾層淤堵試驗，各粒組質(zhì)量占比如表1所示。它是根據(jù)2018年10月20日所收集雨水水樣，經(jīng)靜置沉淀、烘干、篩分(除去植物碎屑及粒徑>1 mm的砂礫)、稱重計算得到的。取樣之前接近一個月無降雨，期間測點附近也沒有人工灑水情況，該結(jié)果具有典型雨洪懸浮物特征。

表1 雨洪懸浮物級配顆粒各粒組質(zhì)量占比

長江科學院[13]在過濾器可拆換式減壓井中使用的泡沫塑料過濾體等效孔徑O90≥0.3 mm，在減壓井淤堵防治中取得了良好效果。此外，Coulon等[14]通過室內(nèi)土柱試驗模擬了雨洪滯滲盆地堵塞的過程，入滲開始后的第6—第12個月平均等效孔徑從606 μm減小到380 μm。試驗選用武漢售豐海綿制品有限公司生產(chǎn)的6種不同孔徑的泡沫塑料作為濾層，規(guī)格分別為30 ppi(pores per inch，即每英寸上的孔隙數(shù)目)、50 ppi、60 ppi、80 ppi、100 ppi、120 ppi(等效孔徑最大為0.8 mm，最小為0.08 mm)。

2.3 試驗方案

對于某一特定粒徑范圍的懸浮物，如果濾層孔隙過大，懸浮物顆粒會穿過濾層孔隙隨水流帶出，濾層起不到過濾效果；如果濾層孔隙過小則懸浮物將很快堵塞在濾層表面使其失效，濾層使用壽命也大為縮減。

本文根據(jù)不同粒組配制成雨洪懸浮物，采用不同粒組懸浮物對不同孔徑濾層淤堵特性試驗分析濾層淤堵規(guī)律，選擇相應攔截效果最佳的濾層型號。粒組懸浮物濃度為1 000 mg/L。試驗方案如表2所示。另外根據(jù)上述試驗選材結(jié)果，選用規(guī)格為80 ppi和100 ppi的2種泡沫塑料作為濾層，開展不同懸浮物濃度條件下的淤堵試驗，懸浮物質(zhì)量濃度分別為200、500、1 000、2 000、5 000 mg/L。試驗方案見表3。

表2 不同粒組懸浮物下不同規(guī)格濾層淤堵試驗方案

表3 不同濃度懸浮液下濾層淤堵試驗方案

試驗過程中，用塑料試管收集不同時間節(jié)點的滲濾液，用濁度計測出濁度值以監(jiān)測濁度變化。記錄測壓管水位的變化以監(jiān)測淤堵過程中濾層滲透系數(shù)的變化，滲透系數(shù)計算可采用達西定律，即

(1)

式中：K為濾層滲透系數(shù)(cm/s)；V為時間t內(nèi)通過濾層的水量(cm3)；L為滲徑長度(cm)；A為濾層截面面積(cm2)；H1、H2分別為進、出水口測壓管讀數(shù)(cm)。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 不同粒組懸浮物對不同孔徑濾層淤堵試驗結(jié)果

試驗開始后采用清水入滲使濾層飽和，待水流穩(wěn)定后加入固體顆粒物。隨著試驗的進行，觀察到出水端水流由清慢慢變渾再逐漸變清，出水水量逐漸變小。試驗結(jié)束后濾層出水端有細顆粒沉積(試驗F2、F4和F5除外)，進水端表面有固體顆粒附著。試驗過程中監(jiān)測了濾層滲透系數(shù)和濾出液濁度的變化。

圖3 相同懸浮物粒徑范圍下濾層k-t變化曲線

3.1.1 滲透系數(shù)的變化

圖3給出了不同濾層規(guī)格下滲透系數(shù)隨時間的變化規(guī)律。圖3(a)和3(b)表明滲透系數(shù)隨時間只有微小減小，試驗過程中發(fā)現(xiàn)粒徑范圍為[0.5，1.0) mm和[0.25，0.5) mm的懸浮物容易在進水端沉積(見圖4)。在F5試驗結(jié)束后，收集了水平滲透儀進水口以及補給箱中的余砂，烘干稱量得到其質(zhì)量為379.22 g，試驗記錄用砂總量為430 g，則停留在濾層內(nèi)部的砂大約為50 g，不到用砂總質(zhì)量的1/8，說明只有極少部分在濾層內(nèi)部停留。圖3(c)中F7和F8(F6濾層孔徑較F7和F8大，初始滲透系數(shù)高，難以直接作比較)和圖3(d)表明在相同的懸浮物粒徑下濾層滲透系數(shù)下降速率與其孔徑關(guān)系為：濾層孔徑越大，下降速率越慢；濾層孔徑越小，淤堵速度越快。試驗F6—F11以及圖3(e)F13中的濾層滲透系數(shù)隨時間均呈現(xiàn)出“L”型淤堵規(guī)律。滲透系數(shù)的變化隨著試驗的逐漸進行可以分為3個階段：

圖4 F4試驗后進水端沉積的砂

(1)快速下降階段。這一時期滲透系數(shù)呈線性下降，不同粒組下這種線性變化持續(xù)的時間有所不同。[0.1,0.25) mm粒組大約為20～25 min，[0.075,0.1) mm粒組大約為10～15 min，<0.075 mm粒組約為10 min(僅限于試驗F13)。從這一點來看細顆粒似乎更容易造成濾層滲透系數(shù)在短期內(nèi)迅速降低。

(2)緩慢下降階段。滲透系數(shù)的變化進入“彎段”——過渡期，滲透系數(shù)減小速度變慢。

(3)相對穩(wěn)定階段。在有限的時間內(nèi)，滲透系數(shù)幾乎不發(fā)生變化。

而圖3(e)中F12的濾層滲透系數(shù)在試驗開始的15 min有微小的下降，約為0.1 cm/s，之后幾乎不再變化;試驗結(jié)束之后滲透裝置出水端沉積一層約1 cm厚的黏土，見圖5。F14滲透系數(shù)隨時間的變化曲線前期近乎為一條傾斜的直線，直到第380 min左右開始慢慢趨于穩(wěn)定。對于<0.075 mm的顆粒，從試驗數(shù)據(jù)分析來看，它對100 ppi的濾層淤堵得更快，但需要注意的是即使規(guī)格為120 ppi的濾層，在出水端依然有顆粒“穿孔而出”，如圖6所示。

圖5 試驗F12結(jié)束后出水端沉積的黏土

圖6 試驗F14結(jié)束后出水端細顆?！按┛锥觥?/p>

不同懸浮物粒徑下濾層滲透系數(shù)隨時間的變化曲線如圖7所示(注意：圖7(c)和圖3(b)中的F5縱軸比例尺不同，使得圖像變化規(guī)律看起來有所不同，實際是相同的)。由圖7中的(b)、(c)、(d)圖可以得知，濾層規(guī)格為50 ppi、60 ppi和80 ppi時，懸浮顆粒粒徑越小，濾層滲透系數(shù)下降速率越快；粒徑越大，下降速率越慢。對于試驗F6、F7、F9、F10、F13來說，即使懸浮物粒徑小于濾層孔徑，試驗結(jié)束后的濾層滲透系數(shù)大約為初始滲透系數(shù)的1/10(由1.0 cm/s左右降到了0.1 cm/s以下)，降低了約一個數(shù)量級。這與Reddi等[15]研究砂石濾層物理淤堵的結(jié)果相似。然而，濾層規(guī)格為100 ppi時卻表現(xiàn)出與50 ppi、60 ppi和80 ppi相反的規(guī)律，即懸浮顆粒粒徑越大，濾層滲透系數(shù)下降速率越快；粒徑越小，下降速率越慢，見圖7(e)。F11試驗結(jié)束之后發(fā)現(xiàn)濾層進水面出現(xiàn)了一層泥皮，試樣表面自然風干之后如圖8所示。

圖7 不同懸浮物粒徑下濾層k-t變化曲線

圖8 F11試驗結(jié)束后濾層進水面出現(xiàn)一層泥皮

3.1.2 滲濾液濁度的變化

濁度反映的是溶液對光線通過時所產(chǎn)生的阻礙程度，主要包括懸浮物對光線產(chǎn)生的散射和溶質(zhì)分子對光線的吸收。水的濁度不僅與水中懸浮物質(zhì)的含量有關(guān)，而且與懸浮物質(zhì)的大小、形狀以及折射系數(shù)等有關(guān)。試驗過程中收集了F9、F10、F11、F12、F13、F14的滲濾液，測得其濁度(單位：NTU)隨時間的變化曲線如圖9所示。

圖9 不同規(guī)格濾層滲濾液濁度變化

圖9(a)中F9、F10、F11以及圖9(b)中F13表明滲濾液濁度的變化同樣可以分為3個階段：

(1)快速增加階段。試驗開始初期，滲濾物由清澈快速變渾濁，[0.075,0.1) mm粒組滲慮液濁度在試驗開始后15～20 min達到峰值，<0.075 mm粒組滲慮液濁度則在試驗開始后10～15 min達到峰值。

(2)降低階段。滲濾液渾濁狀態(tài)逐漸變淺，濁度減小。

(3)相對穩(wěn)定階段。濁度保持動態(tài)穩(wěn)定。

圖9(b)中F12濾出液濁度在短時間內(nèi)快速增加到峰值之后基本維持不變,F14濾出液濃度達到峰值之后下降緩慢，均與滲透系數(shù)的變化規(guī)律相一致。

3.2 不同濃度懸浮物下濾層淤堵試驗結(jié)果

3.2.1 滲透系數(shù)的變化

連續(xù)級配顆粒懸浮物入滲下，滲透系數(shù)隨時間的變化曲線如圖10所示。結(jié)果表明在相同濾層孔徑下，懸浮顆粒濃度越大，滲透系數(shù)下降速率越快；濃度越小，滲透系數(shù)下降速率越慢。數(shù)據(jù)記錄顯示在淤堵完成后，懸浮物濃度為5 000、2 000、1 000 mg/L時濾層滲透系數(shù)降至0.1 cm/s以下，濃度為500、200 mg/L時濾層滲透系數(shù)降為0.14 cm/s左右。對于所選用的2種濾層來說，由于孔徑接近，滲透系數(shù)的降低程度相差不大。

圖10 不同懸浮物濃度下濾層k-t變化曲線

圖11中不同規(guī)格濾層滲透系數(shù)隨時間的變化曲線說明，在相同的懸浮物濃度下，濾層孔徑越小，滲透系數(shù)隨時間增長降低越快；濾層孔徑越大，滲透系數(shù)隨時間增長降低越慢。懸浮物濃度為200 mg/L時，在試驗開始時的50 min內(nèi)滲透系數(shù)沒有明顯的降低。從圖11中的(a)、(b)、(c)和(d)圖可以看出，試驗結(jié)速之后2種孔徑的濾層滲透系數(shù)相差不大，說明淤堵程度與濾層孔徑關(guān)系不明顯。

圖11 不同規(guī)格濾層k-t變化曲線

3.2.2 滲濾液濁度的變化

圖12給出了滲濾液濁度隨時間的變化規(guī)律。結(jié)果顯示滲濾液濁度的變化過程也可以分為與3.1試驗中相似的3個階段：①由清水入滲轉(zhuǎn)變?yōu)閼腋∥锶霛B時濾出液濁度的快速上升階段。②濾出液濁度的緩慢下降階段。③濾出液濁度的相對穩(wěn)定階段。

圖12 不同孔徑濾層滲濾液濁度變化

4 試驗結(jié)果分析與討論

4.1 不同粒徑懸浮物對不同孔徑濾層淤堵試驗結(jié)果分析

4.1.1 滲透系數(shù)變化分析

懸浮顆粒隨著水流進入濾層孔隙，逐漸堵塞過流通道，也有部分顆粒附積在濾層表面，兩者均會導致滲透系數(shù)的降低。圖3中試驗F1—F5中懸浮物大都在進水端沉積，只有極少部分進入濾層內(nèi)部，滲透系數(shù)只有微小的減小。類似這樣粗粒懸浮物，可以通過設置前置池避免其進入滲濾系統(tǒng)，或者通過對入滲系統(tǒng)清淤得以解決。本文將對粒徑<0.25 mm的顆粒進行重點討論。

試驗F6—F11以及試驗F13滲透系數(shù)隨時間具有相似的“L”型變化規(guī)律，見圖3(c)—圖3(e)。這表明濾層具有相似的淤堵過程，即試驗開始時有大量顆粒進入濾層內(nèi)部，占據(jù)了其內(nèi)部孔隙空間，降低了過流面積，導致滲透系數(shù)的快速降低；隨著懸浮顆粒的入滲，濾層內(nèi)部孔隙通道繼續(xù)變小，顆粒進入濾層的變小、數(shù)量變少，滲透系數(shù)進入緩慢下降階段；到最后濾層內(nèi)部淤堵完成后，滲透系數(shù)穩(wěn)定不變。此外，本文定義如果一組懸浮顆粒使得某種孔徑的濾層滲透系數(shù)有更快的降低，則該孔徑的濾層對這組懸浮顆粒具有較好的截留效果——濾層既能夠攔截較粗顆粒進入，又能使大部分細顆粒留存在自身內(nèi)部。那么[0.1，0.25) mm、[0.075，0.1) mm及<0.075 mm的每一組懸浮顆粒均對應著一種截留效果較好的濾層。比如[0.1，0.25) mm對應80 ppi的濾層，[0.075，0.1) mm和<0.075 mm均對應100 ppi的濾層。

試驗F12的滲透系數(shù)在試驗過程中幾乎沒有變化，這是由于試驗F12的濾層孔徑遠大于懸浮顆粒粒徑，在水流的作用下顆粒直接穿過濾層孔隙被帶出而難以淤堵，見圖5。試驗F14濾層滲透系數(shù)隨時間的增長在試驗前中期呈線性降低的原因可能是黏土顆粒直徑與濾層孔徑相差不大，能夠同時進入濾層內(nèi)部孔隙的顆粒較少，而且進入其中的單個顆粒容易隨水流帶出，只有少量停留在濾層內(nèi)部，淤堵過程比較緩慢。隨著淤堵顆粒的累積，濾層孔隙被逐漸占據(jù)，滲透系數(shù)趨于穩(wěn)定。

淤堵過程如圖13(a)所示，其中粗顆粒是指顆粒粒徑相較于濾層孔徑而言大的顆粒，細顆粒反之。

濾層孔徑為100 ppi時滲透系數(shù)變化之所以表現(xiàn)出與50 ppi、60 ppi和80 ppi不同的規(guī)律，可能是由于較粗的顆粒同時進入濾層孔隙內(nèi)部比較困難，更容易在濾層表面引發(fā)堵塞而造成滲透系數(shù)的快速降低，顆粒淤堵機制如圖13(c)所示。從試驗現(xiàn)象來看，可以確定的是：圖13(b)中所示的細顆粒在濾層內(nèi)部沉積以及懸浮顆粒物在濾層進水面積聚產(chǎn)生的泥皮均能引起試驗F6、F7、F9、F10、F13中濾層滲透系數(shù)的降低。但并不確定是否有圖13(d)流體動力橋接的“貢獻”(現(xiàn)有成果的橋接現(xiàn)象多在膠體顆粒間發(fā)生，是由于孔隙附近的水動力克服了顆粒間和顆粒-孔隙表面的膠態(tài)斥力而阻止了顆粒同時進入孔隙[17])，這還有待于細觀之下的研究成果。

圖13 孔隙淤堵機制

需要注意的是，隨著試驗時間的延長，濾層進水面前端會形成低滲透區(qū)(或者濾餅)，所測量的滲透系數(shù)應為濾餅-泡沫塑料濾層整體的滲透系數(shù)[18-19]。此時滲透系數(shù)的穩(wěn)定只是短時間的相對穩(wěn)定，隨著時間延長，滲透系數(shù)仍會逐漸降低直至濾層完全淤堵。

同樣的，對于某一孔徑的濾層也對應著一組截留效果較好的粒組懸浮物。比如50 ppi的濾層對[0.1，0.25) mm的粒組懸浮物截留效果好一些，80 ppi和100 ppi的濾層對[0.075，0.1) mm的粒組懸浮物均有不錯的截留效果。

4.1.2 滲濾液濁度變化分析

試驗中發(fā)現(xiàn)濁度受到所選用的土顆粒顏色影響較大，本文旨在通過濾出液濁度的變化來說明和驗證濾層淤堵程度的變化，所測值并不真實代表濾出液中的懸浮顆粒含量。圖9中滲濾液濁度的變化說明試驗剛開始時，濾層孔隙空間還沒有被淤堵，部分細顆粒經(jīng)濾層隨水流帶出，滲濾液濁度快速增加達到峰值；隨著淤堵顆粒在濾層內(nèi)部的積累，孔隙通道逐漸變小，顆粒隨水流帶出比較困難，滲濾液濁度逐漸減??；濾層內(nèi)部淤堵完成后，滲濾液濁度不再發(fā)生變化，處于一個相對穩(wěn)定的數(shù)值。

綜合以上分析，濾層孔徑和懸浮液粒徑的相關(guān)關(guān)系為：對粒徑為[0.1，0.25) mm的懸浮物具有最佳截留效果的濾層規(guī)格為80 ppi；對粒徑<0.075 mm的懸浮物具有最佳截留效果的濾層規(guī)格為100 ppi； 而80 ppi和100 ppi規(guī)格的濾層對粒徑為[0.075， 0.1) mm的懸浮物均有不錯的截留效果。 對于>0.25 mm的顆粒， 由于其在水流輸送途中容易發(fā)生沉積， 則可以通過在滲井前設置沉砂池， 在進入濾層前將其除去； 也可以定期或不定期對滲井進行清淤。 此外， 還需進一步細分粒徑在0.25 mm左右的顆粒范圍， 研究不同流速下顆粒的沉積情況。

4.2 不同濃度懸浮物濾層淤堵試驗結(jié)果分析

圖10中濾層規(guī)格為80 ppi時，5組試驗結(jié)束時的濾層滲透系數(shù)最大值為0.157 cm/s，最小為0.095 cm/s，兩者相差0.062 cm/s；濾層規(guī)格為100 ppi時，5組試驗結(jié)束時的濾層滲透系數(shù)最大值為0.150 cm/s，最小為0.063 cm/s，兩者相差0.087 cm/s。試驗前后濾層滲透系數(shù)降低幅度很小，可以忽略不計，說明顆粒濃度只是決定了淤堵的速率，顆粒濃度與最終淤堵的程度關(guān)系不明顯。圖11(a)中懸浮物濃度為200 mg/L時2種濾層的滲透系數(shù)在試驗初期沒有明顯變化，這是因為懸浮物濃度比較小，試驗初期同時進入濾層的顆粒較少，而且極易被水流帶出，濾層淤堵緩慢；隨著顆粒的逐漸沉積，濾層內(nèi)部孔隙通道慢慢減小，滲透系數(shù)開始快速降低。

滲濾液濁度的變化表明懸浮物入滲初期，部分懸浮顆粒隨水流帶出濾層，在短期內(nèi)濾出液濁度快速增加達到峰值；隨著時間的延續(xù)，更多懸浮顆粒進入濾層堵塞內(nèi)部孔隙通道，被水流帶出濾層的顆粒慢慢減少，濾出液濁度漸漸下降；隨著濾層內(nèi)部淤堵完成，濾出液濁度漸趨穩(wěn)定。

入滲模擬試驗結(jié)果也顯示所選用的這幾種規(guī)格的泡沫塑料濾層能夠?qū)τ旰閼腋∥镞M行較為有效的截留。無論是從濾層結(jié)構(gòu)的適用性還是從濾層的工作效果來說，將可拆換的泡沫塑料濾層應用于海綿城市入滲設施——滲井中是可行的。

5 結(jié) 論

本文通過開展不同粒徑懸浮物溶液對不同孔徑濾層入滲模擬試驗以及不同懸浮物濃度下雨洪入滲模擬試驗，得出如下結(jié)論：

(1)在不同粒徑懸浮液對不同孔徑濾層的淤堵特性試驗中，當懸浮物粒徑為[0.075，0.1) mm時，濾層滲透系數(shù)的變化隨著濾層的逐漸淤堵可以分為3個過程，即快速下降階段、緩慢下降階段和相對穩(wěn)定階段。

(2)在不同粒徑懸浮液對不同孔徑濾層的淤堵特性試驗中，即便懸浮物粒徑小于濾層孔徑，試驗完成后的濾層滲透系數(shù)大約為初始滲透系數(shù)的1/10，降低了約一個數(shù)量級。

(3)試驗選材結(jié)果表明對于[0.1，0.25) mm以及<0.1 mm的細顆粒，與其相對應的具有最佳截留效果的濾層規(guī)格分別為80 ppi和100 ppi。

(4)懸浮液濃度決定了濾層淤堵的快慢，與淤堵程度沒有明顯關(guān)系。濃度越大，濾層滲透系數(shù)下降越快；濃度越小，濾層滲透系數(shù)下降越慢。

(5)濾層淤堵過程中滲濾液濁度隨時間的變化規(guī)律也證明了滲透系數(shù)的變化規(guī)律。

鑒于泡沫塑料濾層淤堵機理比較復雜，將繼續(xù)開展泡沫塑料濾層淤堵物細觀空間形態(tài)研究，深入探索濾層內(nèi)部淤堵物的顆粒組成以及分布情況等。試驗中濾層出水端發(fā)現(xiàn)有細顆粒，這些穿過濾層流出的顆粒對周圍環(huán)境的影響程度如何需要接受評估。加大濾層厚度能夠提高懸浮顆粒物濾除效果，需要進一步開展更大尺度的物理淤堵模型試驗和現(xiàn)場原型試驗以確定合理的濾層尺寸。此外，濾層淤堵是由物理作用、生物作用和化學作用中兩者或三者共同作用的結(jié)果，本文沒有考慮生物生長和化學反應對濾層淤堵的影響。