本發(fā)明屬于古院落地面雨水排水分析的技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種古院落地面鋪裝雨水滲滯能力的綜合分析方法。

背景技術(shù)：

歷史文化遺產(chǎn)是人類文明的結(jié)晶，其中，建筑遺產(chǎn)作為其重要的組成部分，在世界各國(guó)受到了越來越廣泛的重視。我國(guó)歷史悠久，現(xiàn)存的古院落院落更是重要的文化瑰寶。

近年來隨著氣候變暖、全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展帶來的城市化發(fā)展過快，導(dǎo)致自然面貌發(fā)生改變，不透水區(qū)域的面積大幅增加，綠地面積不斷減少，改變了城市原有的氣流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使城市的水文特性發(fā)生顯著變化，致使在相同降雨條件下，產(chǎn)匯流特性發(fā)生很大改變，雨洪量增加，峰值快速出現(xiàn)，一定程度上也助長(zhǎng)了極端氣候事件發(fā)生。古院落地面一般由磚土設(shè)計(jì)鋪裝而成，四周建有排水溝渠，其中院落地面鋪裝(包括磚、縫隙裸土以及未鋪磚處局部裸土)由于修建年代久遠(yuǎn)，且完全暴露在空氣中，因此出現(xiàn)了不同程度的老化、風(fēng)化、磨損和磚縫過大等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致院落地面凹凸不平，對(duì)使用產(chǎn)生一定影響，更對(duì)地面應(yīng)對(duì)強(qiáng)降雨等天氣帶來挑戰(zhàn)。每逢降雨對(duì)古院落地面的排水能力，特別是否會(huì)出現(xiàn)積水都成為政府、管理者和公眾關(guān)注的熱點(diǎn)。

近年來，海綿城市建設(shè)如火如荼，其方法之一就是布置合理的地面鋪裝，使地面能夠截留一部分降雨量，在預(yù)防洪水內(nèi)澇等災(zāi)害的同時(shí)，儲(chǔ)存一部分雨水。因此古院落除了利用四周排水溝渠排出雨水外，是否考慮到地面鋪裝對(duì)雨水的滲滯能力以及能力的大小，都成為我們感興趣的地方。通過將行業(yè)新的理念、方法和手段應(yīng)用到古院落地面鋪裝雨水滲滯能力的綜合分析上，再利用現(xiàn)代的科學(xué)檢測(cè)手段，探索出一套適合古院落地面鋪裝雨水滲滯能力的綜合分析方法。該方法的分析結(jié)果可為今后制定科學(xué)的修繕和維護(hù)方案提供幫助，為古院落地面的完整性提供保障，是一件兼具科技進(jìn)步意義和文化價(jià)值的工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了彌補(bǔ)古院落地面雨水滲滯能力分析研究的匱乏，本發(fā)明的目的是在于提供了一種原理簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)的古院落地面鋪裝雨水滲滯能力的綜合分析方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種古院落地面鋪裝雨水滲滯能力的綜合分析方法。主要采用以下幾個(gè)步驟：

第一步：前期實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

將待研究的古院落地面根據(jù)鋪裝方式和用途的不同劃分不同的區(qū)域A₁、A₂……A_k(k取1、2……k)，選取不同區(qū)域各自部分的磚和裸土(包括縫隙裸土和局部裸土)作為樣品磚和實(shí)驗(yàn)土樣，對(duì)樣品磚進(jìn)行滲水性和滯水性實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)土樣進(jìn)行透水性實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所有區(qū)域各自的樣品磚均不具有滲水性，而具有一定的滯水能力，即雨水無(wú)法在降雨歷時(shí)內(nèi)，透過樣品磚，但是雨水可以儲(chǔ)存在樣品磚內(nèi)部，且不同區(qū)域各自的樣品磚的滯水能力不同；實(shí)驗(yàn)土樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其具有透水性，即在降雨歷時(shí)內(nèi)，雨水能夠透過實(shí)驗(yàn)土樣進(jìn)入實(shí)驗(yàn)土樣下方，且不同區(qū)域的實(shí)驗(yàn)土樣透水性能不同；

第二步：分區(qū)后，根據(jù)不同區(qū)域計(jì)算得到的裸土(包括縫隙裸土和局部裸土)的面積占該區(qū)域總面積的比及實(shí)驗(yàn)測(cè)得的該區(qū)域裸土的滲透速率，然后確定各區(qū)域A₁、A₂……A_k的滲透速率；

由于各區(qū)域A₁、A₂……A_k地面鋪磚不具有使得雨水透過磚體的滲透能力，裸土具有一定的透水性，即雨水可以通過磚塊鋪磚后形成的縫隙裸土和局部裸土向下滲透，因此古院落地面鋪磚的雨水滲水能力可以由裸土面積占區(qū)域A_k總面積的比例和區(qū)域A_k裸土的滲透能力綜合決定。最終，研究中采用面積加權(quán)方式，經(jīng)計(jì)算來說明不同研究區(qū)域A₁、A₂……A_k的滲水能力；

(1)根據(jù)圖紙，采用公式1.1分別計(jì)算各研究區(qū)域A₁、A₂……A_k的裸土(包括縫隙裸土和局部裸土)的面積占該區(qū)域總面積的百分比；

式中：λ_t為某區(qū)域的裸土(包括縫隙裸土和局部裸土)面積占比，S_t為該區(qū)域的裸土(包括縫隙裸土和局部裸土)的面積(m²)，S為該區(qū)域的總面積(m²)。

(2)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，采用公式1.2分別計(jì)算各研究區(qū)域A₁、A₂……A_k的實(shí)驗(yàn)土樣的滲透速率；而實(shí)驗(yàn)土樣為取得的部分裸土的試樣；

式中：K_t為某區(qū)域?qū)嶒?yàn)土樣的滲透穩(wěn)定時(shí)速率(mL/s)，V_i、V_i+1為滲透穩(wěn)定后第i、i+1時(shí)間內(nèi)實(shí)驗(yàn)土樣透出的水量體積(mL)，t_i、t_i+1為滲透穩(wěn)定后第i、i+1的時(shí)間(s)；

進(jìn)一步可由(1.2)相似的公式計(jì)算不同時(shí)刻或時(shí)間段的滲透穩(wěn)定后速率，若在平均某一時(shí)段內(nèi)滲透速率基本穩(wěn)定不變，可以判斷為滲透穩(wěn)定。

(3)根據(jù)(1)、(2)的計(jì)算結(jié)果，采用公式1.3分別計(jì)算各研究區(qū)域A₁、A₂……A_k的滲透速率。

v_t＝λ_t×K_t (1.3)

式中：v_t為某區(qū)域的滲透速率(mL/s)；

第三步：分區(qū)后，根據(jù)計(jì)算得到各區(qū)域A₁、A₂……A_k地面鋪磚的總面積和實(shí)驗(yàn)測(cè)得的單位樣品磚飽和時(shí)的最大滯水量，確定各區(qū)域A₁、A₂……A_k的飽和滯水量；

古院落的地面鋪磚不能使雨水滲透，但是有一定的滯水能力，在降雨時(shí)一部分雨量可被吸收進(jìn)入且滯留在磚體內(nèi)，而不形成徑流；實(shí)地測(cè)量各不同區(qū)域A₁、A₂……A_k磚的總面積，按照實(shí)驗(yàn)得出的各區(qū)域A₁、A₂……A_k樣品磚的飽和時(shí)最大滯水量，分別得到各區(qū)域A₁、A₂……A_k的飽和滯水量，樣品磚為取該區(qū)域部分磚進(jìn)行測(cè)試的樣品；

(1)根據(jù)圖紙，計(jì)算各區(qū)域中磚的總面積S_z(m²)；

(2)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，采用公式1.4計(jì)算不同區(qū)域的單位面積樣品磚飽和時(shí)的最大滯水量；

式中：Q_max為某區(qū)域的單位面積樣品磚飽和時(shí)的最大滯水量(kg/m²)，q_i為第i時(shí)間內(nèi)樣品磚留存的水的質(zhì)量(kg)，S_s為樣品磚的滯水面的表面積即磚的上表面積(m²)，T為樣品磚達(dá)到飽和時(shí)最大滯水量時(shí)的時(shí)間(h)；

(3)根據(jù)(1)、(2)的計(jì)算結(jié)果，采用公式1.5計(jì)算不同區(qū)域的飽和最大滯水量；

Q_z＝Q_max×S_z (1.5)

式中：Q_z為某區(qū)域的飽和最大滯水量(kg)；

第四步，綜合各區(qū)域A₁、A₂……A_k的滲水速率和飽和最大滯水量，計(jì)算研究古院落地面鋪裝最大雨水承受量。

以上各步驟計(jì)算得到了古院落地面各區(qū)域A₁、A₂……A_k的滲水速率和飽和最大滯水量，考慮到任何古院落地面都由磚和裸土(包括縫隙裸土和局部裸土)組合鋪裝而成，且不同區(qū)域A₁、A₂……A_k的裸土滲水速率和磚飽和最大滯水量不同。因此，研究古院落地面鋪裝的最大雨水承受量需要同時(shí)考慮滲水速率和飽和最大滯水量這兩個(gè)影響因素。

(1)采用公式1.6加權(quán)計(jì)算研究的古院落地面總裸土的綜合滲水速率。

式中：v′_t為古院落地面總裸土的綜合滲水速率(mL/s)，v_tj為古院落區(qū)域A_j的滲水速率(mL/s)，λ_tj為古院落區(qū)域Aj的裸土面積占區(qū)域Aj的總面積的百分比；

(2)采用公式1.7計(jì)算古院落地面總裸土的飽和滲水量；

Q_t＝3600×v_t′×T×ρ (1.7)

式中：Q_t為古院落地面總裸土的飽和滲水量(kg)，T為降雨歷時(shí)(h)，一般取2，ρ為雨水密度，取1000kg/m³。

(3)采用公式1.8計(jì)算古院落總地面磚的飽和滯水量；

式中：Q_z′為古院落總地面磚的飽和滯水量(kg)，Q_zj為古院落區(qū)域A_j的飽和最大滯水量(kg)。

(4)采用公式1.9計(jì)算古院落地面鋪裝最大雨水承受量。

Q＝Q_z′+Q_t (1.9)

式中：Q為古院落地面鋪裝最大雨水承受量(kg)。

根據(jù)上述古院落地面鋪裝滲滯雨水能力的綜合分析方法，將古院落地面按照不同鋪裝形式進(jìn)行分類，依次計(jì)算各區(qū)域A₁、A₂……A_k的滲水速率和飽和最大滯水量，之后加權(quán)得到古院落地面整體的滲水速率和飽和最大滯水量，最后得到古院落地面鋪裝最大雨水承受量，作為古院落地面鋪裝滲滯雨水的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明能夠合理的計(jì)算古院落地面實(shí)際的雨水滲滯能力，能夠有效提高我國(guó)古院落地面鋪裝雨水滲滯能力計(jì)算的效率，為準(zhǔn)確預(yù)估古院落在雨水多發(fā)期的防洪泄洪能力提供了保證，保護(hù)了古院落地面及地面上建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和歷史文物的完整性，為今后古院落地面鋪裝方式的選擇和管理提供了重要意見。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：(1)鑒于古院落地面鋪裝的工藝特殊性，在對(duì)古院落地面鋪裝滲滯雨水能力進(jìn)行分析之前，分別對(duì)古院落地面的磚和裸土(包括縫隙裸土和局部裸土)的滲水性、滯水性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，最終確定對(duì)裸土的滲水性和磚的滯水性進(jìn)行研究。(2)綜合考慮了磚的滯水性和裸土的滲水性，并針對(duì)裸土滲水性和磚滯水性的不同，采取了不同的計(jì)算方式，避免了常規(guī)分析只考慮單一因素的不完整性。(3)將古院落按照鋪裝方式和滲滯水能力的不同進(jìn)行分區(qū)，采用加權(quán)的方式，得到古院落地面中裸土的滲水速率。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所提出一種古院落地面鋪裝的滲滯雨水的綜合分析方法作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1

本發(fā)明的一種古院落地面鋪裝的雨水滲滯能力的綜合分析方法主要為古院落地面鋪裝的最大雨水承受量。

以北京市某古院落區(qū)域?yàn)槔?/p>

古院落地面鋪裝的最大雨水承受量分析主要由以下幾步完成：①在古院落地面研究區(qū)域內(nèi)，根據(jù)實(shí)際鋪裝方式和鋪裝地點(diǎn)的不同，如廣場(chǎng)和人行道，將古院落地面分為4個(gè)區(qū)域A₁、A₂、A₃、A₄②選取不同區(qū)域各自的磚和裸土(包括縫隙裸土和局部裸土)作為樣品磚和實(shí)驗(yàn)土樣，對(duì)樣品磚進(jìn)行滲水性和滯水性實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)土樣進(jìn)行透水性實(shí)驗(yàn)。③實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)土樣具有滲水性而樣品磚具有滯水性，因此古院落地面鋪裝的雨水滲滯水速率分析采用裸土的滲水性和磚的滯水性進(jìn)行分析研究。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種古院落地面鋪裝滲滯水能力的綜合分析方法。主要采用以下幾個(gè)步驟：

第一步：前期實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。將待研究的古院落地面根據(jù)鋪裝方式和用途的不同劃分為4個(gè)區(qū)域A₁、A₂、A₃、A₄，選取不同區(qū)域各自的磚和裸土(包括縫隙裸土和局部裸土)作為樣品磚和實(shí)驗(yàn)土樣，對(duì)樣品磚進(jìn)行滲水性和滯水性實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)土樣進(jìn)行透水性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所有區(qū)域各自的樣品磚均不具有滲水性，而具有一定的滯水能力，即雨水無(wú)法在降雨歷時(shí)內(nèi)，透過樣品磚，但是雨水可以儲(chǔ)存在樣品磚內(nèi)部，且不同區(qū)域各自的樣品磚的滯水能力不同；實(shí)驗(yàn)土樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其具有透水性，即在降雨歷時(shí)內(nèi)，雨水能夠透過實(shí)驗(yàn)土樣進(jìn)入實(shí)驗(yàn)土樣下方，且不同區(qū)域的實(shí)驗(yàn)土樣透水性能不同。

第二步：分區(qū)后，分別計(jì)算區(qū)域A₁、A₂、A₃、A₄各自的裸土(包括縫隙裸土和局部裸土)的面積占各自A₁、A₂、A₃、A₄區(qū)域總面積的比及實(shí)驗(yàn)測(cè)得的A₁、A₂、A₃、A₄各區(qū)域裸土的滲透速率，確定各區(qū)域A₁、A₂、A₃、A₄的滲透速率。

由于各區(qū)域A₁、A₂、A₃、A₄地面鋪磚不具有使得雨水透過磚體的滲透能力，而實(shí)驗(yàn)土樣具有一定的透水性，即雨水可以通過磚塊鋪磚后形成的縫隙裸土和局部裸土向下滲透。因此古院落地面鋪磚的雨水滲水能力可以由各區(qū)域的裸土面積占各區(qū)域面積的比例和各區(qū)域裸土的滲透能力綜合決定。最終，研究中采用面積加權(quán)方式，經(jīng)計(jì)算來說明不同研究區(qū)域A₁、A₂、A₃、A₄的滲水能力。

(1)根據(jù)圖紙，采用公式1.10分別計(jì)算各研究區(qū)域A₁、A₂、A₃、A₄的裸土(包括縫隙裸土和局部裸土)的面積占該區(qū)域總面積的百分比。

式中：λ_t為各研究區(qū)域A₁、A₂、A₃、A₄的裸土(包括縫隙裸土和局部裸土)面積占比，S_t為各研究區(qū)域A₁、A₂、A₃、A₄的裸土(包括縫隙裸土和局部裸土)的面積(m²)，S為各研究區(qū)域A₁、A₂、A₃、A₄的總面積(m²)。

(2)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，采用公式1.2分別計(jì)算各研究區(qū)域A₁、A₂……A_k的實(shí)驗(yàn)土樣的滲透速率；而實(shí)驗(yàn)土樣為取得的部分裸土的試樣；

式中：K_t為某區(qū)域?qū)嶒?yàn)土樣的滲透穩(wěn)定時(shí)速率(mL/s)，V_i、V_i+1為滲透穩(wěn)定后第i、i+1時(shí)間內(nèi)實(shí)驗(yàn)土樣透出的水量體積(mL)，t_i、t_i+1為滲透穩(wěn)定后第i、i+1的時(shí)間(s)；

(3)根據(jù)(1)、(2)的計(jì)算結(jié)果，采用公式1.12分別計(jì)算A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域的滲透速率。

v_t＝λ_t×K_t (1.12)

式中：v_t為A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域的滲透速率(mL/s)。

表1 A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域的滲透速率

第三步：根據(jù)計(jì)算得到A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域地面鋪磚的總面積和實(shí)驗(yàn)測(cè)得的單位樣品磚飽和時(shí)的最大滯水量，確定A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域的飽和滯水量。

古院落的地面鋪磚不能使雨水滲透，但是有一定的滯水能力，在降雨時(shí)一部分雨量可被吸收進(jìn)入且滯留在磚體內(nèi)，而不形成徑流。實(shí)地A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域的總面積(不包括該區(qū)域內(nèi)裸土的面積)，按照實(shí)驗(yàn)得出的A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域樣品磚的飽和時(shí)最大滯水量，分別得到A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域的飽和滯水量。

(1)根據(jù)圖紙，分別計(jì)算A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域各自磚的總面積S_z(m²)。

(2)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，采用公式1.13分別計(jì)算A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域的單位樣品磚飽和時(shí)的最大滯水量。

式中：Q_max為A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域的單位面積樣品磚飽和時(shí)的最大滯水量(kg/m²)，q_i為第i+1時(shí)間內(nèi)樣品磚留存的水的質(zhì)量(kg)，S_s為樣品磚的滯水面的表面積(m²)，T為樣品磚達(dá)到飽和時(shí)最大滯水量時(shí)的時(shí)間(h)。

(3)根據(jù)(1)、(2)的計(jì)算結(jié)果，采用公式1.14分別計(jì)算A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域的飽和最大滯水量。

Q_z＝Q_max×S_z (1.14)

式中：Q_z為A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域的飽和最大滯水量。

表2 A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域的飽和最大滯水量

第四步，綜合A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域的滲水速率和飽和最大滯水量，計(jì)算研究古院落地面鋪裝最大雨水承受量。

以上各步驟計(jì)算得到了古院落地面A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域的滲水速率和飽和最大滯水量，考慮到任何古院落地面都由磚和裸土(包括縫隙裸土和局部裸土)組合鋪裝而成，且A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域的裸土滲水速率和磚飽和最大滯水量不同。因此，研究古院落地面鋪裝的最大雨水承受量需要同時(shí)考慮滲水速率和飽和最大滯水量這兩個(gè)影響因素。

(1)采用公式1.15加權(quán)計(jì)算研究的古院落地面裸土的綜合滲水速率。

式中：v′_t為古院落地面裸土的綜合滲水速率(mL/s)，v_tj為古院落A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域的滲水速率(mL/s)，λ_tj為古院落A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域的裸土面積占區(qū)域Aj的總面積的百分比。

(2)采用公式1.16計(jì)算古院落地面裸土的飽和滲水量。

Q_t＝3600×v_t′×T×ρ (1.16)

式中：Q_t為古院落地面土壤的飽和滲水量(kg)，T為降雨歷時(shí)(h)，一般取2，ρ為雨水密度，取1000kg/m³。

(3)采用公式1.17計(jì)算古院落地面磚的飽和滯水量。

式中：Q_z′為古院落地面土壤的飽和滯水量(kg)，Q_zj為古院落區(qū)域A_j的飽和最大滯水量(kg)。

(4)采用公式1.18計(jì)算古院落地面鋪裝最大雨水承受量。

Q＝Q_z′+Q_t (1.18)

式中：Q為古院落地面鋪裝最大雨水承受量(kg)。

表3古院落地面鋪裝最大雨水承受量計(jì)算

根據(jù)上述古院落地面鋪裝滲滯雨水能力的綜合分析方法，將古院落地面按照不同鋪裝形式進(jìn)行分類，依次計(jì)算A₁、A₂、A₃、A₄四個(gè)不同區(qū)域的滲水速率和飽和最大滯水量，之后加權(quán)得到古院落地面整體的滲水速率和飽和最大滯水量，最后得到古院落地面鋪裝最大雨水承受量，作為古院落地面鋪裝滲滯雨水的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明能夠合理的計(jì)算古院落地面實(shí)際的雨水滲滯能力，能夠有效提高我國(guó)古院落地面鋪裝雨水滲滯能力計(jì)算的效率，為準(zhǔn)確預(yù)估古院落在雨水多發(fā)期的防洪泄洪能力提供了保證，保護(hù)了古院落地面及地面上建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和歷史文物的完整性，為今后古院落地面鋪裝方式的選擇和管理提供了重要意見。