下凹式綠地的暴雨蓄滲效果影響因素及模擬計算

（ 福建農(nóng)林大學(xué)藝術(shù)園林學(xué)院，福建 福州350002）

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，城市人口逐年增加，我國城市用水緊張的問題也越來越明顯。水資源的日益短缺，水質(zhì)的不斷被污染和破壞等種種問題，使得水資源變得彌足珍貴，然而，每年卻有大量的暴雨徑流白白流失，而且會帶來區(qū)域性的洪澇災(zāi)害，若能將這部分水資源加以利用，不但能減輕防洪負(fù)擔(dān)，又能促進(jìn)水資源的良性循環(huán)。下凹式綠地不僅能增加雨水的下滲量，減輕洪澇危害，還能將不透水匯水區(qū)的水通過滲透作用補充地下水，把汛期雨水轉(zhuǎn)化為雨洪資源，同時，又具有能夠凈化地表徑流，減輕城市面源污染，調(diào)節(jié)氣候和遏制熱島效應(yīng)等諸多功能和優(yōu)點。

1 下凹式綠地的功能及結(jié)構(gòu)

1.1 下凹式綠地的功能

下凹式綠地在城市小區(qū)和道路兩旁都可以使用，是城市雨洪利用的重要措施之一。下凹式綠地具有3大基本功能。最顯而易見的是景觀功能，下凹式綠地可美化城市環(huán)境，使城市與大自然更好地融合，讓居民置身其中時，能感到身心愉悅和放松。其次，還有活動和使用功能，供人們娛樂休閑。第三，下凹式綠地還有保護(hù)功能，即對空氣的凈化、土壤沙塵的固定和凈化、對氣候環(huán)境的改善、對噪聲的防護(hù)、對水體凈化等。除此之外，下凹式綠地還可以作為一種蓄水防汛的工程措施，用來貯存和滲透汛期雨水[1]。

1.2 下凹式綠地的結(jié)構(gòu)

城市綠地根據(jù)其與周圍地面的高程關(guān)系，可以分為3種：凹、凸、平。下凹式綠地指的是，在城市綠地規(guī)劃設(shè)計過程中，使路面高程高于綠地高程，而雨水口的高程在兩者之間。這樣的設(shè)計可以使周圍的雨水徑流首先流入綠地，綠地蓄滿水后才會流入雨水口，大大地增加了雨水下滲時間。下凹式綠地的蓄水效果非常好，實驗表明，暴雨強度不超過150mm時，基本上積水時間很短或不積水[2]。

2 下凹式綠地蓄滲效果的影響因素

2.1 下凹式綠地的下凹深度

下凹式綠地的深度實際上是指下凹式綠地與路面或者溢出口之間的高度差。蓄水效果與下凹深度成正比，深度越深，效果越好，增大了雨水滲透時間，減緩徑流洪峰，從而起到蓄水調(diào)節(jié)作用。但是，下凹式綠地的深度也不是越大越好，下凹式綠地多種植抗?jié)承椭参?，但是下滲時間過長會造成植物根系破壞且會造成安全隱患。下凹深度過小，則不利于蓄水，下滲時間得不到保證[3]。

2.2 下凹式綠地的面積比例

低勢綠地面積與總面積的比例對蓄滲效果影響顯著。低勢綠地外排水率為零時的綠地面積，稱為臨界面積。當(dāng)綠地面積大于臨界面積時，雨水零排放；當(dāng)綠地面積小于臨界面積時，雨水有外排。隨著低勢綠地的占地面積的增長，土壤的滲透率增大，雨水徑流量則越來越小，所以低勢綠地在全部總面積下所占的比例增大有利于實現(xiàn)雨水蓄滲零排放、改善生態(tài)環(huán)境等。現(xiàn)今我國雖然城市綠地總量可觀，但普通綠地居多，蓄滲能力有限，使得大部分雨水資源不能被有效利用。若適當(dāng)增加下凹式綠地，可大大提高雨水的蓄滲效果和利用效率。

2.3 滲透系數(shù)

滲透系數(shù)是影響蓄滲效果的重要參數(shù)之一。土壤的滲透系數(shù)取決于土質(zhì)、植被、孔隙度等因素，決定著綠地的滲透能力。不同草地、林地、降雨量、降雨強度、地形、土地利用方式以及人為擾動等因素也會對土壤的內(nèi)部性質(zhì)產(chǎn)生影響。不同結(jié)構(gòu)、不同土質(zhì)、不同植被覆蓋的綠地的滲透系數(shù)差異很大，最小的為普通草坪，其滲透系數(shù)為2.5×10-7m／s，而林草地的蓄滲效果最佳，可達(dá)5×10-5m／s。二者蓄滲雨水徑流能力相差2個數(shù)量級，因此，滲透系數(shù)對下凹式綠地的蓄滲能力有很大的影響。

2.4 設(shè)計暴雨重現(xiàn)期

設(shè)計暴雨重現(xiàn)期指的是設(shè)計暴雨強度出現(xiàn)的周期，大于或等于該值的暴雨強度可能出現(xiàn)一次的平均間隔時間，單位為年，用a表示。重現(xiàn)期與頻率成反比。設(shè)計暴雨的重現(xiàn)期是統(tǒng)計平均概念，通俗地講就是這么大的雨量多少年出現(xiàn)1次[4]。

暴雨重現(xiàn)期影響到下凹式綠地集蓄匯水區(qū)徑流量的大小。設(shè)計暴雨重現(xiàn)期越大，進(jìn)入綠地的徑流量越大，綠地的雨水滲透率越小。對同一設(shè)計暴雨重現(xiàn)期，同一綠地土壤滲透系數(shù)，系統(tǒng)綠地面積率越大，綠地的下凹深度越小。當(dāng)綠地土壤滲透系數(shù)相同，系統(tǒng)綠地面積率相同時，設(shè)計暴雨重現(xiàn)期不同時，設(shè)計暴雨重現(xiàn)期越大，則土壤滲透系數(shù)越小，下凹深度越大。

選擇設(shè)計暴雨重現(xiàn)期，應(yīng)該根據(jù)排水設(shè)計規(guī)范和當(dāng)?shù)貙嶋H需求。設(shè)計暴雨重現(xiàn)期越大，下凹深度越大，需要的成本費用也越高。一般情況下，選擇1a、3a、5a的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 綠地植物耐淹時間

綠地植物耐淹時間與綠地下凹深度及綠地土壤滲透系數(shù)有關(guān)。下凹式綠地的下凹深度和面積比例計算完成后，其最不利條件下，綠地蓄滿水時，雨水全部下滲所需要的時間要與綠地植物耐淹時間作比較，所需時間不能超出綠地植物耐淹時間。如果超過綠地植物耐淹時間，則需增加下凹式綠地面積率，增大土壤滲透系數(shù)，條件允許的話，可以直接更換土壤。在減少雨水滲透時間的同時，不能忽略成本問題。如若一味增大下凹式綠地面積，其日常維護(hù)的耗水量非常大，在缺水地區(qū)就應(yīng)當(dāng)慎重，此時，則應(yīng)考慮其他雨水利用措施。

3 模擬暴雨條件下下凹式綠地的雨水蓄滲效果計算

3.1 暴雨公式

一般暴雨過程可以用公式表示為：

式中：I為一段時間內(nèi)的降雨強度；t為降雨時間；b、n為地區(qū)參數(shù)；s為不同時期出現(xiàn)的雨力。因此時間t內(nèi)總降雨深度H為：

因此，順勢降雨強度用i表示為：

考慮諸多因素，而且采用徑流系數(shù)法計算匯水區(qū)雨力，為了簡化計算，則取總雨力為：

式中：S為綠地及其他匯水區(qū)疊加時的總雨力；α表示徑流系數(shù)；A為匯水區(qū)面積，m2；Ag為綠地面積，m2。

3.2 綠地凈雨深

綠地雨水下滲的初期下滲率較大，后期則趨于穩(wěn)定。為簡化計算，采用平均下滲率μ來計算，產(chǎn)流歷時用tc表示，則有

設(shè)計暴雨條件下，綠地土壤的下滲率決定了降雨損失強度。綠地凈雨深

3.3 綠地雨洪流量

綠地的雨洪過程指的是匯水區(qū)入流過程和暴雨過程的疊加[5]?？紤]到時間差問題，所以用綠地雨洪流量的瞬時最大值乘以一個修正系數(shù)來表示綠地雨洪流量，用Qm表示綠地雨洪流量峰值，β表示修正系數(shù)(一般取0.9），即

3.4 綠地溢流流量

雨水口溢流流量峰值為qm，用W表示于洪總量，V0表示綠地最大需水量，Vm表示調(diào)洪量，r表示漲洪歷時和雨洪歷時的比例，則

3.5 降雨攔蓄效果分析

綠地降雨攔蓄率用η表示，h′為水深，則

3.6 減峰效果分析

綠地減峰率用ρ表示，則根據(jù)綠地雨洪流量峰值和溢流流量峰值可以計算

4 結(jié)語

目前，我國正在大力倡導(dǎo)建設(shè)綠色城市、綠色建筑，下凹式綠地與國際先進(jìn)的設(shè)計理念理念相符，其對洪澇災(zāi)害的防御、雨洪資源的利用，對水資源的凈化，對城市的保護(hù)等功能對可持續(xù)發(fā)展有著重大的意義。下凹式綠地能實現(xiàn)對雨水資源水質(zhì)、水量的控制、促進(jìn)水資源的良性循環(huán)，是融合安全、生態(tài)、資源、環(huán)境等為一體的綜合設(shè)計。

[1]車 伍，張 燕，李俊奇，等.城市雨洪多功能調(diào)蓄技術(shù) [J].給水排水，2005，31（9）：125-129.

[2]任樹梅，周紀(jì)明.利用下凹式綠地增加雨水蓄滲效果的分析與計算 [J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000，5（2）：50-54.

[3]程 江，徐啟新，楊 凱，等.下凹式綠地雨水滲蓄效應(yīng)及其影響因素 [J].給水排水，2007，33（5）：45-49.

[4]李俊奇，車 伍，遲 蓮，等.住區(qū)低勢綠地設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)及其影響因素分析 [J].給水排水，2004，30（9）：41-46.

[5]葉水根，劉 紅，孟光輝.設(shè)計暴雨條件下下凹式綠地的雨水蓄滲效果 [J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001，6（6）：53-58.