雨水花園在雨洪利用與控制中的應用探究

劉文奇

摘要：雨水花園是基于生態(tài)型社會建設而提出的雨洪控制與利用的設施，目前被廣泛應用于工業(yè)區(qū)建筑、道路雨洪徑流、停車場、商業(yè)區(qū)、城市住宅區(qū)等場所，可有效緩解道路截流蓄水能力低及雨水管網排水能力低等問題?；诖?，筆者以道路雨洪徑流發(fā)生的原因為切入點，對雨水花園的功能、類別以及設計應用模式進行了分析。

關鍵詞：雨水花園；雨洪；利用；控制

雨水花園主要利用植物與土壤的過濾作用滯留雨水，促使其緩慢滲透至土壤層中，而達到凈化雨水、減少暴雨徑流的目的。一般而言，雨水花園的建立對所需土壤并無明確要求，砂土、黏土等均可，在道路、住宅區(qū)、工業(yè)建筑區(qū)、城市公共建筑等周邊場所均可使用，是城市道路暴雨徑流控制較為有效的管控技術。

1 城市雨洪發(fā)生的原因分析

1.1 道路綠地截留蓄水能力普遍偏低

綠地植被與土壤具有較強的截流與滲透作用，能顯著降低雨洪徑流速度，被國外重視雨水利用的國家所利用。而在國內，道路綠地的功能多以分隔車道、美化城市景觀為主，所選栽種植被多為觀賞型綠植，并未構建多類型植物復合群落；較少考慮植物的耐濕、抗旱特性，部分植被在旱季很可能為高耗水植株；加之植床土質滲水特性不強，路面低于植床標高，導致雨洪徑流很難匯人道路綠地中。基于上述原因，使得我國城市道路綠地所能發(fā)揮的截流蓄洪能力普遍偏低。

1.2 城市道路所鋪設地面多不具備透水性能

相關研究指出，道路表面徑流系數(shù)與其基層結構、面層結構緊密相關。目前，我國大部分城市道路為瀝青或水泥路面，人行道多為花崗巖等低透水率材料，這類材料雖能有效增強路面的密實度，但其透水率確極低，當雨洪發(fā)生時，直接增大了道路徑流系數(shù)，加大了雨洪治理難度。

1.3 道路排水管網設施不能有效滿足路面的排水需求

隨著我國城鎮(zhèn)化建設進程的迅猛發(fā)展，城區(qū)排水量迅速增加，而現(xiàn)有排水管網存在數(shù)量不足、設計不合理、管網老化等問題，加之部分排水口多被各類固體垃圾、沙塵等堵塞，如遇暴雨天氣，很容易產生城市內澇。

2 雨水花園的功能和分類

2.1 雨水花園的功能

雨水花園主要是利用土壤、植被等的生物作用、物理作用及化學作用等來實現(xiàn)對雨水的處理，具體功能為：第一，雨水花園植被的蒸騰作用與蓄積雨水的蒸發(fā)作用可調節(jié)周邊環(huán)境的溫濕度，緩解熱島效應；第二，雨水花園中土壤、植被的滲透作用與截流作用可增加雨水徑流阻礙，削減流量，補充地下水源，降低洪澇發(fā)生率；第三，雨水花園能夠有效去除雨洪徑流中的各類污染物，如重金屬去除率可達45%-95%，TSS去除率可達80%，TN去除率可達50%，TP去除率可達60%，病原體去除率可達70%-100%。

2.2 雨水花園的類別

2.2.1 雨洪徑流量控制型。雨洪徑流量控制型雨水花園的主要功能是控制區(qū)域內雨洪徑流，減緩徑流速度，減少徑流總量，補充地下水源，凈化水質。該類型普遍應用于匯流面積小、水質較高的雨洪區(qū)，如城鄉(xiāng)分散單戶庭院內徑流、小區(qū)屋面雨水徑流等。雨洪徑流量控制型雨水花園的結構相對簡單，不需要專門設計底部排水溝，但對花園位置的選擇要求十分高，如：雨水花園需遠離樹蔭，以增加光照；雨水花園與建筑物間隔距離要控制在3m以上，以防止建筑基地被浸泡；雨水花園要盡可能地設置在雨水匯聚的區(qū)域，但也需將區(qū)域內土壤的滲透性能考慮在內，以避免長時間積水；所選位置應趨于平坦，以此來減少土方使用量，節(jié)省投建資金。

2.2.2 徑流污染控制型。在部分文獻中，徑流污染控制型花園又被稱為生物滯留區(qū)域，其功能以徑流污染控制為主，普遍應用在道路周邊、廣場等區(qū)域。

3 雨水花園的設計

3.1 徑流量控制型雨水花園設計

3.1.1 土質要求。徑流量控制型雨水花園對土壤的滲透性有要求，一般挖約15cm的坑并注滿水，若24h后積水滲透完，即符合雨水花園建設對土壤的要求。若土壤滲透性達不到標準，可依照比例對局部土壤進行置換，如20%-30%表層土、腐殖土；50%-60%碎石與砂土。

3.1.2 結構與深度。徑流量控制型雨水花園的結構較為簡單，通常僅需確保滿足其設計指標的雨水能夠及時排入排水系統(tǒng)即可。若雨水花園所在位置遠離排水系統(tǒng)，可通過溢流裝置將雨水經溢流管道進入排水系統(tǒng)；若雨水花園處在郊區(qū)或單戶庭院內，超出滲蓄能力的雨水則會自行排人庭院排水溝渠。

以徑流控制為目的的雨水花園其設計深度需根據(jù)地面坡度與土壤的滲透性能確定。一般情況下，當?shù)孛嫫露?lt;4%時，其設計深度可為7.6-12.7cm；當?shù)孛嫫露仍?%～7%時，其設計深度可為15.2-17.8cm；當?shù)孛嫫露仍?%～12%時，其設計深度可為20cm。

3.1.3 表面。徑流量控制型雨水花園的設計流量通常是整個匯流面積內的所有徑流量，若確保雨水花園內的雨水能夠在設計時間內完成滲透，則需根據(jù)公式計算所得：Q_{t小時徑流}=Q_{t小時滲透}；ψ·H_t·A_匯=K·A_f·t；A_f=A_匯·ψ·H_t/K·t。公式中，ψ代表徑流系數(shù)；H_t代表t小時內的降雨量（mm）；A匯代表匯水面積（㎡）；t代表設計時間，通常取值為24h。

3.2 徑流污染控制型雨水花園

3.2.1 土質要求。通常要求土壤為砂土，其中黏土含量需不大于25%，砂土含量需介于35%-60%，且土壤內需含大量直徑在25mm以上的樹根、木屑、碎石、無害草籽等。

3.2.2 結構與深度。結構：徑流污染控制型雨水花園結構較為復雜，由植被緩沖帶、有機覆蓋層、地下排水暗管、種植土層及植物等構成，且部分花園還設置緊急溢流裝置與貯水池。深度：植被緩沖帶用來預處理雨水徑流中包含的大量碎片、固體垃圾等；蓄水區(qū)主要用來滯留雨水和沉淀徑流，其深度多為15-22cm；覆蓋層可避免表面土層被侵蝕，發(fā)揮過濾大懸浮物的作用，其設計深度多為5-lOcm；種植土層設計深度多為60-120cm；底部排水層主要用來收集滲透完成后的雨水徑流，其設計深度大約為30-45cm。

3.2.3 表面積。徑流污染控制型雨水花園的表面積多根據(jù)土壤類型、雨水花園深度及所需處理的雨水徑流量來確定，其計算可按下述公式進行：

（1）初期徑流量：P=（P-0.2S）²/P+0.8S，S=25400/CN-254。其中P代表需處理的實際降雨（一），P表示設計降雨量（mm）；S代表潛在最大損失量；CN代表徑流曲線。

（2）確定表面積。假設在t時間內雨水全部滲透至土壤內，則可得出公式：Q_{tf初期徑流}=Q_tf滲透量；Q=K·J·t_f.A_f=K.（h+d_f）/d_f·t_f·A；A_f=Q·d_f/K（h+d_f）·t_f。公式中，Af、J、d_f、h、K、t_f分別代表：雨水花園表面積（mm）、水力坡降、種植土深度、平均水深、滲透系數(shù)、雨水在花園表面的滯留時間。

3.3 雨水花園內植株選擇的原則

第一，徑流量控制型雨水花園所選植物要以四季性植物為主，如灌木、蕨類植物。第二，排除妨礙交通安全、有毒類植株。第三，選擇耐澇型植物，在水中浸泡24h仍可存活類植株。

4 結語

綜上所述，在建設節(jié)約型社會、推廣節(jié)能減排的社會發(fā)展背景下，雨水花園作為雨洪控制與利用的重要設施，不僅能促進水資源的循環(huán)利用，調節(jié)大氣環(huán)境，還能控制徑流污染，具有較為廣闊的發(fā)展前景，值得在城市建設中推廣使用。