東北地區(qū)雨水花園設(shè)計(jì)方法研究

張 鑫，王馨甜，葉 程，陸 海

（1.吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118；2.長(zhǎng)春科技學(xué)院建筑工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130022）

近年來，隨著東北地區(qū)城市人口的快速增長(zhǎng)及城市的不斷擴(kuò)建，東北地區(qū)城市面臨諸多的雨水利用方面的問題。一是城市硬化面積逐漸擴(kuò)大，嚴(yán)重阻隔了雨水向土壤中下滲，減少了對(duì)地下水的補(bǔ)給，導(dǎo)致雨水資源的流失；二是排水設(shè)施負(fù)擔(dān)重，在降雨集中期雨水無法被及時(shí)地清除，易形成雨洪；三是初期雨水會(huì)攜帶著污染物進(jìn)入河流中，導(dǎo)致水體污染，這也在一定程度上加劇了東北地區(qū)水資源的匱乏[1]。

上述問題已經(jīng)給東北地區(qū)的人們?cè)谏a(chǎn)生活方面帶來了極大的困擾，而一種行之有效的雨水利用設(shè)施是解決這些問題的關(guān)鍵。近些年，東北地區(qū)對(duì)于雨水利用的研究不斷發(fā)展與進(jìn)步，并開始將雨水研究應(yīng)用到實(shí)際案例中，如哈爾濱市群力雨洪花園、長(zhǎng)春市勞謙公園等。但東北地區(qū)許多城市在雨水利用方面仍處于初步探究階段，專門的暴雨管理體系尚未形成，雨水收集和利用方面的措施也很少，同時(shí)雨水常常和污水合流，這大大減少了對(duì)雨水資源的有效利用，所以大力發(fā)展雨水利用設(shè)施是解決諸多雨水問題的有效途徑[2]。

1 雨水花園在雨水利用中的作用

1.1 雨水花園的含義

雨水花園是一種生物滯留區(qū)的應(yīng)用形式，通常在人造或者天然形成的淺洼地區(qū)建造，可以對(duì)來自不透水地面、屋頂?shù)鹊挠晁M(jìn)行收集，并可通過其中植物與土壤的一系列作用，凈化雨水，達(dá)到控制雨水地表徑流和雨水回補(bǔ)地下水等目的。最初的雨水花園是于20世紀(jì)90年代由一位美國(guó)地產(chǎn)開發(fā)商所提出的，他希望建造一個(gè)能夠滯留和吸收雨水的場(chǎng)地以更有效地管理雨水。在相關(guān)部門的協(xié)助下，當(dāng)?shù)孛織澴≌寂浣艘粋€(gè)30～40 m2的雨水花園，并在建成后的數(shù)年里進(jìn)行追蹤檢測(cè)，數(shù)據(jù)顯示建造雨水花園比未建前平均減少了75%的地面雨水徑流量[3]。由此，雨水花園開始廣泛地被世界各地所熟知和運(yùn)用。

1.2 雨水花園的功能

雨水花園的功能：一是可以回補(bǔ)地下水，雨水花園的建造增加了城市空間中可滲透雨水的土壤面積，同時(shí)可通過植物的吸附、土壤的下滲，增加對(duì)地下水的補(bǔ)給；二是可以降低水體污染，雨水花園中的植物、土壤以及微生物能夠有效地除去初期雨水徑流中的有害物質(zhì)，如有機(jī)污染物、重金屬離子等，使通過地表徑流進(jìn)入水體中的雨水得到凈化，減少水體污染；三是可以防治雨洪，雨水花園當(dāng)中的植物和土壤能夠?qū)τ晁鸬接行У臏艉蜐B透作用，從而減少雨水地表徑流量，而當(dāng)降水量較大時(shí)，其中的溢流管可將超出處理范圍的雨水排到其他系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行處理[4]。

2 東北地區(qū)雨水花園設(shè)計(jì)方法

東北地區(qū)年降水量自東南向西北呈現(xiàn)逐步遞減的規(guī)律，而降水日數(shù)自東南向西北則呈現(xiàn)多—少—多的分布格局[5]。同時(shí)，東北地區(qū)易發(fā)生嚴(yán)重的旱澇災(zāi)害，而造成嚴(yán)重旱澇的一般是強(qiáng)降水異常事件，其多發(fā)生于6-9月份，尤其在7、8月份最為頻發(fā)，該時(shí)期降水時(shí)段集中，降水強(qiáng)度大，降水量可占到全年降水量的60%[6]。由此可以看出，雨水花園的應(yīng)用在東北地區(qū)具有很大的發(fā)展?jié)摿?，因此?duì)東北地區(qū)雨水花園設(shè)計(jì)方法的進(jìn)一步研究也具有重大的意義。

2.1 東北地區(qū)雨水花園的功能定位

在雨水花園設(shè)計(jì)之前，需要對(duì)雨水花園建造地點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研，并對(duì)待解決的關(guān)鍵性雨水問題進(jìn)行總結(jié)，以此確定將要建造的雨水花園的定位類型。

雨水花園可劃分為兩種定位類型：一類是以控制徑流量為主要功能的雨水花園。其適用于環(huán)境較好、雨水徑流污染較輕的城市空間，如公園、學(xué)校等，可以達(dá)到對(duì)雨水的滯留、滲透的效果，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單[7]；另一類是以降低徑流污染為主要功能的雨水花園。其適用于雨水徑流污染較重的城市空間，如商業(yè)中心等，可以達(dá)到凈化雨水的效果，但施工困難，需要在底部敷設(shè)專門的排水溝[8]。

2.2 東北地區(qū)雨水花園的選址

對(duì)于雨水花園的選址，在完成建設(shè)場(chǎng)地調(diào)查的基礎(chǔ)上，還應(yīng)做到以下9點(diǎn)：

選址應(yīng)當(dāng)滿足甲方的相關(guān)要求，符合相關(guān)的法律法規(guī)；把場(chǎng)地地下水位的高低作為雨水花園選址的重要參考之一，即應(yīng)選在地下水位較低而需要雨水補(bǔ)給的地方；分析土壤狀況，找出建設(shè)場(chǎng)地中土壤滲透能力較高的地方，將其作為區(qū)域雨水主要匯集下滲的候選區(qū)；確定建設(shè)場(chǎng)地的高程，找出高程較低且易積水的地方，作為雨水匯集和蓄存區(qū)；為了保護(hù)建筑基礎(chǔ)不被侵蝕，建筑基礎(chǔ)與雨水花園外圍的距離至少為2.5 m；雨水花園的位置應(yīng)選在遠(yuǎn)離供水系統(tǒng)的地方；盡量讓雨水花園建造在光照充足的地方；盡量建造在地勢(shì)平坦的地方，以便于施工和維護(hù)；應(yīng)適當(dāng)考慮雨水花園與周圍環(huán)境、其他設(shè)施的有機(jī)組合[9]。

2.3 東北地區(qū)雨水花園的規(guī)模

基于達(dá)西定律的滲透法、蓄水層有效容積法以及完全水量平衡法是精確計(jì)算雨水花園表面積的三種方法，這些方法各有特點(diǎn)，但計(jì)算過程均較為煩瑣[10]。在此，可以采用一種方便快捷的方法對(duì)精度要求不高的雨水花園面積進(jìn)行估算，主要步驟如下[11]。

2.3.1 匯水面積的計(jì)算

匯水面積S匯水的計(jì)算（其包括屋頂、不透水地面、草坪）公式為：

式中，S屋頂屋頂?shù)拿娣e；S不透水地面為不透水地面的面積；S草坪為草坪的面積；α為雨水花園可處理屋頂雨水徑流的比例；λ為草坪的徑流系數(shù)，一般取0.2。

2.3.2 徑流量的計(jì)算

徑流量Q的計(jì)算：

其中，h1為當(dāng)?shù)?4 h內(nèi)最大降雨量。

2.3.3 雨水花園24 h內(nèi)雨水下滲深度的計(jì)算

雨水花園24 h內(nèi)雨水下滲深度h2的計(jì)算公式為：

其中，r為雨水花園的滲透率。

2.3.4 雨水花園面積的計(jì)算

雨水花園面積S花的計(jì)算：

上述方法計(jì)算簡(jiǎn)便，但精度不高，適用性差，所以需要根據(jù)不同情況進(jìn)行具體修正。

2.4 東北地區(qū)雨水花園的豎向設(shè)計(jì)

雨水花園主要由五部分組成，由上到下依次為蓄水層、覆蓋層、種植土層、砂土層和礫石層[11-12]。一是蓄水層，是雨水凈化的第一步，它能短暫地對(duì)雨水進(jìn)行滯留，并可對(duì)雨水中的雜質(zhì)進(jìn)行沉淀。二是覆蓋層，通常為50～80 mm厚的木屑或樹皮等，其不僅可以為微生物提供有益的生存環(huán)境，促進(jìn)雨水的凈化，還可以使土壤濕度得到保持，有助于增大土壤的滲透性。三是種植土層，一般選用具有較好滲透性能的砂質(zhì)土壤，由于植物扎根于此，所以其具有較高的凈化雨水能力，該層厚度應(yīng)根據(jù)植物的類型來決定：若是草本植物，層厚一般在0.3～0.5 m；若為灌木時(shí)，層厚一般在0.5～0.8 m；如果為喬木，則層厚一般需要1 m以上。四是砂土層，厚度一般為0.15 m，其將種植土層與礫石層分隔開，避免了土壤顆粒進(jìn)入穿孔管中將其堵塞。五是礫石層，組成其的礫石粒徑均不超過50 mm，層厚一般在0.2～0.3 m，同時(shí)在該層敷設(shè)穿孔管，可將收集到的多余雨水排到市政排水管網(wǎng)中。

3 結(jié)論

雨水花園可以劃分為以控制徑流量為目的和以降低徑流污染為目的的兩種類型，人們?cè)诰唧w設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)所需目的加以區(qū)分選擇。雨水花園在選址時(shí)應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)厮?、地形、日照、土壤肥力等自然條件。對(duì)于面積精度要求不高的雨水花園來說，可以采用匯水面積對(duì)其規(guī)模進(jìn)行估算的方法來實(shí)現(xiàn)。雨水花園工程結(jié)構(gòu)可分為蓄水層、覆蓋層、種植土層、砂土層、礫石層五個(gè)組成部分，每個(gè)部分均具有相應(yīng)的作用和建造標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

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