基于PTFs的公園綠地‘蓄’‘滲’效果評(píng)估
——以洛陽(yáng)市為例

李華偉 楊國(guó)永

（1河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2河南省地質(zhì)物探測(cè)繪技術(shù)有限公司）

0 引 言

自“十三五規(guī)劃”頒布以來(lái)，黨和政府緊緊圍繞“為了提高人民群眾的生活水平，使人民過(guò)上幸福的生活”采取了系列的工程措施，特別是重大工程的建設(shè)，均是以“重視增進(jìn)人民的福祉，增強(qiáng)人民群眾的幸福感、獲得感”為出發(fā)點(diǎn)。河南省立足省情，亦做了許多工作，“百城建設(shè)提質(zhì)工程”和“海綿城市建設(shè)”便是重大舉措中的兩項(xiàng)。

河南省委和省人民政府在全面貫徹落實(shí)中央、省委城市工作會(huì)議精神的基礎(chǔ)上，從“加快供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，增強(qiáng)城市綜合承載能力，提高新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量和水平”方面，結(jié)合省內(nèi)實(shí)際情況頒布實(shí)施了《關(guān)于推進(jìn)百城建設(shè)提質(zhì)工程的意見(jiàn)》?！蛾P(guān)于推進(jìn)百城建設(shè)提質(zhì)工程的意見(jiàn)》指出，“城市新區(qū)、各類園區(qū)、新建單位和小區(qū)要按照海綿城市要求規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)”，“縣級(jí)市20%以上、縣城10%以上建成區(qū)的面積達(dá)到海綿城市建設(shè)目標(biāo)要求”。河南省人民政府辦公廳《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》指出，到2020 年，城市建成區(qū)和縣城建成區(qū)滿足海綿城市要求的面積需分別達(dá)到20%以上和10%以上；到2030年，城市建成區(qū)和縣城建成區(qū)滿足海綿城市要求的面積需分別達(dá)到80%以上和30%以上。洛陽(yáng)市人民政府《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)工作的實(shí)施意見(jiàn)》指出，到2020年洛陽(yáng)市市區(qū)建成區(qū)和縣城建成區(qū)達(dá)到海綿城市要求的面積分別不低于20%和10%，到2030年分別不低于80%和30%。

《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》（試行）指出，海綿城市建設(shè)，指在城市規(guī)劃與建設(shè)過(guò)程中，充分發(fā)揮城市的綠地、道路、水系等設(shè)施對(duì)雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，使城市的水文特征在城市開(kāi)發(fā)建設(shè)后接近建設(shè)開(kāi)發(fā)前，進(jìn)而有效緩解城市內(nèi)澇、削減城市的徑流污染負(fù)荷、節(jié)約水資源、保護(hù)與改善城市的生態(tài)環(huán)境，使城市具備對(duì)雨水自然積存、自然滲透、自然凈化等功能。海綿城市為有效緩解城市內(nèi)澇和城市水資源短缺之間的矛盾以及減緩地下水水位下降提供了新的思路，是城鎮(zhèn)化建設(shè)的新理念，是新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的必然選擇。

洛陽(yáng)市前期實(shí)施已竣工的海綿城市建設(shè)工程和市區(qū)已有的公園綠地等透水路面是否達(dá)到海綿城市的指標(biāo)要求，文章通過(guò)實(shí)地采樣及實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)測(cè)定土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)的方法，通過(guò)已經(jīng)建立的土壤轉(zhuǎn)換函數(shù)（Pedo Transfer Functions，PTFs）對(duì)洛陽(yáng)市現(xiàn)有公園綠地表層土壤的最大含水量和最大透水能力即海綿城市建設(shè)指標(biāo)中的“滲、蓄”能力進(jìn)行評(píng)估。

1 研究區(qū)概況

1.1 洛陽(yáng)市自然、經(jīng)濟(jì)概況

洛陽(yáng)市位于河南西北部（112h16′E～112h37E，34h32′N(xiāo)～34h45′N(xiāo)），橫跨黃河中下游南北兩岸，東鄰鄭州市，西接三門(mén)峽市，北跨黃河與焦作市接壤，南與平頂山市、南陽(yáng)市相連。屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫12.20～24.60 ℃，無(wú)霜期210 d以上，年降水量528～800 mm，年日照為2 200～2 300 h，年均濕度60%～70%。主要自然災(zāi)害有旱、澇、雹、暴雨、干熱風(fēng)等。

據(jù)洛陽(yáng)市統(tǒng)計(jì)局公布數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)初步核算，洛陽(yáng)市2018年生產(chǎn)總值達(dá)4 640.80 億元，比上年增長(zhǎng)7.90%。第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)增加值為237.10 億元，增長(zhǎng)3.60%；第二產(chǎn)業(yè)增加值為2 067.60 億元，增長(zhǎng)7.30%；第三產(chǎn)業(yè)增加值為2 336.10 億元，增長(zhǎng)9.00%。人均生產(chǎn)總值67 707 元，比上年增長(zhǎng)7.20%。伴隨人均生產(chǎn)總值增多的是人們對(duì)宜居生活環(huán)境的需求。

1.2 洛陽(yáng)市氣象水文概況

2018 年度洛陽(yáng)水資源概況與多年平均值相比，洛陽(yáng)市降雨量增加4%，地表水資源量減幅超過(guò)30%，地下水資源量減少幅度達(dá)到33.80%。根據(jù)洛陽(yáng)市1956-2013 年的降雨量統(tǒng)計(jì)資料顯示近58 a 來(lái)，洛陽(yáng)市降水量呈明顯減少的趨勢(shì)。其中2月、5月、9月和12月增加，9月份增加最多，其他幾個(gè)月份呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，其中10 月份減少最多；全年降水量主要集中在7月、8月和9月三個(gè)月份，達(dá)53.12%。

1.3 洛陽(yáng)市海綿城市建設(shè)政策指標(biāo)

洛陽(yáng)市人民政府《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)工作的實(shí)施意見(jiàn)》指出，洛陽(yáng)海綿城市建設(shè)的總體目標(biāo)是對(duì)雨水徑流總量的控制率不低于70%，項(xiàng)目建設(shè)后需達(dá)到“小雨不積水、大雨不內(nèi)澇、水體不黑臭、熱島有緩解”的效果，到2020年洛陽(yáng)市市區(qū)建成區(qū)和縣城建成區(qū)達(dá)到海綿城市要求的面積分別不低于20%和10%，到2030年分別不低于80%和30%；每年按照海綿型城市的要求分別按照10%和20%的比例對(duì)單位、居住區(qū)和公園的現(xiàn)有綠地系統(tǒng)進(jìn)行提升改造，至少40%的新建城區(qū)硬化地面具備滲水能力。

1.4 洛陽(yáng)市公園綠地建設(shè)現(xiàn)狀

截止到2019 年，洛陽(yáng)市建成區(qū)綠化的覆蓋率和綠地率分別達(dá)到44.15%和37.02%，人均公園綠地面積達(dá)到12.20 m2。達(dá)到“300 m 見(jiàn)綠、500 m 見(jiàn)園”和“大游園提升城市形象，小游園方便群眾生活”的目標(biāo)。

2 土壤樣品參數(shù)測(cè)定及PTFs介紹

2.1 土壤樣品采樣及參數(shù)測(cè)定

文章中土壤樣品采用環(huán)刀法取自洛陽(yáng)市區(qū)5 個(gè)公園的9個(gè)樣點(diǎn)，所有采樣點(diǎn)均采取表層土進(jìn)行研究，每個(gè)樣點(diǎn)采取3 個(gè)土樣作為重復(fù)，共計(jì)27 個(gè)土壤樣品。帶回實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)烘箱烘干后對(duì)其土壤物理特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)定?？紤]到運(yùn)輸過(guò)程中振動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的干擾，本次實(shí)驗(yàn)只測(cè)定了土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)。用坩堝將烘干后的土壤樣品研磨過(guò)篩，采用粒度分析系測(cè)其土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)，每個(gè)樣點(diǎn)取三個(gè)數(shù)值的算術(shù)平均值作為該樣點(diǎn)土壤樣品的土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)，土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)表

2.2 土壤轉(zhuǎn)換函數(shù)（Pedo Transfer Functions，PTFs）

土壤轉(zhuǎn)換函數(shù)（Pedo Transfer Functions，PTFs）是常用的間接獲得土壤水力特性參數(shù)的方法，即通過(guò)土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)、土壤容重、有機(jī)質(zhì)含量等數(shù)據(jù)通過(guò)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型估算得到。PTFs已得到廣大研究學(xué)者的認(rèn)可，在水文水資源、農(nóng)業(yè)水文等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，按照模型構(gòu)建方法的不同，土壤轉(zhuǎn)換函數(shù)主要分為：統(tǒng)計(jì)回歸模型、參數(shù)回歸模型、物理-經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⑷斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和支持向量機(jī)模型，文章采用Puckeet和Strait基于美國(guó)數(shù)據(jù)集建立的PTFs分別估算土壤飽和導(dǎo)水率與飽和含水率，進(jìn)而對(duì)洛陽(yáng)市公園綠地表層土壤的最大含水量和最大透水能力即海綿城市建設(shè)指標(biāo)中的“滲、蓄”能力進(jìn)行評(píng)估，PTFs方程式見(jiàn)公式1、2。

Puckeet模型（1985）

式（1）中，Ks——飽和導(dǎo)水率，cm/day；clay——黏粒百分含量，%。

Strait模型（1979）

式（2）中，Θs——飽和含水率，cm3/cm3；sand——砂粒百分含量，%；clay——黏粒百分含量，%。

3 公園綠地表層土土壤水力特性

洛陽(yáng)市公園綠地表層土土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)經(jīng)過(guò)PTFs 計(jì)算，估算得到的土壤飽和導(dǎo)水率數(shù)據(jù)與土壤飽和含水率數(shù)據(jù)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 洛陽(yáng)市公園綠地表層土土壤水力特性參數(shù)表

3.1 公園綠地表層土土壤飽和含水率

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，我們得知洛陽(yáng)城區(qū)已建成公園綠地表層土壤的飽和含水率在4.10 10-10～4.32 10-10cm3/cm3之間，由于取樣具有隨機(jī)性、樣本數(shù)量較少、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的誤差和PTFs估算結(jié)果的誤差等多方面因素，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)不能作為洛陽(yáng)城區(qū)已建成公園綠地表層土壤的飽和含水率的真實(shí)體現(xiàn)。

3.2 公園綠地表層土壤飽和導(dǎo)水率

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，我們可知洛陽(yáng)城區(qū)已建成公園綠地表層土壤（10 cm）飽和導(dǎo)水率數(shù)據(jù)在1.79 10-3～1.82 10-3cm/s 之間，單位面積綠地單位小時(shí)內(nèi)入滲的水量為6.44～6.54 cm 之間，在不考慮周邊積水和下層土壤影響的情況下，小時(shí)降雨量為6.44～6.54 cm的雨水能透過(guò)表層土壤滲透入地下，由于未對(duì)下層土壤的透水性即土壤飽和導(dǎo)水率進(jìn)行測(cè)定，無(wú)法得知洛陽(yáng)城區(qū)已建成公園的入滲能力。

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)PTFs 轉(zhuǎn)換得到的結(jié)果，我們可知洛陽(yáng)城區(qū)已建成公園綠地表層土壤單位面積綠地單位小時(shí)內(nèi)入滲的水量為6.44～6.54 cm之間，飽和含水率在0.41～0.43 cm3/cm3之間，考慮到取樣地點(diǎn)的隨機(jī)性、樣本數(shù)量較少、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的誤差和PTFs 估算結(jié)果的誤差的因素，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)不能作為洛陽(yáng)城區(qū)已建成公園綠地表層土壤的飽和含水率與飽和導(dǎo)水率的真實(shí)體現(xiàn)。由于未對(duì)下層土壤的土壤飽和導(dǎo)水率和飽和含水率進(jìn)行測(cè)定，也未對(duì)橫向土壤的飽和導(dǎo)水率進(jìn)行測(cè)定，且公園綠地地面地貌情況不同，無(wú)法得知公園綠地的集匯水情況，因此也無(wú)法得知公園綠地不同區(qū)域的入滲能力，也無(wú)法得知在一次降雨過(guò)程中公園綠地的最大儲(chǔ)水能力。加上氣象部門(mén)、水文部門(mén)、防汛部門(mén)的降雨量劃分均是根據(jù)日降雨總量進(jìn)行，無(wú)法得知單位時(shí)間內(nèi)的降水量，因此也無(wú)法判斷洛陽(yáng)城區(qū)已建成區(qū)公園綠地在不同降雨等級(jí)情況下的蓄滲能力。