基于Hydrus-1D模型的LID措施雨水徑流控制效應研究

麥葉鵬，黃國如，解河海，曾碧球，馬興華

(1.珠江水利委員會 珠江水利科學研究院，廣東 廣州 510611；2.華南理工大學 土木與交通學院，廣東 廣州 510640；3.華南理工大學 亞熱帶建筑科學國家重點實驗室，廣東 廣州 510640；4.廣東省水利工程安全與綠色水利工程技術研究中心，廣東 廣州 510640)

1 研究背景

試驗和監(jiān)測是探究低影響開發(fā)(low impact development，LID)措施對雨水徑流控制規(guī)律和機理的必不可少的環(huán)節(jié)，但是進行大量工況下的試驗和監(jiān)測會耗費大量財力物力，因此基于物理模型試驗結果，構建數(shù)值模型，并通過數(shù)值模型來模擬分析更加經(jīng)濟合理。模型模擬是優(yōu)化LID措施設計和預測運行結果的有效手段，目前有不少研究[1-4]通過模型模擬或現(xiàn)場監(jiān)測探究LID措施在地塊或片區(qū)尺度的雨水徑流控制效果，也有部分研究基于試驗結果運用模型模擬分析LID單項措施的雨水徑流控制效應。

對于LID單項措施模擬模型而言，常用的模型有SWC、Hydrus-1D、DRAINMOD和RECARGA。SWC模型可用于場次和長序列降雨條件下LID措施的雨水徑流水量分析，一般適用于選用LID措施類型及其面積[5]；Hydrus-1D模型可用于場次和長序列降雨下可變飽和多孔介質(zhì)中的水流運動和溶質(zhì)運移分析[6]，因此可用于分析LID措施徑流水量變化和徑流污染物在填料中的遷移機理；DRAINMOD模型可通過長序列降雨數(shù)據(jù)來預測地下水位、排水速率和排水總量，以及模擬氮素的轉化和鹽分運移，但不能進行場次降雨分析[7]；RECARGA模型適用于模擬生物滯留設施水量變化過程，但其降雨間隔最小為1 h[8]。由于Hydrus-1D模型不僅可以模擬LID措施的徑流水量和徑流污染物變化過程，而且還可用于場次降雨分析，因此本研究選用Hydrus-1D模型展開LID單項措施雨水徑流控制效應模擬研究。

李家科等[9]利用Hydrus-1D模型對不同情景下生物滯留池的水量削減效果進行模擬分析，結果表明人工填料層為粉煤灰+沙的生物滯留池對水量削減效果最佳，進入水量的增大會降低生物滯留池的水量削減效果。Jiang等[10]運用試驗觀測數(shù)據(jù)來構建生物滯留設施的Hydrus-1D模型，發(fā)現(xiàn)實測和模擬值之間的誤差是由入流和入滲特性引起的。Hilten等[11]較早地將Hydrus-1D模型運用于綠色屋頂?shù)哪M，以確定綠色屋頂在24 h設計降雨下的峰值流量和產(chǎn)流時間。Hakimdavar等[12]評估了Hydrus-1D模型預測相同綠色屋頂安裝在不同空間尺度上的差異，結果表明其預測的絕對誤差隨降雨量增大而增加。Xie等[13]構建了綠色屋頂?shù)腍ydrus-1D模型和SWMM模型，并比較兩者的產(chǎn)流量，結果表明Hydrus-1D的模擬結果總是大于SWMM模型。Qin等[14]基于Hydrus-1D模型開發(fā)了含有存水層的綠色屋頂數(shù)值模型，并用于綠色屋頂?shù)耐寥浪肿兓M，結果表明，在不進行灌溉的情況下，綠色屋頂一年有35%以上的時間遭受水分脅迫，且隨著土層深度的增加，水分脅迫天數(shù)減少，但灌溉總量增加。Zhang等[15]通過Hydrus-1D模型模擬分析表明綠色屋頂?shù)乃肯鳒p率隨降雨量周期呈指數(shù)下降，但隨基質(zhì)厚度增加而增加。相對而言，運用Hydrus-1D模型進行下凹式綠地和透水鋪裝模型模擬的研究相對較少，比如張建鋒等[16]僅用Hydrus-1D模型模擬分析了下凹式綠地的雨水徑流污染物在土壤中的遷移消減變化規(guī)律，Brunetti等[17]運用Hydrus-1D模型模擬研究了透水路面的水力性能。此外，影響LID措施雨水徑流控制效應的參數(shù)眾多，仍需進一步結合區(qū)域土壤特性和降雨特征探究LID措施在不同情形下的雨水徑流控制效應。因此，本文基于試驗研究成果[18-19]，運用Hydrus-1D模型進一步探究生物滯留池、下凹式綠地和透水鋪裝在多種工況下的雨水徑流控制效果和規(guī)律，以期為LID措施的規(guī)劃和設計提供參考。

2 試驗研究

2.1 試驗裝置生物滯留池試驗裝置長6.35 m、寬1.3 m、深1 m，填料主要由蓄水層(200 mm)、種植土層(250 mm)、透水土工布、石屑填料層(300 mm)、礫石排水層(250 mm)和基土層等構成。下凹式綠地試驗裝置長和寬均為2 m，填料主要由土壤基層(赤紅壤，500 mm)和種植土層(200 mm)組成，雨水口高度為50 mm。下凹式綠地裝置共設置4個等大的隔間，其中3個隔間分別種植玉龍草、馬尼拉草、大葉油草，另一個隔間為裸土，本文主要根據(jù)大葉油草下凹式綠地的試驗結果展開模型模擬研究。透水鋪裝試驗裝置長2 m、寬1 m，主要由礫石排水層(35 mm)、土壤基層(430 mm)、粗砂墊層(36 mm)、級配碎石層(364 mm)、找平層(20 mm)、透水磚(50 mm)等組成。各LID措施的試驗裝置填料結構圖如圖1所示。在試驗過程中，生物滯留池和下凹式綠地采用水塔提供模擬雨水徑流，而透水鋪裝采用人工模擬降雨系統(tǒng)提供模擬降雨。

圖1 各LID措施試驗裝置填料結構

2.2 試驗方案對于生物滯留池，主要探究在匯水面積比為8%時4個不同降雨重現(xiàn)期(即0.2 a、0.5 a、1 a和2 a)下的雨水徑流控制效果；對于下凹式綠地，主要探究在匯水面積比為20%時4個不同降雨重現(xiàn)期(即0.5 a、1 a、2 a和5 a)下的雨水徑流控制效果；對于透水鋪裝，主要探究小雨、中雨、大雨及暴雨等4種不同降雨強度下的雨水徑流控制效果。不同LID措施試驗對應的入流流量或降雨強度計算方法有所不同。對于生物滯留池，主要基于廣州市降雨強度公式(式(1))計算模擬降雨，并利用芝加哥雨型進行雨型分配，然后結合雨水流量公式(式(2))計算出不同降雨重現(xiàn)期下的入流流量過程，其中生物滯留池的綜合徑流系數(shù)根據(jù)《室外排水設計標準》(GB50014—2021)確定為0.9。對于下凹式綠地，也基于廣州市降雨強度公式計算降雨強度，并按照均勻雨型進行雨型分配，然后結合雨水流量公式計算出不同降雨重現(xiàn)期下的入流流量過程，并根據(jù)《室外排水設計標準》確定下凹式綠地的綜合徑流系數(shù)為0.85。對于透水鋪裝，則按照人工模擬降雨系統(tǒng)的不同等級降雨進行模擬降雨。不同LID措施試驗過程中對應的入流流量或降雨強度如表1所示。

(1)

式中：q為降雨強度，L/(s·hm2)；P為重現(xiàn)期，a；t為降雨歷時，min。

Q=ψqF

(2)

式中：Q為入流流量，L/s；ψ為綜合徑流系數(shù)；F為匯水面積，hm2。

表1 不同LID措施試驗對應的入流流量或降雨強度

2.3 試驗結果根據(jù)不同LID措施的試驗方案展開試驗，降雨歷時或入流時長都為1 h。生物滯留池的入流過程按照芝加哥雨型(雨峰系數(shù)0.4)進行入流，下凹式綠地按照均勻雨型進行入流，而透水鋪裝按照均勻雨型進行降雨，并對生物滯留池和下凹式綠地試驗過程中的入流和溢流以及透水鋪裝試驗過程中的降雨強度和溢流進行測量。各LID措施在不同降雨情形下的溢流過程如圖2所示。

圖2 各LID措施在不同降雨情形下的溢流過程

3 Hydrus-1D模型原理與構建

Hydrus-1D是基于土壤水動力學原理的一維入滲模型，可模擬多孔介質(zhì)中變飽和情況下的水分、溶質(zhì)運移和熱量傳遞過程[20]。該模型可以考慮多種匯源項的影響及邊界條件，模擬最小時間間隔為1 s。構建Hydrus-1D模型需要輸入包括土壤幾何和時間信息、土壤水力參數(shù)、植被特性、初始和邊界條件以及土壤剖面信息等。由于本文研究的降雨時長較短，因此忽略植物生長及根系吸水的影響，而只運用Hydrus-1D模型的水分運移模塊來進行LID單項措施雨水徑流水量控制效應模擬評估。模型的長度單位設定為cm，時間單位為min，質(zhì)量單位為g，迭代條件采用默認值。

3.1 模型參數(shù)設定在Hydrus-1D中，多孔介質(zhì)中的一維垂直水分運動采用Richards方程進行計算，如下：

(3)

式中：θ為土壤含水率；h為壓力水頭，cm；K為土壤導水率，cm/min；z為土壤深度向下為正，cm；s(h)為源匯項。

Hydrus-1D提供了多種模型來計算土壤水分特性，主要分為單孔模型和雙孔模型兩大類。本文選擇目前應用較為廣泛的單孔模型即van Genuchten模型來計算土壤水分特性，同時不考慮土壤中水流運動的滯后效應。van Genuchten模型基于土壤水分特征參數(shù)來預測土壤含水率和非飽和滲透系數(shù)，其計算公式如式(4)—(6)所示。

(4)

(5)

(6)

式中：θs為土壤飽和含水率；θr為土壤殘余含水率；α為與土壤進氣吸力有關的參數(shù)；n為土壤水分特征曲線的形狀參數(shù)；Ks為土壤飽和滲透系數(shù)，cm/min；Se為相對飽和度；l為孔隙連通性系數(shù)，一般取值為0.5，無量綱。

采用ku-pF非飽和導水率測量系統(tǒng)測得石屑、赤紅壤及基土等主要填料的土壤水分特征曲線，并擬合得到各填料及基土的土壤水分特征曲線van Genuchten模型擬合參數(shù)(如表2)，進而為各LID措施的Hydrus-1D模型提供土壤水力特征參數(shù)的初始數(shù)據(jù)。各LID措施水流模塊的初始土壤含水率為試驗前測得的各層填料含水率，上邊界均為具有表層的大氣邊界，下邊界均為自由排水邊界。

表2 填料及基土的土壤水分特征曲線

圖3 各LID措施的填料剖面圖

3.2 填料剖面劃分在Hydrus-1D的Soil Profile-Graphical Editor模塊中依據(jù)LID措施各層填料的厚度進行一維剖面劃分。各LID措施水流模塊的下邊界設定為自由排水邊界，生物滯留池的剖面劃分為赤紅壤層、生物炭層、石屑層、礫石層和基土層；下凹式綠地的剖面則劃分為種植土層和土壤基層；透水鋪裝的剖面則劃分為透水磚、找平層、級配碎石層、粗砂墊層和土壤基層；下凹式綠地和透水鋪裝的土壤基層采用的是赤紅壤進行鋪填。各LID措施的填料剖面在Hydrus-1D模型中的幾何信息如圖3所示。

3.3 模型參數(shù)率定與驗證根據(jù)試驗測量數(shù)據(jù)進行模型參數(shù)的率定與驗證，并選用納什效率系數(shù)(NSE)、相對誤差系數(shù)(Re)和決定系數(shù)(R2)來評價模型模擬值和實測值之間的擬合情況，各評價指標的計算公式如式(7)—(9)所示。NSE常用于水文模型參數(shù)的率定與驗證，其反映了模型模擬值和實測值之間統(tǒng)計差異。NSE的取值范圍為負無窮至1，當NSE≤0時為模型不可信，當0

(7)

(8)

(9)

根據(jù)試驗過程中采用的降雨類型，生物滯留池的率定期工況為0.5 a和2 a，驗證期工況為0.2 a和1 a；下凹式綠地的率定期工況為1 a和5 a，驗證期工況為0.5 a和2 a；透水鋪裝的率定期工況為中雨和暴雨，驗證期工況為小雨和大雨。采用試錯法調(diào)整土壤水力參數(shù)，使得率定期時各項LID措施的NSE都高于0.65，相對誤差絕對值控制在20%以內(nèi)。經(jīng)參數(shù)調(diào)整后，得到了符合要求的模擬結果，各LID措施在率定期不同降雨情形下的溢流的模擬與實測結果如圖4所示。根據(jù)式(7)—(9)計算分析得到不同LID措施在率定期與驗證期時實測值與模擬值之間的評價結果(表3)，進而確定不同LID措施的模型參數(shù)如表4所示。

圖4 LID措施在不同降雨情形下的溢流的模擬與實測結果

表3 不同LID措施的參數(shù)率定與驗證評價結果

表4 不同LID措施的模型參數(shù)

由表3可知，生物滯留池的模型模擬值與實測值之間的NSE在率定期與驗證期均大于0.73，Re的絕對值小于17.9%，R2大于0.76；下凹式綠地的模型模擬值與實測值之間的NSE在率定期與驗證期均大于0.69，Re的絕對值小于13.2%，R2大于0.79；透水鋪裝的模型模擬值與實測值之間的NSE在率定期大于0.75，在驗證期大于0.57，Re的絕對值小于16.49%，R2大于0.74。以上結果表明所構建LID措施Hydrus-1D模型的模擬精度較高，可用于進一步的模擬評估。

4 雨水徑流控制效應分析

基于所構建的各項LID措施Hydrus-1D模型，進行各項LID措施在不同情景方案下的雨水徑流控制效應模擬評估，探索其雨水徑流控制效應變化規(guī)律。對于生物滯留池，研究的影響因素主要為降雨重現(xiàn)期、匯水面積比(生物滯留池面積與匯水面面積之比)、蓄水層厚度和種植土厚度等關鍵參數(shù)。對于下凹式綠地，研究的影響因素主要為降雨重現(xiàn)期、雨水口高度、匯水面積比(下凹式綠地面積與匯水面面積之比)和種植土厚度等關鍵參數(shù)。對于透水鋪裝，研究的影響因素主要為降雨類型、降雨歷時、雨峰系數(shù)和透水磚滲透系數(shù)等。模型模擬分析所用降雨數(shù)據(jù)由廣州市暴雨強度公式(式(1))和芝加哥雨型計算得到。對于生物滯留池和下凹式綠地，雨峰系數(shù)取值為0.4，降雨歷時取值為60 min，同時還需結合雨水流量公式(式(2))計算其入流流量。

4.1 生物滯留池基于已驗證的生物滯留池Hydrus-1D模型，進行不同降雨重現(xiàn)期下，不同匯水面積比、不同蓄水層厚度和不同種植土厚度等情景下生物滯留池雨水徑流控制效果的模型模擬。生物滯留池的種植土包含赤紅壤層和生物炭層，在本研究中通過改變生物炭層下的赤紅壤層厚度來調(diào)整種植土厚度，而表層的赤紅壤層和生物炭層的厚度保持不變?！逗＞d城市建設技術指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建(試行)》(簡稱《指南》)[21]中規(guī)定生物滯留池的匯水面積比一般為5%～10%，蓄水層厚度一般為20～30 cm。此外，為滿足植物生長，需要種植土厚度不宜小于20 cm。因此，生物滯留池的匯水面積比、蓄水層厚度及種植土厚度應設置在規(guī)定范圍內(nèi)。在模擬分析生物滯留池匯水面積比對徑流量削減能力影響時，蓄水層厚度為20 cm，種植土厚度為25 cm；在模擬分析蓄水層厚度對徑流量削減能力影響時，匯水面積比為10%，種植土厚度為25 cm；在模擬分析種植土厚度對徑流量削減能力影響時，匯水面積比為10%，蓄水層厚度為20 cm。經(jīng)模型模擬與計算分析，生物滯留池在不同降雨重現(xiàn)期、匯水面積比、蓄水層厚度和種植土厚度時的徑流量削減率如圖5所示。

圖5 生物滯留池在不同情景下的徑流量削減率

由圖5可知，生物滯留池的徑流量削減率隨降雨重現(xiàn)期增大而減小。由圖5(a)可知，生物滯留池的徑流量削減率隨匯水面積比增大而增大，因為匯水面積比越大，單位面積的生物滯留池所需處理的雨水徑流就越少，徑流量削減率也就越高。由圖5(b)可知，生物滯留池的徑流量削減率隨蓄水層厚度增加而增加，其原因是蓄水層厚度越厚則生物滯留池所蓄滯和削減的水量越多。由圖5(c)可知，在種植土厚度為20～40 cm時生物滯留池的徑流量削減率隨種植土厚度增加而減小，究其原因，雖然種植土越厚會使得土壤蓄水性能有所提升，但生物滯留池的種植土厚度增加使得其滲徑長度也在增加，滲徑長度增加則會使得滲透速度下降，從而導致下滲水量減少，最終使得徑流量削減率隨著種植土厚度增大而減小。為探究各降雨重現(xiàn)期下生物滯留池的匯水面積比、蓄水層厚度和種植土厚度與徑流量削減率之間的函數(shù)關系，將模型模擬結果進行擬合分析，得到其擬合曲線方程如表5所示。

表5 生物滯留池的匯水面積比、蓄水層厚度和種植土厚度與徑流量削減率之間的擬合曲線方程

由表5可知，不同降雨重現(xiàn)期下，匯水面積比和蓄水層厚度與徑流量削減率之間的擬合曲線方程均為二元一次方程，其斜率均大于0且R2均大于0.999，說明生物滯留池的匯水面積比和蓄水層厚度與徑流量削減率之間為正線性相關關系。在0.5～2 a降雨重現(xiàn)期，匯水面積比與徑流量削減率擬合曲線的斜率為5.3066～6.9206，而蓄水層厚度與徑流量削減率擬合曲線的斜率為2.058～2.6154，說明生物滯留池的徑流量削減率隨匯水面積比增大而增大的幅度比蓄水層厚度時的大。而種植土厚度與徑流量削減率之間的擬合曲線方程均為二元一次方程且R2大于0.941，兩者為負線性相關關系。上述結果說明生物滯留池的徑流量削減率隨著匯水面積比和蓄水層厚度增大而增大，但隨著種植土厚度增大而減小。此外，由于考慮到植物耐淹性能和土壤滲透性能，《指南》[21]中建議生物滯留池的蓄水層厚度一般為20～30 cm，廣州市《城市綠化工程施工和驗收規(guī)范》[22]則規(guī)定草本植被的種植土厚度不小于30 cm。結合本文研究結果，建議生物滯留池的蓄水層厚度取值為30 cm，種植土厚度取值為30 cm。

4.2 下凹式綠地基于已驗證的下凹式綠地Hydrus-1D模型，進一步探究不同降雨重現(xiàn)期、匯水面積比、雨水口高度和種植土厚度對下凹式綠地雨水徑流控制效應的影響。在模擬分析下凹式綠地匯水面積比對徑流量削減能力影響時，雨水口高度為7.5 cm，種植土厚度為20 cm；在模擬分析雨水口高度對徑流量削減能力影響時，匯水面積比為15%，種植土厚度為20 cm；在模擬分析種植土厚度對徑流量削減能力影響時，匯水面積比為15%，雨水口高度為7.5 cm。經(jīng)模型模擬與計算分析，下凹式綠地在不同降雨重現(xiàn)期、匯水面積比、雨水口高度和種植土厚度時的徑流量削減率如圖6所示。

圖6 下凹式綠地在不同情景下的徑流量削減率

由圖6可知，下凹式綠地的徑流量削減率隨降雨重現(xiàn)期增大而減小，隨著匯水面積比、雨水口高度及種植土厚度增大而增大。由圖6(a)可知，在低匯水面積比時下凹式綠地的徑流量削減率較小，而在高匯水面積比時下凹式綠地的徑流量削減率就很高。由圖6(b)可知，下凹式綠地的徑流量削減率隨雨水口高度增加而增加，其原因是下凹式綠地的雨水口高度越高，則其所蓄滯的徑流水量就越多，所以徑流量削減率就越高。由圖6(c)可知，下凹式綠地的徑流量削減率隨種植土厚度增加而增加，但增加的幅度較小。為探究各降雨重現(xiàn)期下下凹式綠地的匯水面積比、雨水口高度和種植土厚度與徑流量削減率之間的函數(shù)關系，將模型模擬分析結果進行擬合分析，得到其擬合曲線方程如表6所示。

表6 下凹式綠地的匯水面積比、雨水口高度和種植土厚度與徑流量削減率之間的擬合曲線方程

由表6可知，不同降雨重現(xiàn)期下，下凹式綠地的匯水面積比、雨水口高度和種植土厚度與徑流量削減率之間的擬合曲線方程均為二元一次方程，其斜率均大于0且R2均大于0.998，說明下凹式綠地的匯水面積比、雨水口高度和種植土厚度與徑流量削減率之間為正線性相關關系。在0.5～2 a降雨重現(xiàn)期下匯水面積比與徑流量削減率擬合曲線方程的斜率為3.557～4.634，雨水口高度與徑流量削減率擬合曲線方程的斜率為2.9364～3.8364，而種植土厚度與徑流量削減率擬合曲線方程的斜率為0.324～0.4219，說明提高匯水面積比和雨水口高度可以較好的提高徑流量削減率，而種植土厚度的提高效果不明顯。此外，《指南》[21]中建議下凹式綠地的雨水口高度一般為5～10 cm，廣州市《城市綠化工程施工和驗收規(guī)范》[22]規(guī)定草本植被的種植土厚度不小于30 cm。因此結合本文研究結果，建議下凹式綠地的匯水面積比不宜小于15%，雨水口高度取值為10 cm，種植土厚度取值為30 cm。

4.3 透水鋪裝基于已驗證的透水鋪裝Hydrus-1D模型，模擬評估不同降雨重現(xiàn)期、降雨歷時、雨峰系數(shù)和透水磚滲透系數(shù)對透水鋪裝雨水徑流控制效果的影響。在模擬分析降雨歷時對透水鋪裝徑流量削減能力影響時，雨峰系數(shù)為0.4，透水磚滲透系數(shù)為0.018 cm/min；在模擬分析雨峰系數(shù)對徑流量削減能力影響時，降雨歷時為60 min，透水磚滲透系數(shù)為0.018 cm/min；在模擬分析透水磚滲透系數(shù)對徑流量削減能力影響時，降雨歷時為60 min，雨峰系數(shù)為0.4。經(jīng)模型模擬與計算分析，透水鋪裝在不同降雨重現(xiàn)期、降雨歷時、雨峰系數(shù)和透水磚滲透系數(shù)時的徑流量削減率如圖7所示。

圖7 透水鋪裝在不同情景下的徑流量削減率

由圖7可知，透水鋪裝的徑流量削減率隨降雨重現(xiàn)期和雨峰系數(shù)增大而減小，隨著降雨歷時和透水磚滲透系數(shù)增加而增加。由圖7(a)可知，當降雨歷時較長時，徑流量削減率則較大。這是因為降雨歷時越長，平均雨強則越小，入滲水量更多，所以徑流量削減率更大。由圖7(b)可知，透水鋪裝徑流量削減率隨著雨峰系數(shù)增大而降低，但降低幅度相對較小。其可能原因是前期的降雨使得透水鋪裝的填料逐漸飽和，而雨峰系數(shù)越大則降雨峰值越靠后，從而導致透水鋪裝的徑流水量削減能力越差。由圖7(c)可知，透水磚滲透系數(shù)在0.018～0.109 cm/min時，透水鋪裝徑流量削減率隨透水磚滲透系數(shù)增大而迅速增加。當透水磚滲透系數(shù)大于0.109 cm/min后，徑流量削減率的增加趨勢逐漸趨緩。當透水磚滲透系數(shù)為0.291 cm/min時，0.5～2 a重現(xiàn)期下的透水鋪裝削減率為98.5%～100%，說明當透水磚滲透系數(shù)大于0.291 cm/min時，透水鋪裝產(chǎn)生雨水徑流較少。為探究各降雨重現(xiàn)期下透水鋪裝的降雨歷時、雨峰系數(shù)和透水磚滲透系數(shù)與徑流量削減率之間的函數(shù)關系，將模型模擬分析結果進行擬合分析，得到其擬合曲線方程如表7所示。

表7 降雨歷時、雨峰系數(shù)和透水磚滲透系數(shù)與透水鋪裝徑流量削減率之間的擬合曲線方程

由表7可知，降雨歷時和透水鋪裝徑流量削減率之間的擬合曲線方程均為二元一次方程，其斜率大于0且R2均大于0.99，說明降雨歷時與透水鋪裝徑流量削減率之間為正線性相關關系。雨峰系數(shù)和透水鋪裝徑流量削減率之間的擬合曲線為二元一次方程，其斜率小于0且R2均大于0.965，說明兩者之間為負線性相關關系。滲透系數(shù)和透水鋪裝徑流量削減率之間的擬合曲線方程均為二元三次方程且R2均大于0.996，兩者之間為正相關關系。此外，《透水磚路面技術規(guī)程》[23]規(guī)定透水磚的滲透系數(shù)不應小于0.6 cm/min。結合本文研究結果，建議透水磚的滲透系數(shù)設計值亦不應小于0.291 cm/min。

5 結論

(1)生物滯留池的徑流量削減率隨降雨重現(xiàn)期增大而減小，匯水面積比和蓄水層厚度與徑流量削減率之間為正線性相關關系，在種植土厚度為20～40 cm時種植土厚度與徑流量削減率之間為負相關關系。提高匯水面積比和蓄水層厚度可以明顯地提高徑流量削減率，而在20～40 cm時種植土厚度越小則徑流量削減率越大。此外，根據(jù)研究結果和相關規(guī)定，建議生物滯留池的蓄水層厚度取值為30 cm，種植土厚度取值為30 cm。

(2)下凹式綠地的徑流量削減率隨降雨重現(xiàn)期增大而減小，隨匯水面積比、雨水口高度和種植土厚度增加而增加。下凹式綠地的匯水面積比、雨水口高度和種植土厚度與徑流量削減率之間為正線性相關關系。提高下凹式綠地匯水面積比和雨水口高度可以較好的提高其徑流量削減率，而增加種植土厚度的提高效果不明顯。此外，為更好地控制雨水徑流，建議下凹式綠地的匯水面積比不宜小于15%，雨水口高度取值為10 cm，種植土厚度取值為30 cm。

(3)透水鋪裝的徑流量削減率隨降雨重現(xiàn)期和雨峰系數(shù)增大而減小，隨著降雨歷時和透水磚滲透系數(shù)增加而增加。降雨歷時與透水鋪裝徑流量削減率之間為正線性相關關系，雨峰系數(shù)和透水鋪裝徑流量削減率之間為對數(shù)函數(shù)關系且為負相關關系，透水磚滲透系數(shù)和透水鋪裝徑流量削減率之間為正相關關系。當透水磚滲透系數(shù)大于0.29 cm/min時，透水鋪裝產(chǎn)生的雨水徑流較少。此外，根據(jù)本研究結果，建議透水磚的滲透系數(shù)設計值不應小于0.291 cm/min。