下凹式绿地的暴雨蓄渗效果影响因素及模拟计算

（ 福建农林大学艺术园林学院，福建 福州350002）

随着我国城市化进程的不断加快，城市人口逐年增加，我国城市用水紧张的问题也越来越明显。水资源的日益短缺，水质的不断被污染和破坏等种种问题，使得水资源变得弥足珍贵，然而，每年却有大量的暴雨径流白白流失，而且会带来区域性的洪涝灾害，若能将这部分水资源加以利用，不但能减轻防洪负担，又能促进水资源的良性循环。下凹式绿地不仅能增加雨水的下渗量，减轻洪涝危害，还能将不透水汇水区的水通过渗透作用补充地下水，把汛期雨水转化为雨洪资源，同时，又具有能够净化地表径流，减轻城市面源污染，调节气候和遏制热岛效应等诸多功能和优点。

1 下凹式绿地的功能及结构

1.1 下凹式绿地的功能

下凹式绿地在城市小区和道路两旁都可以使用，是城市雨洪利用的重要措施之一。下凹式绿地具有3大基本功能。最显而易见的是景观功能，下凹式绿地可美化城市环境，使城市与大自然更好地融合，让居民置身其中时，能感到身心愉悦和放松。其次，还有活动和使用功能，供人们娱乐休闲。第三，下凹式绿地还有保护功能，即对空气的净化、土壤沙尘的固定和净化、对气候环境的改善、对噪声的防护、对水体净化等。除此之外，下凹式绿地还可以作为一种蓄水防汛的工程措施，用来贮存和渗透汛期雨水[1]。

1.2 下凹式绿地的结构

城市绿地根据其与周围地面的高程关系，可以分为3种：凹、凸、平。下凹式绿地指的是，在城市绿地规划设计过程中，使路面高程高于绿地高程，而雨水口的高程在两者之间。这样的设计可以使周围的雨水径流首先流入绿地，绿地蓄满水后才会流入雨水口，大大地增加了雨水下渗时间。下凹式绿地的蓄水效果非常好，实验表明，暴雨强度不超过150mm时，基本上积水时间很短或不积水[2]。

2 下凹式绿地蓄渗效果的影响因素

2.1 下凹式绿地的下凹深度

下凹式绿地的深度实际上是指下凹式绿地与路面或者溢出口之间的高度差。蓄水效果与下凹深度成正比，深度越深，效果越好，增大了雨水渗透时间，减缓径流洪峰，从而起到蓄水调节作用。但是，下凹式绿地的深度也不是越大越好，下凹式绿地多种植抗涝型植物，但是下渗时间过长会造成植物根系破坏且会造成安全隐患。下凹深度过小，则不利于蓄水，下渗时间得不到保证[3]。

2.2 下凹式绿地的面积比例

低势绿地面积与总面积的比例对蓄渗效果影响显著。低势绿地外排水率为零时的绿地面积，称为临界面积。当绿地面积大于临界面积时，雨水零排放；当绿地面积小于临界面积时，雨水有外排。随着低势绿地的占地面积的增长，土壤的渗透率增大，雨水径流量则越来越小，所以低势绿地在全部总面积下所占的比例增大有利于实现雨水蓄渗零排放、改善生态环境等。现今我国虽然城市绿地总量可观，但普通绿地居多，蓄渗能力有限，使得大部分雨水资源不能被有效利用。若适当增加下凹式绿地，可大大提高雨水的蓄渗效果和利用效率。

2.3 渗透系数

渗透系数是影响蓄渗效果的重要参数之一。土壤的渗透系数取决于土质、植被、孔隙度等因素，决定着绿地的渗透能力。不同草地、林地、降雨量、降雨强度、地形、土地利用方式以及人为扰动等因素也会对土壤的内部性质产生影响。不同结构、不同土质、不同植被覆盖的绿地的渗透系数差异很大，最小的为普通草坪，其渗透系数为2.5×10-7m／s，而林草地的蓄渗效果最佳，可达5×10-5m／s。二者蓄渗雨水径流能力相差2个数量级，因此，渗透系数对下凹式绿地的蓄渗能力有很大的影响。

2.4 设计暴雨重现期

设计暴雨重现期指的是设计暴雨强度出现的周期，大于或等于该值的暴雨强度可能出现一次的平均间隔时间，单位为年，用a表示。重现期与频率成反比。设计暴雨的重现期是统计平均概念，通俗地讲就是这么大的雨量多少年出现1次[4]。

暴雨重现期影响到下凹式绿地集蓄汇水区径流量的大小。设计暴雨重现期越大，进入绿地的径流量越大，绿地的雨水渗透率越小。对同一设计暴雨重现期，同一绿地土壤渗透系数，系统绿地面积率越大，绿地的下凹深度越小。当绿地土壤渗透系数相同，系统绿地面积率相同时，设计暴雨重现期不同时，设计暴雨重现期越大，则土壤渗透系数越小，下凹深度越大。

选择设计暴雨重现期，应该根据排水设计规范和当地实际需求。设计暴雨重现期越大，下凹深度越大，需要的成本费用也越高。一般情况下，选择1a、3a、5a的设计标准。

2.5 绿地植物耐淹时间

绿地植物耐淹时间与绿地下凹深度及绿地土壤渗透系数有关。下凹式绿地的下凹深度和面积比例计算完成后，其最不利条件下，绿地蓄满水时，雨水全部下渗所需要的时间要与绿地植物耐淹时间作比较，所需时间不能超出绿地植物耐淹时间。如果超过绿地植物耐淹时间，则需增加下凹式绿地面积率，增大土壤渗透系数，条件允许的话，可以直接更换土壤。在减少雨水渗透时间的同时，不能忽略成本问题。如若一味增大下凹式绿地面积，其日常维护的耗水量非常大，在缺水地区就应当慎重，此时，则应考虑其他雨水利用措施。

3 模拟暴雨条件下下凹式绿地的雨水蓄渗效果计算

3.1 暴雨公式

一般暴雨过程可以用公式表示为：

式中：I为一段时间内的降雨强度；t为降雨时间；b、n为地区参数；s为不同时期出现的雨力。因此时间t内总降雨深度H为：

因此，顺势降雨强度用i表示为：

考虑诸多因素，而且采用径流系数法计算汇水区雨力，为了简化计算，则取总雨力为：

式中：S为绿地及其他汇水区叠加时的总雨力；α表示径流系数；A为汇水区面积，m2；Ag为绿地面积，m2。

3.2 绿地净雨深

绿地雨水下渗的初期下渗率较大，后期则趋于稳定。为简化计算，采用平均下渗率μ来计算，产流历时用tc表示，则有

设计暴雨条件下，绿地土壤的下渗率决定了降雨损失强度。绿地净雨深

3.3 绿地雨洪流量

绿地的雨洪过程指的是汇水区入流过程和暴雨过程的叠加[5]。考虑到时间差问题，所以用绿地雨洪流量的瞬时最大值乘以一个修正系数来表示绿地雨洪流量，用Qm表示绿地雨洪流量峰值，β表示修正系数(一般取0.9），即

3.4 绿地溢流流量

雨水口溢流流量峰值为qm，用W表示于洪总量，V0表示绿地最大需水量，Vm表示调洪量，r表示涨洪历时和雨洪历时的比例，则

3.5 降雨拦蓄效果分析

绿地降雨拦蓄率用η表示，h′为水深，则

3.6 减峰效果分析

绿地减峰率用ρ表示，则根据绿地雨洪流量峰值和溢流流量峰值可以计算

4 结语

目前，我国正在大力倡导建设绿色城市、绿色建筑，下凹式绿地与国际先进的设计理念理念相符，其对洪涝灾害的防御、雨洪资源的利用，对水资源的净化，对城市的保护等功能对可持续发展有着重大的意义。下凹式绿地能实现对雨水资源水质、水量的控制、促进水资源的良性循环，是融合安全、生态、资源、环境等为一体的综合设计。

[1]车 伍，张 燕，李俊奇，等.城市雨洪多功能调蓄技术 [J].给水排水，2005，31（9）：125-129.

[2]任树梅，周纪明.利用下凹式绿地增加雨水蓄渗效果的分析与计算 [J].中国农业大学学报，2000，5（2）：50-54.

[3]程 江，徐启新，杨 凯，等.下凹式绿地雨水渗蓄效应及其影响因素 [J].给水排水，2007，33（5）：45-49.

[4]李俊奇，车 伍，迟 莲，等.住区低势绿地设计的关键参数及其影响因素分析 [J].给水排水，2004，30（9）：41-46.

[5]叶水根，刘 红，孟光辉.设计暴雨条件下下凹式绿地的雨水蓄渗效果 [J].中国农业大学学报，2001，6（6）：53-58.