下凹式绿地雨水渗透模型的探索

【摘要】下凹式绿地是一种具有渗蓄雨水、削减洪峰流量、减轻地表径流污染等优点的生态型排水设施。本文尝试将下凹式绿地与渗透桩相结合，并以郑州市具体道路和降雨条件为依据，探讨该雨水渗透模型的雨水渗蓄能力。得出在城市主干道两侧设置下凹式绿地时为满足雨水蓄积、渗透要求的下凹深度。

【关键字】下凹式绿地；渗透桩；雨水渗蓄

城市快速发展必然带来环境、生态、水资源等方面的矛盾，城市汇集的大量雨水就是一个突出的问题。由于城区的扩张，不透水面积逐年增加，使城区的雨水径流峰值明显增大，流出时间缩短，由此带来一系列不良后果。为缓解城市水资源不足，城区雨水利用的一个重要途径是使用各种人工设施强化雨水渗透，使更多的雨水深入地下以涵养地下水。本文尝试将下凹式绿地与渗透桩結合起来，探索新型的雨水渗透模型。并以郑州市道路为例提出了相关设计参数，计算出了降雨期间该模型的雨水渗蓄状况。以期在城市绿地规划与建设中发挥绿地在削减雨水径流、缓减排水系统建设运行压力、维护城市水安全等效应方面提供参考依据。

1 设计原理

1.1 渗透理论[1]

雨水渗透是指将雨水经过一定的处理后再深入地下，它不仅可以减少城市雨水管网的排水量，还有利于地下水的形成，是一种间接利用雨水资源的方式。即使下渗量较小，地下水位太深、或受地质条件限制以致下渗雨水不能进入地下含水层，但是至少可增加浅层土壤的含水量、调节气候而遏制城市热岛效应，还可减小径流洪峰流量及洪涝灾害威胁。此外，雨水入渗的另一优越性是能充分利用土壤的净化能力，并对城区径流导致的面源污染控制有重要意义。因此，雨水渗透是增加地下水源、减少城市雨洪量、改善城市水环境的有效途径。

1.2模型思想

针对城市小区、道路雨水，将现有的道路绿地改造为下凹式绿地，结合平流沉淀池的设计，将道路径流雨水截留在绿地之中。绿地中设渗透桩，以加大有效渗透面积，增强下渗能力。下渗过程中通过土壤—植被—微生物生态系统的净化功能来完成物理、化学、以及生物等净化过程。它的作用机理主要包括：土壤颗粒的过滤作用、表面吸附作用、离子交换作用、植物根系吸附等作用。

2 模型设计参数

在城市主干道两侧，每隔100m道路，设置一段宽度为3m，长度为50m的下凹式绿地，假设城市主干道为宽度为28m（双向八车道）。在下凹式绿地中均匀下设置500个直径为0.1m的渗透桩。绿地一端的路缘石设置30cm切口以便雨水流入。另一端设置一定高度水坝以拦截雨水，降雨量过大时，雨水可通过水坝溢流至集水槽从雨水管道排出。

3 渗透模型计算[1]

3.1渗透量计算

式中 ——渗透量， ；

——综合安全系数，一般可取0.5～0.8；

——土壤渗透系数， ；

——水利坡降，一般可取 =1；

——有效渗透面积， ；

——渗透时间， 。

以郑州市为例： =0.65， =0.0001， =1， =7min取直径10cm，深度50cm的渗透桩，则有效渗透面积为 。计算得 。

3.2 确定暴雨强度

暴雨强度的计算公式：

式中A、 、c、n——当地降雨参数；

q——设计降雨强度，

t——降雨时间，min；

P——设计重现期，年。

根据郑州多年降雨统计资料，其降雨参数为：A=45.8，c=1.15，n=0.99，b=37.3，则郑州市的暴雨强度计算为：

3.3确定渗透模型水量按下式计算

式中 ——在一定设计重现期下，在降雨历时内的径流量， ；

——渗透设施的间接集水面积， ；

——渗透设施的直接集水面积， ；

——降雨径流系数；

——降雨历时，min。

硬化道路径流系数取0.9，则 。

3.4 绿地渗蓄能力计算

下凹式绿地雨水渗蓄率是降雨过程中绿地渗透、蓄积雨水的量占进入绿地总雨水径流量的百分比。

式中 ——蒸发量， ；

——蓄积雨水量， 。

3.5确定蓄积雨水量

，V1为渗透桩的蓄积水量，m3；V2为绿地表层蓄水量，m3 。渗透桩以砾石填充，取孔隙率为30%，则 V1=0.59 m3 ，V2=BLh 故可以得到绿地下凹深h=0.114m。

4结论

（1）下凹式绿地是一种渗蓄能力较强的生态型排水设施，在给定边界条件下，如以郑州多年降雨统计资料以及具体道路参数为依据，计算得出了为适应该地区的降雨条件，此模型中下凹式绿地的下凹深度为11.4cm。

（2）本文在设定的模型参数条件下，探讨了与渗透桩结合的下凹式绿地的雨水渗蓄效果。如何配合市政工程设计建造切实可行的下凹式绿地，以及运行过程中下凹式绿地实际雨水渗蓄效果的发挥与参数的设计、选择还有待进一步探讨。

参考文献

[1]胡良明 ，高丹盈《雨水综合利用理论与实践》，黄河水利出版社，2009

作者简介：

王鹏坤，男，1992年12月，郑州大学水利与环境学院，给水排水专业2012级本科学生