雨水花园在雨洪利用与控制中的应用探究

2016-03-25刘文奇

现代园艺·综合版 2016年5期

刘文奇

摘要：雨水花园是基于生态型社会建设而提出的雨洪控制与利用的设施，目前被广泛应用于工业区建筑、道路雨洪径流、停车场、商业区、城市住宅区等场所，可有效缓解道路截流蓄水能力低及雨水管网排水能力低等问题。基于此，笔者以道路雨洪径流发生的原因为切入点，对雨水花园的功能、类别以及设计应用模式进行了分析。

关键词：雨水花园；雨洪；利用；控制

雨水花园主要利用植物与土壤的过滤作用滞留雨水，促使其缓慢渗透至土壤层中，而达到净化雨水、减少暴雨径流的目的。一般而言，雨水花园的建立对所需土壤并无明确要求，砂土、黏土等均可，在道路、住宅区、工业建筑区、城市公共建筑等周边场所均可使用，是城市道路暴雨径流控制较为有效的管控技术。

1 城市雨洪发生的原因分析

1.1 道路绿地截留蓄水能力普遍偏低

绿地植被与土壤具有较强的截流与渗透作用，能显著降低雨洪径流速度，被国外重视雨水利用的国家所利用。而在国内，道路绿地的功能多以分隔车道、美化城市景观为主，所选栽种植被多为观赏型绿植，并未构建多类型植物复合群落；较少考虑植物的耐湿、抗旱特性，部分植被在旱季很可能为高耗水植株；加之植床土质渗水特性不强，路面低于植床标高，导致雨洪径流很难汇人道路绿地中。基于上述原因，使得我国城市道路绿地所能发挥的截流蓄洪能力普遍偏低。

1.2 城市道路所铺设地面多不具备透水性能

相关研究指出，道路表面径流系数与其基层结构、面层结构紧密相关。目前，我国大部分城市道路为沥青或水泥路面，人行道多为花岗岩等低透水率材料，这类材料虽能有效增强路面的密实度，但其透水率确极低，当雨洪发生时，直接增大了道路径流系数，加大了雨洪治理难度。

1.3 道路排水管网设施不能有效满足路面的排水需求

随着我国城镇化建设进程的迅猛发展，城区排水量迅速增加，而现有排水管网存在数量不足、设计不合理、管网老化等问题，加之部分排水口多被各类固体垃圾、沙尘等堵塞，如遇暴雨天气，很容易产生城市内涝。

2 雨水花园的功能和分类

2.1 雨水花园的功能

雨水花园主要是利用土壤、植被等的生物作用、物理作用及化学作用等来实现对雨水的处理，具体功能为：第一，雨水花园植被的蒸腾作用与蓄积雨水的蒸发作用可调节周边环境的温湿度，缓解热岛效应；第二，雨水花园中土壤、植被的渗透作用与截流作用可增加雨水径流阻碍，削减流量，补充地下水源，降低洪涝发生率；第三，雨水花园能够有效去除雨洪径流中的各类污染物，如重金属去除率可达45%-95%，TSS去除率可达80%，TN去除率可达50%，TP去除率可达60%，病原体去除率可达70%-100%。

2.2 雨水花园的类别

2.2.1 雨洪径流量控制型。雨洪径流量控制型雨水花园的主要功能是控制区域内雨洪径流，减缓径流速度，减少径流总量，补充地下水源，净化水质。该类型普遍应用于汇流面积小、水质较高的雨洪区，如城乡分散单户庭院内径流、小区屋面雨水径流等。雨洪径流量控制型雨水花园的结构相对简单，不需要专门设计底部排水沟，但对花园位置的选择要求十分高，如：雨水花园需远离树荫，以增加光照；雨水花园与建筑物间隔距离要控制在3m以上，以防止建筑基地被浸泡；雨水花园要尽可能地设置在雨水汇聚的区域，但也需将区域内土壤的渗透性能考虑在内，以避免长时间积水；所选位置应趋于平坦，以此来减少土方使用量，节省投建资金。

2.2.2 径流污染控制型。在部分文献中，径流污染控制型花园又被称为生物滞留区域，其功能以径流污染控制为主，普遍应用在道路周边、广场等区域。

3 雨水花园的设计

3.1 径流量控制型雨水花园设计

3.1.1 土质要求。径流量控制型雨水花园对土壤的渗透性有要求，一般挖约15cm的坑并注满水，若24h后积水渗透完，即符合雨水花园建设对土壤的要求。若土壤渗透性达不到标准，可依照比例对局部土壤进行置换，如20%-30%表层土、腐殖土；50%-60%碎石与砂土。

3.1.2 结构与深度。径流量控制型雨水花园的结构较为简单，通常仅需确保满足其设计指标的雨水能够及时排入排水系统即可。若雨水花园所在位置远离排水系统，可通过溢流装置将雨水经溢流管道进入排水系统；若雨水花园处在郊区或单户庭院内，超出渗蓄能力的雨水则会自行排人庭院排水沟渠。

以径流控制为目的的雨水花园其设计深度需根据地面坡度与土壤的渗透性能确定。一般情况下，当地面坡度<4%时，其设计深度可为7.6-12.7cm；当地面坡度在5%～7%时，其设计深度可为15.2-17.8cm；当地面坡度在8%～12%时，其设计深度可为20cm。

3.1.3 表面。径流量控制型雨水花园的设计流量通常是整个汇流面积内的所有径流量，若确保雨水花园内的雨水能够在设计时间内完成渗透，则需根据公式计算所得：Q_{t小时径流}=Q_{t小时渗透}；ψ·H_t·A_汇=K·A_f·t；A_f=A_汇·ψ·H_t/K·t。公式中，ψ代表径流系数；H_t代表t小时内的降雨量（mm）；A汇代表汇水面积（㎡）；t代表设计时间，通常取值为24h。

3.2 径流污染控制型雨水花园

3.2.1 土质要求。通常要求土壤为砂土，其中黏土含量需不大于25%，砂土含量需介于35%-60%，且土壤内需含大量直径在25mm以上的树根、木屑、碎石、无害草籽等。

3.2.2 结构与深度。结构：径流污染控制型雨水花园结构较为复杂，由植被缓冲带、有机覆盖层、地下排水暗管、种植土层及植物等构成，且部分花园还设置紧急溢流装置与贮水池。深度：植被缓冲带用来预处理雨水径流中包含的大量碎片、固体垃圾等；蓄水区主要用来滞留雨水和沉淀径流，其深度多为15-22cm；覆盖层可避免表面土层被侵蚀，发挥过滤大悬浮物的作用，其设计深度多为5-lOcm；种植土层设计深度多为60-120cm；底部排水层主要用来收集渗透完成后的雨水径流，其设计深度大约为30-45cm。

3.2.3 表面积。径流污染控制型雨水花园的表面积多根据土壤类型、雨水花园深度及所需处理的雨水径流量来确定，其计算可按下述公式进行：

（1）初期径流量：P=（P-0.2S）²/P+0.8S，S=25400/CN-254。其中P代表需处理的实际降雨（一），P表示设计降雨量（mm）；S代表潜在最大损失量；CN代表径流曲线。

（2）确定表面积。假设在t时间内雨水全部渗透至土壤内，则可得出公式：Q_{tf初期径流}=Q_tf渗透量；Q=K·J·t_f.A_f=K.（h+d_f）/d_f·t_f·A；A_f=Q·d_f/K（h+d_f）·t_f。公式中，Af、J、d_f、h、K、t_f分别代表：雨水花园表面积（mm）、水力坡降、种植土深度、平均水深、渗透系数、雨水在花园表面的滞留时间。