下凹式绿地径流削减公式及实验论证

宋召凤

摘要：根据下凹式绿地的渗蓄原理及水量平衡关系式，建立了其径流削减率理论公式，并通过实验论证了其准确性。结果表明：径流削减率随着降雨重现期的增加而降低，随下凹深度的增加而呈升高趋势；3种下凹深度工况下，绿地径流削减率理论值与实验值相差均低于5%。其中，下凹深度为15 cm时理论削减率（97.15%）与实验值（97.88%）最为接近，且重现期小于4a时二者削减率均为100%。

关键词：下凹式绿地；渗蓄；径流削减；下凹深度

中图分类号：X171.1

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）14-0119-03

1 引言

城市化的高速发展、过度建设使得大量的硬化地面代替了原来具有涵养水源的林地和草地[1]，城市化不透水面积逐年增加、地面蓄水能力大大减弱。这不仅带来降雨洪峰流量增大、到达洪峰时间缩短及地表径流总流量增加等诸多问题，同时使径流雨水冲刷下垫面所带来的面源污染日渐严重[2]。为有效避免城市化进程对城市水体的影响，国际上陆续出现了诸多新的雨洪管理理念与技术。其中，低影响开发技术因其能实现雨水径流的源头控制而在国外许多发达国家得到广泛的应用[3～5]。

下凹式绿地作为一种典型的低影响开发技术，不仅能够增加城市绿地面积，更重要的是可以有效的蓄渗雨水径流、增加汇流时间，实现削减径流污染、净化水质的效果[6-8]。目前对于下凹式绿地的研究虽多，但大多停留在净化效果的研究[9]。本文从下凹式绿地的径流削减原理出发，建立多参数的径流削减率理论公式，并通过实验论证其准确性，以期为城市规划建设中发挥绿地的径流削减作用提供参考依据。

2 下凹式绿地径流削减率理论计算

2.1 下凹式绿地构造图

典型的下凹式绿地由蓄水层、种植层及原土层三部分构成（图1）。绿地内设有溢流口，保证暴雨时径流的溢流排放。与普通绿地相比，下凹式绿地利用下凹空间滞留雨水、增加汇流时间、削减径流污染，从而实现补充地下水、减少径流污染的效果。

2.2 下凹式绿地水量平衡分析

假设面积为A1的下凹式绿地，其集水区面积为B1。当降雨发生后，下凹式绿地通过蓄集、渗透、蒸发等方式处理集水区内径流雨水，超过绿地处理能力的雨水通过溢流口排入雨水管道。计算时段内存在以下水量平衡关系式[10～12]：

式（1）中，P0为降雨总量（包括集水区雨水径流量及直接降至绿地的雨水），m³；U0为初始蓄水量，m³；Wp为下渗量，m³；U1为结束时绿地蓄水量，m³；D为径流损失量，m³；E为蒸发量，m³；Q为溢流外排量，m³。

2.3 下凹式绿地径流削减能力计算

下凹式绿地径流削减率是降雨过程中绿地渗透、蓄积、蒸发雨水的量占进入绿地总雨水径流量的百分比，用N绿地表示。由此可见，Wp、U1、E均为下凹式绿地的径流削减量，由于时段內蒸发量E较小，在计算中未考虑。因此，下凹式绿地径流削减率N绿地可通过式⑵计算：

从式（6）可以看出，在绿地面积及其集水区面积一定的情况下，影响下凹式绿地径流削减率的主要因素是绿地的渗透速率、下凹深度、坡度、绿地周长、降雨重现期与历时，以及集水区的径流系数等。

3 实验论证

3.1 试验装置

试验共采用3个下凹式绿地反应器（编号A、B、C），每个反应器长、宽、高均为1.0 m，如图2所示。反应器内由下而上分别是反滤层（直径2 cm的鹅卵石，铺设厚度10 cm）、土工布、绿化土、草皮（10 cm）。其中，绿化用土依据上海市绿地土壤容重1.42 mg/m³装填，总厚度为60 cm；草皮覆盖面积为90%。装置内壁在距离草皮上面5 cm处设有直径为2 cm的排水口，并与收集径流雨水的桶衔接。

3.2 实验设计

试验设计下凹深度为5 cm、10 cm、15 cm，进水速率按照设计重现期的降雨量换算而来，采取人工注水的方式模拟降雨，径流雨水由装置溢流口收集，具体试验设计见表1。

3.3 评估分析

将表1设计参数带入式⑹得到下凹式绿地在不同重现期下的理论径流削减率，从与实验结果对比图（图3）可以看出，下凹式绿地的径流削减率理论值与实验值均随重现期的增大而降低、随下凹深度的增加而呈升高趋势。其中，下凹深度为15 cm时理论削减率（97.15%）与实验值（97.88%）最为接近，二者仅相差0.73%，且重现期小于4a时二者削减率均为100%；下凹深度为10cm和5cm时理论削减率（分别为83.96%、67.94%）与实验值（88.68%、71.12%）相差较大，最大差值也仅为4.72%。通过对比还发现，三个下凹深度的理论削减率均低于实验值。由此可见，在本实验条件下，下凹式绿地径流削减率理论值与实验值相差均低于5%，且理论值较低。因此，下凹式绿地的径流削减理论公式可作为实际应用中设计参数制定的依据。

4 结论

（1）下凹式绿地是一种通过渗透、蓄积来实现削减雨水径流、净化水质的低影响开发技术。根据其削减径流的原理及水量平衡关系式得到其径流削减率理论公

由此可见，影响下凹式绿地的径流削减能力的因素包括渗透速率、下凹深度、坡度、绿地周长、降雨重现期与历时等。

⑵径流削减率随着降雨重现期的增加而降低，随下凹深度的增加而呈升高趋势。三种下凹深度工况下，绿地径流削减率理论值与实验值相差均低于5%，且理论值较低。其中，下凹深度为15cm时理论削减率（97.15%）与实验值（97.88%）最为接近，且重现期小于4a时二者削减率均为100%。

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