基于PTFs的公园绿地‘蓄’‘渗’效果评估——以洛阳市为例

李华伟 杨国永

（1河南建筑职业技术学院；2河南省地质物探测绘技术有限公司）

0 引 言

自“十三五规划”颁布以来，党和政府紧紧围绕“为了提高人民群众的生活水平，使人民过上幸福的生活”采取了系列的工程措施，特别是重大工程的建设，均是以“重视增进人民的福祉，增强人民群众的幸福感、获得感”为出发点。河南省立足省情，亦做了许多工作，“百城建设提质工程”和“海绵城市建设”便是重大举措中的两项。

河南省委和省人民政府在全面贯彻落实中央、省委城市工作会议精神的基础上，从“加快供给侧结构性改革，增强城市综合承载能力，提高新型城镇化质量和水平”方面，结合省内实际情况颁布实施了《关于推进百城建设提质工程的意见》。《关于推进百城建设提质工程的意见》指出，“城市新区、各类园区、新建单位和小区要按照海绵城市要求规划、设计和建设”，“县级市20%以上、县城10%以上建成区的面积达到海绵城市建设目标要求”。河南省人民政府办公厅《关于推进海绵城市建设的实施意见》指出，到2020 年，城市建成区和县城建成区满足海绵城市要求的面积需分别达到20%以上和10%以上；到2030年，城市建成区和县城建成区满足海绵城市要求的面积需分别达到80%以上和30%以上。洛阳市人民政府《关于推进海绵城市建设工作的实施意见》指出，到2020年洛阳市市区建成区和县城建成区达到海绵城市要求的面积分别不低于20%和10%，到2030年分别不低于80%和30%。

《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》（试行）指出，海绵城市建设，指在城市规划与建设过程中，充分发挥城市的绿地、道路、水系等设施对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，使城市的水文特征在城市开发建设后接近建设开发前，进而有效缓解城市内涝、削减城市的径流污染负荷、节约水资源、保护与改善城市的生态环境，使城市具备对雨水自然积存、自然渗透、自然净化等功能。海绵城市为有效缓解城市内涝和城市水资源短缺之间的矛盾以及减缓地下水水位下降提供了新的思路，是城镇化建设的新理念，是新型城镇化建设的必然选择。

洛阳市前期实施已竣工的海绵城市建设工程和市区已有的公园绿地等透水路面是否达到海绵城市的指标要求，文章通过实地采样及实验室实验测定土壤质地数据的方法，通过已经建立的土壤转换函数（Pedo Transfer Functions，PTFs）对洛阳市现有公园绿地表层土壤的最大含水量和最大透水能力即海绵城市建设指标中的“渗、蓄”能力进行评估。

1 研究区概况

1.1 洛阳市自然、经济概况

洛阳市位于河南西北部（112h16′E～112h37E，34h32′N～34h45′N），横跨黄河中下游南北两岸，东邻郑州市，西接三门峡市，北跨黄河与焦作市接壤，南与平顶山市、南阳市相连。属暖温带大陆性季风气候，年均气温12.20～24.60 ℃，无霜期210 d以上，年降水量528～800 mm，年日照为2 200～2 300 h，年均湿度60%～70%。主要自然灾害有旱、涝、雹、暴雨、干热风等。

据洛阳市统计局公布数据显示，经初步核算，洛阳市2018年生产总值达4 640.80 亿元，比上年增长7.90%。第一产业产业增加值为237.10 亿元，增长3.60%；第二产业增加值为2 067.60 亿元，增长7.30%；第三产业增加值为2 336.10 亿元，增长9.00%。人均生产总值67 707 元，比上年增长7.20%。伴随人均生产总值增多的是人们对宜居生活环境的需求。

1.2 洛阳市气象水文概况

2018 年度洛阳水资源概况与多年平均值相比，洛阳市降雨量增加4%，地表水资源量减幅超过30%，地下水资源量减少幅度达到33.80%。根据洛阳市1956-2013 年的降雨量统计资料显示近58 a 来，洛阳市降水量呈明显减少的趋势。其中2月、5月、9月和12月增加，9月份增加最多，其他几个月份呈现减少的趋势，其中10 月份减少最多；全年降水量主要集中在7月、8月和9月三个月份，达53.12%。

1.3 洛阳市海绵城市建设政策指标

洛阳市人民政府《关于推进海绵城市建设工作的实施意见》指出，洛阳海绵城市建设的总体目标是对雨水径流总量的控制率不低于70%，项目建设后需达到“小雨不积水、大雨不内涝、水体不黑臭、热岛有缓解”的效果，到2020年洛阳市市区建成区和县城建成区达到海绵城市要求的面积分别不低于20%和10%，到2030年分别不低于80%和30%；每年按照海绵型城市的要求分别按照10%和20%的比例对单位、居住区和公园的现有绿地系统进行提升改造，至少40%的新建城区硬化地面具备渗水能力。

1.4 洛阳市公园绿地建设现状

截止到2019 年，洛阳市建成区绿化的覆盖率和绿地率分别达到44.15%和37.02%，人均公园绿地面积达到12.20 m2。达到“300 m 见绿、500 m 见园”和“大游园提升城市形象，小游园方便群众生活”的目标。

2 土壤样品参数测定及PTFs介绍

2.1 土壤样品采样及参数测定

文章中土壤样品采用环刀法取自洛阳市区5 个公园的9个样点，所有采样点均采取表层土进行研究，每个样点采取3 个土样作为重复，共计27 个土壤样品。带回实验室经过烘箱烘干后对其土壤物理特性参数进行测定。考虑到运输过程中振动对实验数据的干扰，本次实验只测定了土壤质地数据。用坩埚将烘干后的土壤样品研磨过筛，采用粒度分析系测其土壤质地数据，每个样点取三个数值的算术平均值作为该样点土壤样品的土壤质地数据，土壤质地数据结果见表1。

表1 土壤质地数据表

2.2 土壤转换函数（Pedo Transfer Functions，PTFs）

土壤转换函数（Pedo Transfer Functions，PTFs）是常用的间接获得土壤水力特性参数的方法，即通过土壤质地数据、土壤容重、有机质含量等数据通过构建数学模型估算得到。PTFs已得到广大研究学者的认可，在水文水资源、农业水文等领域得到了广泛的应用，按照模型构建方法的不同，土壤转换函数主要分为：统计回归模型、参数回归模型、物理-经验模型、人工神经网络模型和支持向量机模型，文章采用Puckeet和Strait基于美国数据集建立的PTFs分别估算土壤饱和导水率与饱和含水率，进而对洛阳市公园绿地表层土壤的最大含水量和最大透水能力即海绵城市建设指标中的“渗、蓄”能力进行评估，PTFs方程式见公式1、2。

Puckeet模型（1985）

式（1）中，Ks——饱和导水率，cm/day；clay——黏粒百分含量，%。

Strait模型（1979）

式（2）中，Θs——饱和含水率，cm3/cm3；sand——砂粒百分含量，%；clay——黏粒百分含量，%。

3 公园绿地表层土土壤水力特性

洛阳市公园绿地表层土土壤质地数据经过PTFs 计算，估算得到的土壤饱和导水率数据与土壤饱和含水率数据，结果见表2。

表2 洛阳市公园绿地表层土土壤水力特性参数表

3.1 公园绿地表层土土壤饱和含水率

根据表2数据，我们得知洛阳城区已建成公园绿地表层土壤的饱和含水率在4.10 10-10～4.32 10-10cm3/cm3之间，由于取样具有随机性、样本数量较少、实验过程中存在的误差和PTFs估算结果的误差等多方面因素，转换数据不能作为洛阳城区已建成公园绿地表层土壤的饱和含水率的真实体现。

3.2 公园绿地表层土壤饱和导水率

根据表2数据，我们可知洛阳城区已建成公园绿地表层土壤（10 cm）饱和导水率数据在1.79 10-3～1.82 10-3cm/s 之间，单位面积绿地单位小时内入渗的水量为6.44～6.54 cm 之间，在不考虑周边积水和下层土壤影响的情况下，小时降雨量为6.44～6.54 cm的雨水能透过表层土壤渗透入地下，由于未对下层土壤的透水性即土壤饱和导水率进行测定，无法得知洛阳城区已建成公园的入渗能力。

4 结 语

根据PTFs 转换得到的结果，我们可知洛阳城区已建成公园绿地表层土壤单位面积绿地单位小时内入渗的水量为6.44～6.54 cm之间，饱和含水率在0.41～0.43 cm3/cm3之间，考虑到取样地点的随机性、样本数量较少、实验过程中存在的误差和PTFs 估算结果的误差的因素，转换数据不能作为洛阳城区已建成公园绿地表层土壤的饱和含水率与饱和导水率的真实体现。由于未对下层土壤的土壤饱和导水率和饱和含水率进行测定，也未对横向土壤的饱和导水率进行测定，且公园绿地地面地貌情况不同，无法得知公园绿地的集汇水情况，因此也无法得知公园绿地不同区域的入渗能力，也无法得知在一次降雨过程中公园绿地的最大储水能力。加上气象部门、水文部门、防汛部门的降雨量划分均是根据日降雨总量进行，无法得知单位时间内的降水量，因此也无法判断洛阳城区已建成区公园绿地在不同降雨等级情况下的蓄渗能力。