景观水体水量平衡的探讨——以武汉市梦泽湖为例

余芬芳,阮 伟,范 乐

(1.武汉中科水生环境工程股份有限公司，湖北 武汉 430071;2.武汉市城市建设投资开发集团有限公司，湖北 武汉 430070；3.武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉 430052)

1 引言

水是万物之源，水资源是基础的自然资源，是城市有机的组成部分。随着社会经济的发展，城市范围的不断扩大，人民生活水平及对生活环境要求的提高，城市中的人工景观水体也不断增多。城市景观水体作为城市景观中的重要组成部分，对改善水体周边生态环境发挥了直接或间接的作用。因此，做好城市景观水体的水量平衡对提升城市景观有重要的作用。

2 湖泊特征

梦泽湖位于武汉中央商务区(武汉CBD)梦泽湖公园内部，为人工建设的湖泊，分两期建设。其功能定位为：为商务区内核心区创造丰富的主立面，给核心区和居住区之间提供过渡空间，发挥局部区域排水调蓄功能。规划梦泽湖承担王家墩南片地区90 hm2范围的雨水调蓄任务。

结合梦泽湖公园规划，规划梦泽湖湖面总面积21.98 hm2，一期湖面面积10 hm2；环湖绿地面积21.41 hm2，一期14.93 hm2；市政雨水管汇水面积46.61 hm2，一期两排水口面积29 hm2。梦泽湖常水位20.30 m，最高水位20.50 m。目前梦泽湖一期湖体主体已形成，本文主要针对一期水体进行阐述(图1)。

图1 梦泽湖湖泊一期平面

3 湖泊水量汇入及支出情况

根据梦泽湖周边规划，梦泽湖水量汇入包括湖面降雨、公园内环湖绿地雨水径流、公园外市政雨水管汇水和强制补水，水量支出包括湖面蒸发、湖水溢流、地下渗漏，如图2所示。

图2 梦泽湖水量汇入及支出

3.1 渗漏量

(1)湖泊的渗漏量计算公式采用达西定理公式：

(1)

式(1)中：Q为渗漏量(m3/s)；K为渗透系数(m/s)；L为渗流途径长度(m)；h为水头损失(m)；A为过水断面积(m2)。

(2)与层面垂直方向的土层平均透透系数的计算公式：

(2)￣

式(2)中：K为平均渗透系数(m/s)；T为整个土层的厚度(m)；Ki为第i层的渗透系数(m/s)；Ti为第i层的土层厚度(m)。

(3)与层面平行方向的水头损失的计算公式：

h=(湖体水位-承压水静水位)/2

(3)

(4)与层面垂直方向的水头损失的计算公式：

h=湖体水位-承压水静水位

(4)

(5)相关参数取值。①承压水静水位。在勘探期间测得的承压水头标高为19.40～19.75 m，武汉市区长期观测数据为17.0～21.0 m，正常年份取19.40 m，干旱年份取17.0 m。②湖体水位。湖体常水位为20.30 m，最高水位为20.50 m，考虑到承压水最大静水位差较大、且大部分时间湖体水位保持在20.30 m，取湖体水位20.30 m。③防渗措施。防渗措施考虑采用0.80 m厚粘土墙防渗和无防渗措施进行对比考虑。

3.2 降雨、蒸发及径流量

(1)湖泊的降雨、蒸发及径流计算公式：

Qi=ψ·F·H0/1000

(5)

式(5)中：Qi为地表径流年平均入河径流量(m3/a)；ψ为汇水区域内综合径流系数；F为汇水区的面积(m2)；H0为汇水面积上的年降雨量(mm/a)；1000为单位换算系数。

(2)相关参数取值。①降雨量及蒸发量。对武汉地区正常年份和干旱年份的降雨量和蒸发量进行对比考虑，如表1和表2所示，月度内降雨量均匀。②径流系数。公园绿地径流系数取0.15；市政雨水管汇水区径流系数受汇水区汇水面种类影响，取0.6。

表1 正常年份降雨量和蒸发量 mm

表2 干旱年份降雨量和蒸发量 mm

3.3 补水及溢流量

(1)补水水位。当水位低于常水位5 cm，即高程20.25 m时开始补水。旱季当水位达到水位20.35 m时停止补水；雨季当水位达到20.30 m时停止补水。每年1月初水位为20.30 m。采用自来水进行补水。

(2)溢流水位。当水位高于最高水位20.50 m时，湖水通过强排或溢流方式排出湖体。

3.4 水量汇总

分别对梦泽湖正常年份和干旱年份防渗前和防渗后水量汇入和支出进行计算，其结果如表3～6所示。

表3 防渗前正常年份水量平衡计算 万m3

表4 防渗前干旱年份水量平衡计算 万m3

表5 防渗后正常年份水量平衡计算 万m3

表6 防渗后干旱年份水量平衡计算 万m3

4 结论

防渗工程实施前梦泽湖一期工程正常年份和干旱年份，补水量分别为0.394 万m3/a和10.649万m3/a，防渗后正常年份和干旱年份均不需要补水。防渗工程的实施可有效减少渗漏水量，尤其是水平渗漏量大大减少，正常年份水平防渗将减少12.1万m3/a渗漏量，而干旱年份则减少22.0万m3/a渗漏量。

对于新开挖湖泊，在底层土质较好，做好水平防渗尤为重要，在沿湖周边设置防渗措施，可有效减少水体渗漏，减少湖泊的补水量，从而减少后期运维补水费用，其经济效益较为突出。

建议新开挖湖泊，在湖泊面积较大，整体实施防渗所需费用较大的情况下，可重点关注水平防渗措施，从而减少工程费用的投入。