下凹式綠地雨水滲透模型的探索

【摘要】下凹式綠地是一種具有滲蓄雨水、削減洪峰流量、減輕地表徑流污染等優(yōu)點的生態(tài)型排水設(shè)施。本文嘗試將下凹式綠地與滲透樁相結(jié)合，并以鄭州市具體道路和降雨條件為依據(jù)，探討該雨水滲透模型的雨水滲蓄能力。得出在城市主干道兩側(cè)設(shè)置下凹式綠地時為滿足雨水蓄積、滲透要求的下凹深度。

【關(guān)鍵字】下凹式綠地；滲透樁；雨水滲蓄

城市快速發(fā)展必然帶來環(huán)境、生態(tài)、水資源等方面的矛盾，城市匯集的大量雨水就是一個突出的問題。由于城區(qū)的擴張，不透水面積逐年增加，使城區(qū)的雨水徑流峰值明顯增大，流出時間縮短，由此帶來一系列不良后果。為緩解城市水資源不足，城區(qū)雨水利用的一個重要途徑是使用各種人工設(shè)施強化雨水滲透，使更多的雨水深入地下以涵養(yǎng)地下水。本文嘗試將下凹式綠地與滲透樁結(jié)合起來，探索新型的雨水滲透模型。并以鄭州市道路為例提出了相關(guān)設(shè)計參數(shù)，計算出了降雨期間該模型的雨水滲蓄狀況。以期在城市綠地規(guī)劃與建設(shè)中發(fā)揮綠地在削減雨水徑流、緩減排水系統(tǒng)建設(shè)運行壓力、維護城市水安全等效應方面提供參考依據(jù)。

1 設(shè)計原理

1.1 滲透理論[1]

雨水滲透是指將雨水經(jīng)過一定的處理后再深入地下，它不僅可以減少城市雨水管網(wǎng)的排水量，還有利于地下水的形成，是一種間接利用雨水資源的方式。即使下滲量較小，地下水位太深、或受地質(zhì)條件限制以致下滲雨水不能進入地下含水層，但是至少可增加淺層土壤的含水量、調(diào)節(jié)氣候而遏制城市熱島效應，還可減小徑流洪峰流量及洪澇災害威脅。此外，雨水入滲的另一優(yōu)越性是能充分利用土壤的凈化能力，并對城區(qū)徑流導致的面源污染控制有重要意義。因此，雨水滲透是增加地下水源、減少城市雨洪量、改善城市水環(huán)境的有效途徑。

1.2模型思想

針對城市小區(qū)、道路雨水，將現(xiàn)有的道路綠地改造為下凹式綠地，結(jié)合平流沉淀池的設(shè)計，將道路徑流雨水截留在綠地之中。綠地中設(shè)滲透樁，以加大有效滲透面積，增強下滲能力。下滲過程中通過土壤—植被—微生物生態(tài)系統(tǒng)的凈化功能來完成物理、化學、以及生物等凈化過程。它的作用機理主要包括：土壤顆粒的過濾作用、表面吸附作用、離子交換作用、植物根系吸附等作用。

2 模型設(shè)計參數(shù)

在城市主干道兩側(cè)，每隔100m道路，設(shè)置一段寬度為3m，長度為50m的下凹式綠地，假設(shè)城市主干道為寬度為28m（雙向八車道）。在下凹式綠地中均勻下設(shè)置500個直徑為0.1m的滲透樁。綠地一端的路緣石設(shè)置30cm切口以便雨水流入。另一端設(shè)置一定高度水壩以攔截雨水，降雨量過大時，雨水可通過水壩溢流至集水槽從雨水管道排出。

3 滲透模型計算[1]

3.1滲透量計算

式中 ——滲透量， ；

——綜合安全系數(shù)，一般可取0.5～0.8；

——土壤滲透系數(shù)， ；

——水利坡降，一般可取 =1；

——有效滲透面積， ；

——滲透時間， 。

以鄭州市為例： =0.65， =0.0001， =1， =7min取直徑10cm，深度50cm的滲透樁，則有效滲透面積為 。計算得 。

3.2 確定暴雨強度

暴雨強度的計算公式：

式中A、 、c、n——當?shù)亟涤陞?shù)；

q——設(shè)計降雨強度，

t——降雨時間，min；

P——設(shè)計重現(xiàn)期，年。

根據(jù)鄭州多年降雨統(tǒng)計資料，其降雨參數(shù)為：A=45.8，c=1.15，n=0.99，b=37.3，則鄭州市的暴雨強度計算為：

3.3確定滲透模型水量按下式計算

式中 ——在一定設(shè)計重現(xiàn)期下，在降雨歷時內(nèi)的徑流量， ；

——滲透設(shè)施的間接集水面積， ；

——滲透設(shè)施的直接集水面積， ；

——降雨徑流系數(shù)；

——降雨歷時，min。

硬化道路徑流系數(shù)取0.9，則 。

3.4 綠地滲蓄能力計算

下凹式綠地雨水滲蓄率是降雨過程中綠地滲透、蓄積雨水的量占進入綠地總雨水徑流量的百分比。

式中 ——蒸發(fā)量， ；

——蓄積雨水量， 。

3.5確定蓄積雨水量

，V1為滲透樁的蓄積水量，m3；V2為綠地表層蓄水量，m3 。滲透樁以礫石填充，取孔隙率為30%，則 V1=0.59 m3 ，V2=BLh 故可以得到綠地下凹深h=0.114m。

4結(jié)論

（1）下凹式綠地是一種滲蓄能力較強的生態(tài)型排水設(shè)施，在給定邊界條件下，如以鄭州多年降雨統(tǒng)計資料以及具體道路參數(shù)為依據(jù)，計算得出了為適應該地區(qū)的降雨條件，此模型中下凹式綠地的下凹深度為11.4cm。

（2）本文在設(shè)定的模型參數(shù)條件下，探討了與滲透樁結(jié)合的下凹式綠地的雨水滲蓄效果。如何配合市政工程設(shè)計建造切實可行的下凹式綠地，以及運行過程中下凹式綠地實際雨水滲蓄效果的發(fā)揮與參數(shù)的設(shè)計、選擇還有待進一步探討。

參考文獻

[1]胡良明 ，高丹盈《雨水綜合利用理論與實踐》，黃河水利出版社，2009

作者簡介：

王鵬坤，男，1992年12月，鄭州大學水利與環(huán)境學院，給水排水專業(yè)2012級本科學生