城市绿地雨洪利用研究及对策Word格式.docx
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而雨水利用是可以产生多种效益的简便方法，对城市防洪减灾，增加土壤含水量和地下水资源量，净化水环境，减少绿地的灌溉用水量等具有十分重要的意义。
2.1雨水利用方式
目前，雨水利用可概况为雨水集蓄利用和雨水渗透。
雨水集蓄利用需要一些配套设施，但雨水渗透几乎不需要任何设施就可以有效的利用雨水。
雨水渗透中常用的方法很多，如下凹绿地、渗透井、渗透地面、渗透管沟、渗透池和一些综合渗透设施等。
2.1.1下凹式绿地
很多绿地为了保护植物受到涝害，将地表径流雨水通过铺装或道路周边的污水井排放，这无疑是对水资源的一种浪费。
下凹式绿地的投建是对这种浪费一种很有效的节约，其主要功能是在雨季收集部分地表径流，增加绿地中的土壤含水量，减少灌溉，节约水资源。
施工简便，在平地坡地均可。
在有湖泊的园林绿地中可结合排水收集。
在规划设计过程中，控制好路面高程、绿地高程和雨水口高程，就可以形成下凹式绿地，即路面高程高于绿地高程，雨水口高程设在绿地内，雨水口高程高于绿地高程而低于路面高程。
这样使道路铺装上的雨水径流流入绿地，绿地在满水后再流入雨水口。
在很多绿地改造中，设计为路面的高程高于绿地，路面的径流流入绿地中，充分利用雨水。
下凹绿地仅为雨水利用的方法之一，它能促进雨水、地表水、土壤水及地下水之间的转化，维持城市水循环系统的平衡。
雨水利用应与雨水管系建设、城市平面和高程规划有机地结合。
2.1.1.1下凹绿地深度与集汇水面积比计算方法：
北京市处于永定河的冲击扇，土壤较粗，透水性能好下凹式绿地拦蓄能力。
根据周纪明和叶水根测定的结果，土壤稳渗率为0.5-2.3mm/min，而其他一些学者测定的稳渗率为0.35mm/min以上，稳渗率与土壤的性质等多种因素有关。
我们这里采取了保守数值，均是按照土壤稳渗率0.3mm/min（1.8cm/h）进行的计算。
表1绿地收集的雨水下渗所需要时间（h）
绿地下凹深度（cm）
所需要时间（h）
5
2.78
10
5.56
20
11.12
40
22.22
50
27.8
注：
计算方法：
5/1.8＝2.78h
表2按照每次降雨量计算，绿地下凹深度（单位：
cm）
每次降雨量（mm）
汇水区面积与绿地面积比
1
2
3
200
60
80
100
30
50
15
汇水区面积与绿地面积为1:
1，降雨为50mm时，绿地收集的雨水为100mm，绿地下凹的深度为10cm。
汇水区面积与绿地面积为2:
1，降雨为50mm时，汇水区加上绿地共3倍的降雨量，即收集的雨水为150mm，绿地下凹深度为15cm。
表3最大降雨强度绿地所需下凹深度（单位：
最大降雨强度
4
6
40mm/h
8
12
16
24
28
50mm/h
25
35
计算方法同前，这只是按照1h计算的结果。
由表1计算可以看出，当下凹绿地深度10-20cm时，雨水下渗所需的时间（约5-12h），一般不会对常见的园林植物造成水涝伤害。
根据表1的结果，结合表2与表3的数据，依据相同的下凹绿地面积收集尽可能大面积的汇水区雨水的原则，集水面积与汇水区面积之比适宜选择范围为1：
3—1：
2。
2.1.2渗水井
在绿地中分散布置小型集水池、渗井或渗坑，实际上它是一种地下集水装置，利用碎石空隙、穿孔管、渗透渠等，贮存雨水并将雨水渗透到地下。
这样投资少、容易建、使用起来方便。
2.1.2.1绿地中渗水井分布数量计算
北京地区每年一遇的最大降雨强度40mm/h，绿地径流参考草坪径流值，取0.13。
以直径0.60米，深0.80米的渗水井为例。
100m2绿地应建渗水井数量计算如下：
2.1.2.1.1100m2绿地在最大降雨强度下产流量为（降雨强度×
径流值×
绿地面积）：
0.520m3。
2.1.2.1.2每个渗水井蓄流量为（渗水井体积＋通过井底下渗水量＋通过井壁侧渗水量）：
渗水井体积为0.226m3；
稳渗率取0.018m/h，通过井底下渗水量为（井底面积×
稳渗率）：
0.005m3；
通过底部50cm井壁侧渗水量为（侧渗井壁面积×
0.017m3；
每个渗水井每小时蓄流量为上述三项之和：
0.248m3。
2.1.2.1.3100m2绿地应建渗水井数量为（产流量÷
每个渗水井的蓄流量）：
2.095个。
本计算是在未考虑绿地中有其他蓄水措施的前提下，采用了保守计算，建议实践中每百平米绿地建造上述规模的渗水井1-2个。
2.1.2.1.4说明：
1、以上计算中土壤水下渗率采用了稳渗率，没有考虑初期快速下渗的过程，属于保守计算。
2、土壤水侧渗率在水分侧渗初期与下渗率基本一致，但后期逐渐低于下渗率，在此一并采用了土壤下渗的稳渗率。
鉴于渗水井周围绿地表层土壤会积蓄下渗水分，本计算中井壁的侧渗面积仅取井体下部50cm高的井壁面积。
2.1.3渗透地面
渗透地面包括天然渗透地面和人工渗透地面，在城区中常见的绿地就是天然渗透地面。
绿地是一种天然的渗透设施，其透水性好，城市有大量的绿地可以利用，节省投资，可以减少绿化用水，对雨水中的一些污染物具有较强的截纳和净化利用作用。
但立地土壤性质限制渗透量，雨水中含有的杂质和悬浮物还会影响绿地的质量和渗透性能。
人造透水地面指城区各种人工铺设的透水性地面。
国外早70年代就已开始研究并利用透水透气性路面。
我国在80年代末，已先后成功研制了多孔沥青混凝土、多孔水泥混凝土路面和绿化混凝土等铺装。
如多孔的植草砖、透水性混凝土或沥青路面等。
人造透水地面能利用表层土壤对雨水的净化能力，对预处理要求相对低，一般可以在停车场、步行道、广场等地可以利用；
但其渗透能力受土壤质地限制，目前路面改造中，将不透水的路面砖换为透水砖，在一定程度上增加了天然降水的下渗。
雨水利用是城市节水型园林绿地建设中的操作性较强，对园林绿地节水问题的解决将起着关键性的作用。
它将不仅为城市发展节约宝贵资源，而且也将创造出很高的社会价值和经济效益。
3.雨水入渗利用
3.1透水性铺装的雨水入渗利用
3.1.1透水性铺装研究现状
透水性铺装具有较大的孔隙通透性，使得雨水能够及时渗入地下，减少地表径流，节约水资源，对建设节水型园林有着重大的意义。
另外，透水性铺装内部及基层中的水分可以增加蒸发，增加湿度，降低温度，有效改善夏季环境。
透水砖表面相对粗糙，对消除噪声和光污染也具有良好的效果。
3.1.1.1透水性铺装对雨水入渗的影响相关研究
Watanabe在日本横滨一区域铺设透水性铺装，并进行径流控制研究，结果表明该设施削减了15-20%的径流洪峰（Watanabe，1995）。
WolframSchluter和ChrisJefferies对一大型停车场（0.6ha）的透水性铺装系统进行研究，结果表明，多孔性的填充材料对于渗入地下收集的排水量影响不大，但是对地表径流的洪峰削减有重要的影响（SchluterandChris，2002）。
Benedetto采用透水性铺装解决了飞机场积水问题（BenedettoA，2002）。
C.T.Andersen等对城市透水性道路铺装的排水与蒸发在实验室进行模拟试验，为实验室模拟降雨提供一套高度敏感的资料收集系统，能对排水和水平衡的反应进行评价（Andersen，1999）。
B.K.Ferguson等在PorousPavement中阐述了透水性铺装在园林设计中的应用，对为什么要用透水性铺装、铺装尺寸、水文学等进行了详细的阐释（Ferguson，2000）。
1970年，英国曾尝试用无砂透水混凝土铺筑常规刚性路面，使用效果很好，但终因28d强度只有13.8MPa，10a后由于冻融而遭破坏。
还有许多国外学者对透水铺装进行了调查研究（Pagotto，2000；
Legret，1996；
Erin，2006）。
国内学者对透水性铺装的材料、强度等也进行了不少研究（王沛永，2006；
丁跃元，2006；
王琼夏，2006；
焦玉，2006；
张洪清，2005），宋志斌等介绍了透水铺装的优越性，分析了透水性铺装在推广过程中存在的问题，并提出了应对措施以加快透水性铺装的推广应用（宋志斌，2006）。
王波等对透水性铺装的透水体系进行了探讨，指出下垫层的透水性能直接影响整个透水性铺装体系的最终透水效果（王波，2004）。
张文静等研究使用2年后的砂砾料垫层结构透水砖的透水性能变化和可用程度，发现透水性能虽有所下降，但仍能满足使用要求。
透水砖表面瞬时透水性变化很大，砂砾料垫层的透水性变化较小（张文静，2006）。
王琼夏等对无砂大孔透水混凝土实验研究，指出无砂大孔透水混凝土，具有一个最佳用水泥浆用量。
集料粒径越小，其强度越大，透水系数越小；
集料粒径越大，则反之。
为满足两方面需求，设计中应选择一个合适的集料粒径（王琼夏,2006）。
3.1.1.2透水性铺装对园林生态的改善相关研究
地面铺装是城市下垫面的重要组成部分，与其上的大气层及周围环境存在着水分、热量及其他物质交换及平衡。
下垫面又是空气运动的界面，它的性质直接影响市区温度、湿度等要素，对城市局部气候的形成起着重要的作用（周淑贞,1994）。
透水性铺装由于自身一系列与外部空气及下部透水垫层相连通的多孔构造，雨过天晴以后，透水性铺装内部及下垫层中的水分通过太阳辐照下的蒸发作用，使地表温度和近地层空气温度降低，从而减轻夏季地面铺装对行人的烘烤感，改善夏季城市热环境（周淑贞，1994）。
王波等介绍了不同孔隙率、不同材质透水地砖的蒸发试验与结果，探讨了孔隙率、材质及表面颜色对透水地砖蒸发强度及表面温度的影响，得出随着孔隙率的增大，陶瓷透水性地砖的蒸发强度总体呈增大趋势，表面温度总体呈下降趋势，透水性地砖可缓解城市热岛效应（王波，2004）。
因此，从地面铺装入手，选择透水性地砖代替传统的不透水地砖及地面铺装，是改善和缓解城市热岛效应，营造良好的城市生态环境的有效措施，直接关系到园林行业的可持续发展问题。
德国、日本等发达国家已广泛采用包括透水性地砖在内的透水性铺装改善城市生态环境。
3.1.2北京城区路面透水铺装现状调查
图1北京城区透水铺装调查位点图
为更好了解北京城区现有路面的铺装材料对雨水的渗透性能，本课题组采取随即取点的方法对城区的居住区绿地、公共绿地、单位绿地的硬质铺装的材料及其透水性进行调查。
调查点是按照北京城市“两轴”（长安街及其延长线和中轴路及其延长线）与二、三、四环路的交叉区域的1km范围内机械布点，分别在每个样点附近随机抽取居住区、公共绿地、单位绿地为调查对象（图1）。
本次调查在2007年春季进行，共调查了三个环（二、三、四环）60个样点。
由表1可以看出，在居住区和单位绿地中铺装材料用的最多的是水泥，分别占总铺装面积的31.45％和32.19％，而街头公园／绿地中占总面积的25.20％。
在三种类型绿地的调查点中，利于雨水渗透的铺装有透水砖铺装和植草砖铺装两种，在居住区、单位和街头公园／绿地中的透水铺装分别占铺装总面积的22.36％、29.6％和30.62％。
从调查的765345m2的铺装材料的总体情况看，城区的所有铺装中只有30％是透水铺装，其余70％是不透水，降雨时将产生大量径流。
从调查结果推算北京四环路以内的路面有很大的雨水渗透利用潜力，将不透水的铺装材料更换为透水材料后将大大增加雨水渗透补充地下水的能力，同时减少雨洪给市政管线带来的压力。
表1调查点铺装情况
铺装材料
居住区
单位
街头公园／绿地
面积（m2）
所占比例
（％）
面积
（m2）
所占比例（％）
釉面铺装
28629.4
11.68
17838.36
4.59
28691.16
21.75
透水砖铺装
43099.1
17.58
109652.27
28.24
38162.98
28.93
嵌草砖铺装
11710
4.78
5274.7
1.36
2232.31
1.69
水泥铺装
77097.4
31.45
124987.57
32.19
33246.57
25.20
花岗岩铺装
37939.3
15.48
18385.7
4.74
22035.94
16.70
木制铺装
98.9
0.04
158.79
-
卵石铺装
5007.01
2.04
2319.35
0.60
2299.93
1.74
水泥灰砖铺装
22713.9
9.26
28855.9
7.43
3277.19
2.48
青石板铺装
655.46
0.27
1889.9
0.49
1552.48
1.18
沥青铺装
17327.5
7.07
56643.65
14.59
塑胶铺装
886.47
0.36
22257.69
5.73
418.14
0.32
总计
245164.4
388263.9
131916.7
3.1.3园林道路不同铺装结构对雨水入渗过程的影响
目前，我国城市园林绿化大多以自来水为水源，且利用率很低，这使城市有限的水资源更加紧缺，在一定程度上阻碍了城市经济的发展。
与此同时，园林中硬质铺装的建设使不透水地面面积快速增长，导致径流系数增大，洪峰提前，洪量增大，不仅造成水资源的无效流失，也增加了城市排水和防洪压力。
本试验根据园林道路铺装结构要求设计实验模型，模型设计综合考虑园林中道路铺装的可实施性，探讨一套合理的透水砖铺装结构，分析其对削减地表洪峰径流、增大地下土壤水分入渗的削减效果。
3.1.3.1试验材料与方法
试验装置
试验地点在北京市园林科学研究所，降雨方式采用人工降雨。
试验箱体的材料为有机玻璃，长1m，宽1m，高0.8m；
箱体内铺设材料时按照道路铺装的标准程序进行；
箱底设9个排水孔，直径0.4cm，收集渗流雨水；
在箱体四周设排水孔，收集地表产流的雨水，位置在箱体的四个拐角，与透水砖面层相平，直径0.6cm，试验装置见图1。
人工降雨器采用国产人工降雨模拟器（标准型），降雨面积1m×
1m，3个侧喷式喷头组合，控制强度20-200mm/h，均匀度在0.92以上。
图1铺装系统降雨入渗产流试验装置
试验材料
地基
地基土壤取自北京市园林科学研究所，基本参数见表1。
按照地基土壤最优体积含水率14.7%、压实度0.92分层夯实压平，装入试验箱体。
并采用环刀法检测土壤干密度，达到道路铺装要求。
表1地基土壤基本参数
土壤
类型
液限
（%）
塑限
塑限指数（%）
压缩系数（MPa-1）
压缩模量（MPa）
最大干密度
（g/cm3）
最优含水率（%）
渗透系数（cm/s）
（压实度=0.92）
干密度（g/cm3）
粉质
粘土
26.6
12.7
13.9
0.263
6.307
1.79
14.7
8.65×
10-5
1.65
基层
中砂、级配碎石参数见表2、3-1、3-2；
级配碎石基层铺设时按相对密度0.7控制，并采用灌沙法检测铺设相对密度。
无砂混凝土与素混凝土强度均为C15，见表4。
表2级配不良砂基本参数
材料
细度模数（uf）
级配区域
含泥量（%）
泥块含量（%）
中砂
3.0
Ⅱ
2.8
0.0
表3-1碎石基层基本参数
集配
粒径（mm）
针、片状颗粒含量（%）
压碎指标值（%）
单粒径连续集配
5-25
0.4
3.4
6.4
表3-2碎石基层基本参数
颗粒组成
比重
最小干密度（g/cm3）
Dr=0.7干密度（g/cm3）
最小孔隙率（%）
最大孔隙率（%）
（60-20mm）69.5%/（20-5mm）30.0%/（5-2mm）0.5%
2.84
1.40
1.73
1.62
0.39
0.51
表4无砂混凝土基层基本参数
强度等级/MPa
无沙混凝土
素混凝土
注:
基层铺设参考技术标准《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ53-92）、《水工混凝土试验规程》（DL/T5150-2001）、《混凝土路面砖》（JC/T446-2000）、《城市道路路基工程施工及验收规范》（CJJ44–91），中砂起找平作用。
面层
面层分为透水砖和不透水砖。
透水砖材料胶结料为水泥，规格为20cm×
10cm×
6cm，抗压强度30MPa，抗折强度3.5MPa，空隙率20%，透水系数1.0mm/s。
不透水砖材料为普通水泥砖，规格为20cm×
6cm。
抗压强度35MPa，抗折强度4.0MPa。
建立四种铺装结构模型（图2）
（1）自下而上为素土层、级配碎石23cm、1:
4干硬性水泥砂浆2cm、面层6cm
（2）自下而上为素土层、级配碎石13cm、无砂混凝土10cm、中砂2cm、面层6cm
（3）自下而上为素土层、级配碎石18cm、无砂混凝土5cm、中砂2cm、面层6cm
（4）对比：
自下而上为素土层、素混凝土15cm、中砂2cm、面层6cm
图2四种不同铺装结构模型
试验方法
在每个箱体的地基土壤中布设4层土壤水分测定仪器，每层1个。
土壤水份测定仪器为ECH2OProbes和ECH2OCheck，最上一层的仪器距基层底部10cm，以下各层间距均为10cm。
用来测量降雨后不同深度的土壤水分变化状况。
记录不同基层处理的地表产流量、产流开始时刻、产流结束时刻及箱体底部排水量、排水开始时刻、排水结束时刻。
在试验期间进行三场不同强度的降雨，见表5。
表5测量指标
编号
降雨日期
（年月日）
降雨量（mm）
降雨
历时
（h）
开始
产流
（min）
结束
表面
径流量
（mm）
排水开始
排水结束
排水量（mm）
径流
系数
模型一
07/09/25
41.54
---
140
46.2
8.09
模型二
270
28.8
1.25
模型三
220
50.8
2.68
模型四
63
21.11
50.81
07/10/09
83.08
215.5
53.57
141.3
60.85
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