海绵城市建设——雨水花园设计综述

海绵城市建设北京地区雨水花园设计方法综述环境工程设计基础课程展示北京建筑大学 环科121 王齐简介雨水花园(Rain Garden，也称Bioretention)是低影响开发体系中一项重要技术措施，它以生态可持续的方式来实现,水面(如停车场、街道、庭院等)的雨水净化、滞留、渗透及排放，同时由于其显著的景观和生态功能，已广泛地应用在居住区、道路、商业区等不同类型的园林景观中。植物是雨水花园的重要组成部分也是景观重要的设计要素之一。简介植物在雨水花园中的功能污染物吸收与净化雨水滞留与渗透审美与环境教育生态功能案例简要展示美国波特兰市塔博尔山中学雨水美国波特兰市塔博尔山中学雨水花园花园雨水花园结构雨水花园分类1、以控制雨水径流量为目的 通过植物和土壤的作用滞留渗透雨水是该类雨水花园的主要目的，此雨水花园的主要功能是减少雨水径流量，还有净化水质、补充地下水的作用。一般比较适用于居民小区、建筑庭院、公共建筑等污染较轻的小面积雨水径流。雨水花园分类2、以降低雨水径流污染为目的 该类型的雨水花园主要功能是降低雨水径流污染，且能渗透和滞留雨水。常用在停车场、道路等雨水径流污染相对严重的地区。雨水花园设计原则雨水花园设计原则低影响开发原则功能第一原则景观美原则安全原则雨水花园设计原则雨水花园设计原则低影响开发原则功能第一原则景观美原则安全原则雨水花园植物选择原则雨水花园植物选择原则优先使用乡土植物选择根系发达、耐水污染的植物选择抗性能力强的植物具有较高观赏性雨水花园常用设计方法基于达西定律的渗滤法蓄水层有效容积法完全水量平衡法渗滤法达西定律达西定律表征渗流能量损失与渗流流速之间关系，其表达式如式（1）所示：渗滤法雨水花园面积计算当蓄水层蓄满水时，流速如式（2）所示：渗滤法雨水花园面积计算当蓄水层未蓄水时，流速如式（3）所示：渗滤法雨水花园面积计算设计时，常取其平均值，如式（4）所示：渗滤法雨水花园面积计算渗滤的基本规律有：渗滤法评价 此方法主要依据雨水花园自身的渗透能力和达西定律而设计，忽略了雨水花园构造空隙储水量的潜力和植物对蓄水层的影响。在新西兰等地，降雨量常按当地两年重现期日降雨量的1/3，约 25 mm 计算。填料采用砂质壤土，渗透系数不小于0.3 m/d，蓄水层一般为100250 mm，蓄水层中的水被消纳的时间一般为12 d。有效容积法雨水花园面积计算 这是一种在水量平衡的基础上，利用雨水花园蓄水层的有效容积消纳径流雨水的设计方法。根据植被被淹没的状态又分为两种情况。有效容积法雨水花园面积计算（1）部分植被的高度小于最大蓄水高度，则植被在蓄水层中所占体积如式（8）所示：有效容积法雨水花园面积计算则实际可蓄水的体积如式（11）所示：有效容积法雨水花园面积计算根据水量平衡，进入雨水花园的径流量（V=Ad H）等于实际蓄水体积，即V=Vw，则有：有效容积法雨水花园面积计算（2）植被高度均超出蓄水高度，则有 hv=hm，式（11）可化为：则雨水花园面积为：有效容积法评价 此法主要利用雨水花园蓄水层的有效容积滞留雨水，考虑了植物对蓄水层储水量的影响，但未考虑雨水花园的渗透水能力。实际应用中大多采用第二种情况进行计算，主要是用于处理初期雨水，处理的雨水径流量一般按 12 mm 的降雨量设计。完全水量平衡法基本原理假定雨水花园服务的汇流范围内的径流雨水首先汇入雨水花园（当一般雨水花园面积占全部汇流面积的比例较小，即直接降落到雨水花园本身的雨水量较少时，可忽略不计），当水量超过雨水花园集蓄和渗透能力时，开始溢流出该计算区域，此时，在一定时段内任一区域各水文要素之间均存在着水量平衡关系，如式（16）所示：完全水量平衡法基本原理通常，计算时段可以取独立降雨事件的历时，此时，由于蒸发量较小，Z 可以忽略。而且在设计雨水花园时，一定设计标准对应的溢流外排雨水量可假设为0。如果计算时段开始与终了时雨水花园内蓄水量之差以 Vw 表示，即 Vw=U2-U1（实际计算时可视时段开始时雨水花园无蓄水，即U1=0）。即：Vw=U2，如式（17）所示。图2 为雨水花园计算模型示意。图 2雨水花园计算模型示意完全水量平衡法径流雨水量径流雨水量可采用式（6）计算，其中H可根据当地的降雨特性和设定的削减雨水的目标来确定，雨水花园主要针对较频繁暴雨事件，设计降雨量一般不超过0.03 m。完全水量平衡法评价 此方法主要针对一场雨的雨量来设计，其目的不仅是用来处理初期雨水，而是要在净化雨水的基础上削峰减量，最终实现无溢流外排现象。如果将处理后的水加以收集利用，也应采用此法进行计算。当然要注意：雨水花园主要是消纳较频繁事件的雨水径流，而非极端事件，所以一般根据当地降雨特性和雨水花园的削减目标选用一个合适的降雨量。谢谢观赏欢迎批评与指正