湖北省城市规划设计研究院湖北省武汉市430000
摘要：海绵城市是以城市中的降雨为主要研究对象，通过完善和优化雨水收集与利用的技术，合理收集雨水资源，落实符合当地实际情况的雨水生态，使雨水能够最大程度的利用，来解决城市水资源短缺、城市内涝等问题，改善城市生态环境。下凹式绿地透水性能良好，可补充地下水、调节径流和滞洪以及削减径流污染物，可减少绿化用水并改善城市环境。通过对某大学所在区域降雨分析，确定下凹式绿地设计净雨量，提出雨水收集利用方案，雨水资源化改造后在各种降水频率的雨水利用率均高于43.8%，对于减轻市政排水管网的压力和增加土壤入渗的效果显著。
关键词：海绵城市；城市雨水；生态利用系统；设计
1.雨水收集系统的结合
1.1与下凹式绿地结合
下凹式绿地是一种低于周围路面的绿化形式，是为了减少径流流出和利用更多的雨水。绿地下沉深度必须满足园林总体设计要求，局部可设置一些微地形和溢流，使下凹式绿地更加灵活、美观、舒适。但土壤质量要求非常高，必须是未经改良的土壤，才能承载更多的雨水。如北方某地区地形较为平坦，地下原土主要为粉质黏土，渗透性小于1.0×10-7cm/s，表层土为改良土，深度为0.8~1m，渗透性小于1.0×10-3cm/s。而且地下水位较浅，根据勘察显示，1~2m深处可见地下水。针对这种情况，可在下凹式绿地设置雨水收集口与雨水收集系统相连，并在适当位置设置雨水储存设备。如建造一个200mm的凹形绿地，则在绿地底部设置雨水收集出口，绿地的溢流雨水出口高出绿地120mm，可以更好地发挥下凹式绿地的作用。
1.2与植草沟结合
植草沟也是城市海绵城市概念的体现。在城市主干道和次干道旁设置海绵绿化带，可使雨水流入植草沟。雨水由沟渠中的植物过滤，一些雨水渗入地下，部分雨水通过雨水收集口和管道收集到雨水收集系统的蓄水池中。雨水的另一部分留在绿色植物的表面，以减少绿化用水。植草沟实际上起到了城市排水沟的作用，促进了城市水循环更有效、更合理的运行，其内部的绿化植物均为当地植物，一般具有良好的透水性，与植草沟结合的施工成本相对较低。这也将减少绿化用水，在未来保持绿化的同时改善城市环境。
1.3与雨水花园结合
雨水花园的概念起源于美国。其目的是以类似于自然湿地池塘的方式保留和储存雨水。雨水通过雨水花园的湿地和植物进行净化和过滤。目前为了保留更多宝贵的雨水资源和雨水收集系统，雨水将储存在储水设施中，以补充未来景观水景和绿化植被的使用。在庭院景观建设中，开发集雨系统的雨水花园是最经济的。据调查，雨水花园雨水收集系统建设的增加，使地面雨水径流平均减少85%~90%，其成本效益比将逐步反映在未来的运行中。
1.4与小区景观水景结合
雨水收集系统收集的雨水经过过滤、消毒后，可用于公园和住宅景观。水景不仅能为人们提供休息和游玩的空间，还能改善周围的自然环境和空气的湿度和温度。暴雨突发时收集雨水，储存雨水资源，发挥储水池的作用，降低雨水径流对城市排水管网的压力。景观水景也可以通过沟渠、水道和河流连接，同时提取储存的雨水。在增加过滤器和泵后，可与雨水收集系统连接，为系统补充水。形成雨水集蓄，发挥海绵城市功能，保护环境，节约水资源。
2.实例设计
2.1项目概况
某大学位于中国北方某市，多年平均降水量597mm，多年平均蒸发量800～1000mm，由北向南递增，受季风气候影响，降雨量年内分配不均匀，一年中该市的降雨主要集中在6月、7月、8月三个月中，这三个月降雨量占年降雨总量的60%，汛期暴雨频发，由于市区的雨水管道系统雨水的设计排泄能力限制，易造成地面大量积水问题。
2.2下凹式绿地设计净雨量
蓄满产流是以满足含气层缺水量为产流的控制条件，但是，在一些地区，即土层未达田间持水量之前，因降雨强度超过入渗强度而产流，这种产流方式为超渗产流，在这种情况下，可采用初损后损法计算设计净雨。下凹式绿地是入流量大的典型超渗产流，所以，我们选择初损后损法计算。流域内某时段内次暴雨总量及径流系数为:
式中:
R—下凹式绿地一次暴雨的净雨量，mm；
P—下凹式绿地一次暴雨的降雨量，mm；
—稳定入渗率，mm/h；
tc—地面的产流历时，min；
Qs—某时段降雨总量，mm；
S—绿地总雨力，mm/min；
—径流系数；
b，n—地区参数，该地区分别为9和0.77；
研究表明绿地高程降低5～20cm滞蓄雨水最为适宜。按照绿地滞蓄雨水的效果，将绿地设计成两种形式进行理论分析，1)绿地高程与地表相等；2)绿地高程比地面低10cm。通过计算径流系数来比较两种绿地形式滞蓄暴雨的效果。当绿地高程降低10cm时，绿地本身的径流系数可由0.53～0.64降至0，径流雨水在下凹式绿地中储存和渗透，，遇到特大暴雨时下凹式绿地滞蓄能力范围内进行储存，超出部分通过设计渗透沟进行缓解和储存。
2.3水量分析
确定径流系数。径流系数以地面覆盖种类经验值来计算。
整个汇水面积受地面覆盖性质和占有面积的比例的影响，用加权平均法计算平均径流系数av值。
i—各类地面的径流系数，其数值小于1；
Fi—汇水面积上各类地面的面积，m2；
F—全部汇水面积，m2。
则综合径流系数为:
av==0.68
城区降水选取降水频率分别为20%、50%、75%、95%所代表年为1970年、1966年、1982年和1965年。如表1所示为该地区代表年月降水量。
该地区一年中降水充裕的时间集中在5～10月份，这部分降水量占全年降水量的85%，在进行水量平衡计算时由于自然因素问题的季节折减系数β取0.85。在水量计算过程中考虑到蒸发、植物截留等损失，增加一个蒸发损失系数γ，建筑物屋面为0.1，绿地为0.05，主干道为0.1，人行道路为0.15。
（1）地区降水总量W降水
地区降水总量为该地区不同频率年降水量与总面积之积，即:
W降水=P×A总
（2）雨水资源量W雨资
雨水资源量为按照乘以季节折减系数(β=0.865)计算，即:
W雨资=β×W降水
（3）绿地年滞蓄(渗透)雨量W绿地
以绿地不同设置形式的径流系数为依据，按重现期T=1计算，即:
W绿地=P×β×φ绿地×(1-γ绿地)×A绿地
（4）道路年滞蓄(渗透)雨量W道路
在改造之前每年降雨期间道路上的雨水除了蒸发以外，全部通过雨水口一起流入市政管网，将地块周边范围内的所有道路进行透水性铺装，可以大大增加雨水的收集率，径流系数取0.4，即:
W道路=P×β×道路×(1-γ道路)×A道路
表1该地区月平均降水量及代表年月降水量
基于海绵城市理念进行城市雨水生态利用系统的设计雨水利用率明显提高，雨水资源化改造后在各种降水频率的雨水利用率均高于43.8%，对于减轻市政排水管网的压力和增加土壤入渗的效果显著。
3.结论
总之，雨水收集系统在海绵城市中的建设意义重大，长期发展将产生巨大的生态效益和经济效益。雨水收集系统有利于完善景观综合设计理念，对改善城市的蓄水排涝有积极地意义。雨水收集系统的建设又有利于城市排水管网的优化，有利于对水资源的合理利用，有利于完善城市景观及各种住宅小区对雨水的收集调蓄，同时对减少城市内涝，降低城市排水系统的压力，改善城市水环境起到重大作用。
参考文献
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