CN103590476B

CN103590476B - 一种缓解雨涝的低势绿地的设计施工方法

Info

Publication number: CN103590476B
Application number: CN201310510798.XA
Authority: CN
Inventors: 马兴冠; 纪文娟; 刘丹; 姜伟
Original assignee: Shenyang Jianzhu University
Current assignee: Shenyang Jianzhu University
Priority date: 2013-10-27
Filing date: 2013-10-27
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2033-10-27
Also published as: CN103590476A

Abstract

本发明涉及雨涝灾害防治领域，特别涉及一种缓解雨涝的低势绿地的设计施工方法。本发明是首先，采集城市40-50年内每场暴雨的降雨量数据，包括降雨量Q、降雨历时T和不同降雨计算时段t内的降雨量，采用芝加哥过程曲线法，建立暴雨雨型模型，得到每个重现期P在不同降雨时段条件下的降雨量，然后通过累加得到总降雨量Qz；再采用水量平衡分析法计算确定低势绿地下凹深度<i>Δh</i>，按照上确定的<i>Δh</i>进行施工建设。本发明的技术方案使低势绿地更能发挥削减雨水径流、缓减排水系统建设运行压力等效应，能够缓解城市雨涝危害。

Description

一种缓解雨涝的低势绿地的设计施工方法

技术领域

本发明涉及雨涝灾害防治领域，特别涉及一种缓解雨涝的低势绿地的设计施工方法。

背景技术

城市化使得城市面临严峻的雨涝问题。根据调研数据，城市的雨涝点大多分布在立交桥、公路、广场等地方。传统的解决内涝的技术措施一般是利用增设地下调蓄池，通过“末端控制”被动地解决城市内涝问题；或者通过增加管径、增大泵站流量等增加管网输水能力的方式来缓解城市雨涝压力。这种以强排为主处理模式耗资巨大，可操作性差，而且容易引起下游内涝的发生，雨水资源大量流失。

对于城市的主要雨涝区，低势绿地能够起到渗蓄雨水径流、削减洪峰、减轻地表径流污染等多重有益效果。然而目前，还没有针对低势绿地的设计规范，同时由于大多研究在进行低势绿地的规模设计时选择均匀雨型计算设计暴雨强度，结果明显偏小。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种缓解雨涝的地势绿地的设计施工方法，目的是通过建立城市暴雨雨型模型，反推雨水最优渗蓄效率，从而确定低势绿地的规模设计，包括对下凹深度设计，使低势绿地发挥削减雨水径流、缓减排水系统建设运行压力等效应。

实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行：

(1)建立暴雨雨型模型：

首先，采集城市40-50年内每场暴雨的降雨量数据，包括总降雨量Q、降雨历时T和不同降雨时段t的降雨量，采用芝加哥过程曲线法，即公式(1)：

i (t) = \{\begin{matrix} \frac{A_{1} (1 + C \lg P)}{{(\frac{r T - t}{r} + b)}^{n}} [1 - \frac{n (r T - t)}{r T - t + b}] & 0 \leq t \leq r T \\ \frac{A_{1} (1 + C \lg P)}{{(\frac{t - r T}{1 - r} + b)}^{n}} [1 - \frac{n (t - r T)}{t - r T + (1 - r) b}] & r T \leq t \leq T \\ 0 & t > T \end{matrix} - - - (1)

其中A₁、C、b、n为暴雨公式参数；P为降雨重现期，取值为1～100a中的任意整数值；t为降雨计算时段，T为降雨总历时，T＝120min，r为雨峰相对位置，即峰前历时与总历时之比，取值在0.35～0.45之间；

根据公式(1)，以5min单位时段降雨量为纵坐标，降雨历时T为横坐标，建立重现期P内，针对降雨历时120min的降雨的暴雨雨型模型，得到每个重现期P在不同降雨历时条件下的总降雨量Qz；

(2)采用水量平衡分析法计算确定低势绿地下凹深度：

以目标城市的绿地为研究对象，其中绿地服务区域的面积为F₁，低势绿地的面积为F₂，根据水量平衡公式(2)：

Q₀+U₀＝S+Z+U₁+Q₁(2)

式中：Q₀―降雨历时计算时段进入低势绿地的雨水径流量，m³；

U₀―降雨计算时段开始时低势绿地的蓄水量，m³，假设近似为0；

S―降雨计算时段内低势绿地的雨水下渗量，m³；

Z―降雨计算时段内低势绿地的雨水蒸发量，m³，忽略不计为0；

U₁―降雨计算时段结束时低势绿地的蓄水量，m³；

Q₁―降雨计算时段内低势绿地的雨水溢流外排量，m³，假设近似为0；

其中，S＝60K·J·F₂·t(3)；

式中：K―土壤稳定入渗速率，m/s；J―水力坡度，一般取J＝1；t―降雨计算时段，min；

U₁＝F₂·Δh(4)；

则有Q₀＝S+U₁(5)；

那么，低势绿地的渗蓄效率：

N = \frac{S + U_{1}}{(Q_{z} F_{1} C_{n} + Q_{z} F_{2}) / 1000} \times 100 % - - - (6)

式中：Q_Z是每个重现期P在不同降雨历时条件下的总降雨量，mm；

C_n是绿地服务区域的径流系数；

渗蓄效率N为100％条件下，低势绿地的面积比例率f₀＝F₁/F₂，根据式(6)，得到

f_{0} = \frac{C_{n} Q_{Z} / 1000}{3600 K + Δ h - (1 - C_{n}) Q_{Z} / 1000} - - - (7);

C_n是绿地服务区域的径流系数；

下渗时间t₀:t₀＝Δh/K(8)；

令低势绿地达到最优渗蓄效率，即渗蓄效率N为100％，得到不同重现期P下，低势绿地凹深度Δh与低势绿地面积率的关系，公式(7)；

根据不同Δh、不同重现期P对应的Q_Z，利用公式(7)计算出渗蓄效率N为100％条件下低势绿地的面积率f₀，然后利用公式(8)，算出不同下凹深度下对应的下渗时间t₀，绘制得到不同重现期P下，低势绿地凹深度Δh与低势绿地面积率f₀的关系图，以及下凹深度Δh与下渗时间t₀关系图；

根据城市绿地面积率来估算低势绿地下凹深度，根据目前各个城市Δh的统计，依次对Δh进行赋值，在不同重现期P条件下，最终找到低势绿地面积率符合实际城市建设条件下，同时兼顾到下凹深度Δh与植被耐淹时间，与道路或建筑物周边的过往行人、车辆的安全的关系，最终确定Δh合适的范围；

(3)铺设施工：

按照上述确定的Δh进行施工，设计低势绿地的高程低于周边的道路或铺装，按照上述步骤确定低势绿地的下凹深度，铺设绿地；

在低势绿地边的路牙设置透水孔或边长为30cm的正方形透水口，在绿地中间位置设有雨水口，雨水口与雨水管网相接，周围设有防止堵塞的防护网，雨水口周围布碎石；

低势绿地植被选择耐寒耐水涝植物，如紫花地丁、萱草或马蔺，种植土层选择渗透速率超过5×10^-5m/s的砂质土壤；种植土层下面铺设砾石层。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

现有技术中大多研究在进行低势绿地的规模设计时选择均匀雨型计算设计暴雨强度，造成结果明显偏小，不能满足实际的防止城市雨涝需要，本发明的技术方案从实际出发，建立暴雨雨型模型，从而确定雨型为单峰雨型，与传统的设计暴雨均匀雨型模型相比，该雨型模型所确定雨型为单峰雨型更加符合城市市实际的降雨过程，但计算不同降雨历时条件下的总降雨量Qz结果是一样的；再利用水量平衡分析法确定雨水渗蓄效率的影响因素，反推算出重现期为1年至100年的下凹深度与下凹绿地面积率关系，从而确定低势绿地合理的下凹深度，使低势绿地发挥削减雨水径流、缓减排水系统建设运行压力等效应，为城市防止雨涝灾害提供了有效的解决方案。

附图说明

图1是本发明实施例的暴雨雨型模型；

图2是本发明实施例不同降雨重现期下低势绿地的下凹深度与绿地面积率，下凹深度与下渗时间的关系图；

图3是本发明的低势绿地的局部平面图；

图4是图1的A-A剖面图；

其中，1：透水孔或透水口；2：雨水口；3：碎石；4：植被；5：道牙；6：砂质土壤；7：砾石；8：排水管。

具体实施方式

实施例

本发明实施例以沈阳市为对象，但是不仅限于此。

首先，采集沈阳市45年内每场暴雨的降雨量数据，包括降雨量Q、降雨历时T和不同降雨时段t内的降雨量，采用芝加哥过程曲线法，即公式(1)：

i (t) = \{\begin{matrix} \frac{A_{1} (1 + C \lg P)}{{(\frac{r T - t}{r} + b)}^{n}} [1 - \frac{n (r T - t)}{r T - t + b}] & 0 \leq t \leq r T \\ \frac{A_{1} (1 + C \lg P)}{{(\frac{t - r T}{1 - r} + b)}^{n}} [1 - \frac{n (t - r T)}{t - r T + (1 - r) b}] & r T \leq t \leq T \\ 0 & t > T \end{matrix} - - - (1)

其中A₁、C、b、n为暴雨公式参数，沈阳市A₁＝1984、C＝0.77、b＝9、n＝0.77；

P为降雨重现期，本实施例中取值1a、3a、5a、10a、20a、50a和100a，已经能较为全面地代表沈阳市降雨情况；

T为降雨总历时，T＝120min；

r为雨峰相对位置，即峰前历时与总历时之比，在此取值0.4；

根据公式(1)，以5min单位时段降雨雨量柱形图为纵坐标，降雨历时t为横坐标，建立重现期P内，针对降雨历时120min降雨的暴雨雨型模型，如图1所示，从而确定雨型为单峰雨型，同时得到每个重现期P在不同降雨时段条件下的降雨量，最后可通过累加获得总降雨量Qz；

(2)采用水量平衡分析法计算确定低势绿地下凹深度及面积：

Q₀+U₀＝S+Z+U₁+Q₁(2)

S―降雨计算时段内低势绿地的雨水下渗量，m³；

U₁―降雨计算时段结束时低势绿地的蓄水量，m³；

其中，S＝60K·J·F₂·t(3)；

式中：K―土壤稳定入渗速率，m/s，沈阳绿地土壤的K一般为1×10^-6～5×10^-6，计算时取下边界值1×10^-6，；

J―水力坡度，一般取J＝1；

U₁＝F₂·Δh(4)；

则有Q₀＝S+U₁(5)；

那么，低势绿地的渗蓄效率：

N = \frac{S + U_{1}}{(Q_{z} F_{1} C_{n} + Q_{z} F_{2}) / 1000} \times 100 % - - - (6);

f_{0} = \frac{C_{n} Q_{Z} / 1000}{3600 K + Δ h - (1 - C_{n}) Q_{Z} / 1000} - - - (7);

C_n是绿地服务区域的径流系数,本例假定低势绿地服务的汇水面为混凝土或沥青路面，故取0.9；

下渗时间t₀:t₀＝Δh/K(8)；

令低势绿地达到最优渗蓄效率，即渗蓄效率N为100％，得到不同重现期P下，低势绿地凹深度根据不同Δh、不同重现期P对应的Q_Z，利用公式(7)计算出渗蓄效率N为100％条件下低势绿地的面积率f₀，然后利用公式(8)，算出不同下凹深度下对应的下渗时间t₀，绘制得到不同重现期P下，低势绿地凹深度Δh与低势绿地面积率的关系图，以及下凹深度与下渗时间关系图，如图2所示。

再根据城市绿地面积率来估算低势绿地下凹深度。根据目前各个城市Δh的统计，沈阳Δh在50～300mm之间，当下凹深度值为50mm时，在渗蓄效率N为100％下，对于1年一遇降雨(P＝1a)的全部渗蓄所需的低势绿地面积率高达50％以上，而沈阳市目前的绿化面积率仅为20～40％，低势绿地面积率更低，所以Δh为50mm不满足设计要求，依次对Δh进行赋值，最终找到低势绿地面积率符合实际城市建设条件下，找到Δh合适的范围。

假设设计选取重现期P为10a，在沈阳市实际绿化面积率为20～40％，低势绿地面积率f₀更低的条件下，Δh高达230mm以上才可渗蓄10年一遇的雨水。当下凹深度增加到300mm，雨水全部下渗所需时间为83.3h(图2)，超过了植物1～3d的耐淹时间，影响植物生长，当下凹深度超过250mm，位于道路或建筑物周边的低势绿地会成为过往行人、车辆的安全隐患。所以，在绿化面积率为20～40％内，低势绿地下凹深度宜在230～250mm之间。

(3)铺设施工：

针对P＝10a条件下雨涝的预防，按照上述Δh＝230～250mm进行低势绿地铺设施工，设计低势绿地的高程低于周边的道路或铺装，按照上述步骤确定低势绿地的凹深度，铺设绿地；

Claims

1.一种缓解雨涝的地势绿地的设计施工方法，按照以下步骤进行：

(1)建立暴雨雨型模型：

首先，采用芝加哥过程曲线法，即公式(1)：

其中A₁、C、b、n为暴雨公式参数；

其特征在于：

采集城市40-50年内每场暴雨的降雨量数据，包括总降雨量Q、降雨历时T和不同降雨时段t的降雨量，P为降雨重现期，取值为1～100a中的任意整数值；t为降雨计算时段，T为降雨总历时，T＝120min，r为雨峰相对位置，即峰前历时与总历时之比，取值在0.35～0.45之间；

(2)采用水量平衡分析法计算确定低势绿地下凹深度：

Q₀+U₀＝S+Z+U₁+Q₁(2)

S―降雨计算时段内低势绿地的雨水下渗量，m³；

U₁―降雨计算时段结束时低势绿地的蓄水量，m³；

其中，S＝60K·J·F₂·t(3)；

U₁＝F₂·Δh(4)；

则有Q₀＝S+U₁(5)；

那么，低势绿地的渗蓄效率：

C_n是绿地服务区域的径流系数；

下渗时间t₀:t₀＝Δh/K(8)；

(3)铺设施工：

低势绿地植被选择耐寒耐水涝植物紫花地丁、萱草或马蔺，种植土层选择渗透速率超过5×10^-5m/s的砂质土壤；种植土层下面铺设砾石层。