CN109629630A - 一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法 - Google Patents

一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法，包括以下步骤：a.在石山水流较急的地方，也就是在石山的沟壑处设置消能坎，通过消能坎对雨水进行缓冲消能；b.在石山上设置植物缓冲带，利用石山表面积的土地种植植被，以缓冲、过滤和净化雨水，预防水土流失；c.在石山上设置有湿地和湿塘，在石山的山脚处设有调节湖，并在山脚处设有沿山体环形布置的截水沟；所述截水沟、湿地和湿塘分别与调节湖相贯通，湿地和湿塘相贯通，所述湿地、湿塘和调节湖分别与城市雨水系统或者地下河水相贯通。本发明通过湿地、湿塘和调节湖等将大多雨水蓄积了起来，可预防大量雨水流到城市中，预防城市内涝。

Description

一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法
技术领域
本发明涉及一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法，特别是一种通过城市海绵体解决喀斯特地貌城市内涝的方法。
背景技术
喀斯特地貌城市山多地少，雨水渗流量大，地表土层薄难以蓄水，城市地表渗透蓄水的海绵城市建设方式并不适合喀斯特地貌城市，如何提高城市“海绵体”的规模与质量是喀斯特地貌海绵城市建设面临的实际问题。“石山湿地公园”是我们为了更好地借用喀斯特地貌区域石山较多的自然特点，根据“低影响开发雨水系统构建”的城市雨洪管理原理，人工对现有喀斯特地貌地表进行设计改造，最终形成的一种新型生态海绵体形式，其核心是通过石山的人工设计和改造，使其结构可以较原有同等面积下的地表具有更好的雨水收集与储蓄能力，并利用石山雨水就近消纳形成城市山水景观湿地。石山湿地公园的设计内容包括山体雨水流程控制、雨水过滤净化，以及雨水湿地、湿塘和调节湖等三大海绵体的设计。
“海绵城市”指应对城市内涝问题的新一代城市雨洪管理理念，通过将雨水收集、蓄存和利用，使城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”，也称之为“水弹性城市”，可有效减缓城市内涝和城市热岛等问题，“渗、滞、蓄、净、用、排”为其基本建设导则。目前柳州的不少城市道路正在做人行道的透水铺装的改造，经了解，10000平方的透水铺装大概可以蓄水100平方，普通的降雨不会出现内涝问题，但遇到强暴雨天气，由于透水铺装的蓄水量有限，还是避免不了内涝问题。在查阅海绵城市资料时，看到一位专家提出，对于喀斯特地貌的城市，因为地表雨水渗流量大，土层薄难以蓄水，所以雨水渗透的海绵城市建设方式并不适合喀斯特地貌城市，因此，仅靠透水铺装是难以解决内涝问题的，最有效的办法应该增加蓄水设施。然而怎么才能增加蓄水设施这正是本发明要解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法，以有效喀斯特地貌城市内涝的问题。
解决上述技术问题的技术方案是：一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法，包括以下步骤：a.在石山水流较急的地方，也就是在石山的沟壑径流处设置消能坎，通过消能坎对雨水进行缓冲消能；b. 在石山上设置植物缓冲带，利用石山表面积的土地种植植被，以缓冲、过滤和净化雨水，预防水土流失；c. 在石山上和山脚处设置湿地和湿塘，在石山的山脚处设有调节湖，并在山脚处设有沿山体环形布置的截水沟；所述截水沟、湿地和湿塘分别与调节湖相贯通，湿地和湿塘相贯通，所述湿地、湿塘和调节湖分别与城市雨水系统或者地下河水相贯通。
本发明的进一步技术方案是：步骤a的具体方法为：对水流较急的冲沟径流，通过设置消能坎对雨水进行缓冲消能；所述消能坎为在石山的沟壑处设置凹凸不平的碎石积水坑，具体方法为在天然沟壑处挖设多个积水坑，并在积水坑中填放碎石；或所述消能坎为在水流较急处设置凸出的挡水石坝，具体方法为将放置有碎石的网兜设置于水流较急处并形成挡水石坝。
沿沟壑每隔50-80米设置一个消能坎。
步骤b的具体方法为：通过在山脚处种植一些根系发达的灌木和乔木，既可以保护水土，又可以有效地过滤和净化雨水；所述的植被为灌木或乔木，即植被为香椿树、刺槐或大叶榕。
所述的截水沟为以环形结构设置于石山的山脚处，该截水沟深度为1.2米深，截水沟的溢水口设在距沟底1米的位置，该溢水口通过水管或水渠与调节湖相贯通，在截水沟底部每隔30米设一个1.8米深的沉泥池。
在截水沟的入水口处设有过滤网。
在山脚处设置有前置塘，该前置塘与冲沟径流或截水沟连通，所述的前置塘为人工挖设的水塘，并在水塘底部设有碎石，在水塘水流出口处设有挡水石坝。
所述的湿塘是指常年保持一定水域面积且具有拦截、临时蓄存径流雨水，并通过限制最大流量的排水口慢慢将其引入调节湖、雨水排放系统或收纳水体处的低洼区，湿塘的设置位置为山涧或者山体沟壑汇流处。
所述湿地是一种使雨水通过沉淀、过滤和生物作用等方式达到高峰削减和径流污染控制的湿地，湿地布置在较为平缓低洼的地形上面，作为净化雨水的一个环节，湿地与湿塘或者与调节塘连通。
所述调节湖是指可以调节蓄水量的一个相对较大的湖泊，对于一些湿塘和湿地容纳不下的径流，通过建造一个大型的调节湖来控制蓄水，深度以及容量都会比湿塘更大，以容纳来自大暴雨的很多水量，把雨水收集起来；调节湖通过排水管和溢流管与雨水系统连接，该排水管上设有阀门。
由于采用上述技术方案，本发明之一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法，具有以下有益效果：
石山的雨水相对城市其他地方的雨水，其受到的环境污染较小，主要是泥石枯枝败叶夹杂其中。若是暴雨时期，石山的雨水直接流到城市中会容易发生内涝。本发明在石山上设有消能坎、截水沟、植被缓冲带、湿地、湿塘和调节湖。通过湿地、湿塘和调节湖等将大多雨水蓄积了起来，可预防大量雨水流到城市中，预防暴雨时过多雨水冲到城市中容易发生城市内涝。雨水径流经过缓冲、过滤和沉淀，即可获得一定程度的净化。沟壑径流经过碎石消能坎、前置塘和汇水沟渠（截水沟），可获得一定程度的缓冲消能和过滤沉淀；植被缓冲带是位于石山缓坡处的一道重要的雨水生态过滤设施，可对缓坡自由散水进行过滤净化，并起到保护和涵养土层的作用，其物种宜选择根系发达的乔木和灌木丛，缓坡自由散水经植被缓冲地带过滤净化后进入山底的汇水沟渠。进入汇水沟渠的雨水经过进一步的过滤和沉淀，再通过植草沟、渗透沟渠、生态护坡等自然地表排水形式的输送、消纳、滞留、净化，最后进入湿地、湿塘和调节湖等水系，避免雨水径流通过雨水干管直接排入水体，造成水体污染。
下面，结合说明书附图和具体实施例对本发明之一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法的技术特征作进一步的说明。
附图说明
图1：湿地、湿塘、调节湖的满溢状态排水示意图。
图2：山体雨水控制流程图。
图3：湿塘内部系统流程图。
图4：湿地内部系统流程图。
图5：调节湖内部系统流程图。
图6：湿塘结构示意图。
图7：调节湖结构示意图。
图8：湿地结构示意图。
在上述附图中，各标号说明如下：
1-石山，2-消能坎，3-截水沟，4-前置塘，5-挡水石坝，6-湿塘，7-排水管，8-溢流管，9-栅栏，10-洪水道，11-堤岸，12-出水口，13-碎石，14阀门，15-调节湖，16-人行道，17-马路，18-道路雨水收集口，19-排水出口，20-植被。
具体实施方式
喀斯特地貌的土质疏松，岩石溶洞多且大，经过分析，喀斯特地貌石山的雨水汇集方式可以分为有三类：溶洞渗透式、沟壑径流式和缓坡自由散水式。溶洞渗透式是指雨水通过雨水侵蚀的溶洞进入山体内部，汇入地下河的方式；沟壑径流式是指雨水由高处向低处的沟壑汇聚成大股水流的方式，雨水径流冲击力较大，能卷走所过之处的泥土；缓坡自由散水式泛指在山脚缓坡处不属于前两种汇集方式的雨水汇集方式。溶洞渗透式可补充城市地下河水，对城市排洪有利，故应顺其自然，不需控制。缓坡自由散水式的势能较小，可以顺坡流经植被缓冲带，进入围绕山底而建的截水沟；沟壑径流式的水流能量较大，因此需要在山体沟壑处设置若干个消能坎对雨水进行缓冲消能。本发明是基于喀斯特地貌城市的一种城市海绵体，用于预防城市内涝，主要是根据石山地表特点，在石山上设计雨水流程控制路径，以收集雨水并对其消能；选种适宜的种植绿色植物，利用石山表面积的土地增加植被海绵体，以缓冲、过滤和净化雨水；利用雨水就近消纳的方式设置湿地、湿塘和调节湖，形成景观蓄水海绵体；同时，在上述过程中适当地延长水流通道，以创造更多的水生态环境，进一步过滤、净化和储蓄雨水。雨水经过消能坎、植被缓冲带、汇水沟渠、植草沟、生态护坡等一系列缓冲和净化设施之后就汇流进入石山湿地公园的人工湿地、湿塘和调节湖这三大海绵体中，在雨水的控制流程中，消能坎、植被缓冲带和截水沟对缓冲和收集雨水起着重要的作用。
一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法包括以下步骤：a.在石山水流较急的地方，也就是在石山的沟壑径流每间隔一定距离处设置消能坎，通过消能坎对雨水进行缓冲消能；b. 在石山上设置植物缓冲带，利用石山表面积的土地种植植被，以缓冲、过滤和净化雨水，预防水土流失；c. 在石山上或山下（山脚处）设置有湿地和湿塘，在石山的山脚处设有调节湖，并在山脚处设有沿山体环形布置的截水沟；所述截水沟、湿地和湿塘分别与调节湖相贯通，湿地和湿塘相贯通，所述湿地、湿塘和调节湖分别与城市雨水系统或者地下河水相贯通。石山的水流方向为从山顶流到山脚，水流路径Ⅰ为冲沟径流，水流依次经过消能坎、前置塘、湿塘、调节湖；水流路径Ⅱ山地缓坡自由散水，水流依次经过植物缓冲带、截水沟、湿地或湿塘和调节湖；水流路径Ⅲ为山崖陡坡处的水流，依次经过消能坎、植物缓冲带、截水沟、湿地或湿塘和调节湖。在山脚处设置有前置塘，该前置塘与截水沟连通，在截水沟和湿地之间、或者截水沟和湿塘之间设置有前置塘，所述的前置塘为人工挖设的水塘，并在水塘底部设有碎石，在水塘水流出口处设有挡水石坝。
步骤a的具体方法为：对水流较急的冲沟径流，通过设置若干个消能坎对雨水进行缓冲消能；消能坎的个数为沿沟壑（或冲沟）每隔50-80米设置一个消能坎。所述消能坎为在石山的天然沟壑处设置凹凸不平的碎石积水坑，具体方法为在天然沟壑处挖设多个积水坑，并在积水坑中填放碎石；或所述消能坎为在水流较急处设置凸出的挡水石坝，具体方法为将放置有碎石的网兜设置于水流较急处并形成挡水石坝。消能坎的凹凸不平以及碎石间的大孔隙可以削减水流的冲力，明显降低雨水径流的势能，起到自然消能的作用，减少对水土的冲刷，便于下一步雨水的收集利用。
步骤b的具体方法为：通过在山脚处种植一些根系发达的灌木和乔木，既可以保护水土，又可以有效地过滤和净化雨水；所述的植被为香椿树、刺槐或大叶榕中等多种根系发达的灌木和乔木。原始的喀斯特山体，植物都处于一种自由生长的状态，种类多而且杂草占大多数，少有乔木，在雨水的冲刷下水土流失严重，故山体多为裸露。所以有规划的种植可以结合景观设计在选择多样化的品种，定期维护，既能做到美化景观的作用，同时也避免了山脚处杂草丛生的不美观现象。
所述的截水沟为以环形结构设置于石山的山脚处，该截水沟深度为1.3米深，截水沟的溢水口设在距沟底1米的位置，该溢水口通过水管或水渠与调节湖相贯通，在截水沟底部每隔30米设一个1.8米深带滤网的沉泥池，即每隔30米挖一个1.8米深的坑作为沉泥池。这样的设计能对水流里的泥沙起到一定的沉淀作用，只要定期清理沉泥池的沉泥，就能使截水沟长期使用下去而不会发生堵塞。并且在截水沟的入口处和沉泥池的入水口设有雨水箅子过滤，截水沟上面的几层滤网则能过滤掉像树叶、树枝和碎石这样大点的垃圾，对水流进一步过滤净化，而且较深的截水沟也起到储存部分雨水的功能。
所述的湿塘是指常年保持一定水域面积且具有拦截、临时蓄存径流雨水，并通过限制最大流量的排水口慢慢将其引入调节湖、雨水排放系统或收纳水体处的低洼区，又称水塘。湿塘的设置位置选择在山涧或者山体沟壑汇流处且能满足一定的蓄水要求，湿塘底部应做防渗处理，在湿塘底部设有沉泥区。湿塘的主要功能是滞留雨水，既在下大雨时能滞留一部分雨水，延长地表径流排放时间，减小排水系统的负担，等待径流峰值过去再排放雨水，同时在不下雨的时候可以常年保持一定的水位，等到旱季的时候再利用其水分，达到解决喀斯特地貌滞留蓄水难的问题，雨水也可作为其补水水源。
雨水湿地（简称湿地）是一种使雨水通过沉淀、过滤和生物作用等方式达到高峰削减和径流污染控制的湿地，湿地布置在较为平缓低洼的地形上面，作为净化雨水的一个环节，湿地与湿塘（或者调节塘）连通。对于短时间内聚集在湿地里的雨水，湿地无法完全吸收，则可通过暗沟、植草沟、地表沟渠等方式与湿塘连接，把多余的水引入湿塘减缓湿地压力。同时也可以就近连通调节湖或者城市排洪系统，成为一个既可以蓄水又可以在旱期自由选择排水方式的活动湿地。石山湿地公园的雨水湿地形式可选用下沉绿地、雨水花园、植草沟和生物滞留区等形式，具体可结合公园的地形和景观设计灵活选用。
所述调节湖是指可以调节蓄水量的一个相对较大的湖泊，对于一些湿塘和湿地容纳不下的径流，通过建造一个大型的调节湖来控制蓄水，深度以及容量都会比湿塘更大，以容纳来自大暴雨的很多水量，把雨水收集起来。调节湖通过排水管和溢流管与雨水系统（城市排水系统）连接，该排水管上设有阀门。在下雨的时候把阀门关闭，储蓄雨水，溢流管则是防止雨量过大调节湖容纳不下作为溢流作用的。而在旱期，可以把调节湖的阀门打开并取用里面的水，用于补充湿地花园的水分，且收集到的雨水可用作城市绿化的浇灌水，节约城市用水量。调节湖的储蓄水分是可以调节的，所以不会像其他的非流动湖泊一样形成死水，不会发黑发臭，而且大面积的水面可以作为景观来使用并且可以调节小气候，对于解决城市热岛效应有明显帮助作用。调节湖底部应做防渗处理。
石山湿地公园的三大海绵体为雨水湿地、湿塘和调节湖。雨水湿地具有引导净化水体的作用，湿塘具有调蓄净化收集雨水的作用，调节湖则是收集调节储蓄雨水的作用，这三大海绵体共同作用，不仅能把石山及其周围的雨水自然净化，还能对净化过的雨水进行储蓄，对暴雨时期的城市管道洪峰起到很好的减压效果。调节湖、湿塘、雨水湿地三者之间既相对独立又相互联系，并与城市雨水系统相接，相互间形成了流动的雨水收集利用体系。湿地、湿塘和调节湖彼此相连，植物自然净化后的水体可以在三个海绵系统中流转，同时与城市的排水系统或地下河相连，形成流动的活水，不像现在的一般人工湖一滩死水，避免了城市人工水体发黑发臭的现象。
乔木和植被对雨水的净化起着非常重要的作用，广西柳州市为中亚热带向南亚热带过渡的气候带，加上典型的岩溶地貌，使得柳州市植物种类复杂多样且特有。喀斯特地表土层薄，所种植的植物必须具有适应性才能存活以达到保护土壤、涵养净化雨水的目的。对于乔木与植被的选择，从山顶到山脚到水边的植被选择不尽相同，根据具体位置和地形选择不同种类，采用高低大小不同的植物以形成不同的生态环境和风景。从山顶至水底的植被选择方法如下：
1.石山顶部的石壁山崖选用攀缘植物。石山的顶部多为突兀的石壁山崖，裸露没有植被，可以种植攀缘植物给予绿化。经调研，适宜种植的攀缘植物有炮仗花、飘香藤、蒜香藤、三星果藤、金银花、网脉金银花、使君子、凌霄、百香果、狭叶异翅藤、紫藤、三角花、扁担藤、络石、异叶爬山虎、大花老鸦嘴、匍地榕等。如箭盘山奇石园应用异叶爬山虎、三角花绿化石壁山崖收到良好的景观效果。
2.石山的中下部选用根系发达的乔木。考虑到山体附近滑坡和泥石流等灾害，在植物造景和配置上以安全为第一。经实地调研和咨询有关绿化部门，银杏、马尾松、柳杉、侧柏、樟树、山槐、杨梅等能都适应喀斯特地貌的气候条件，比较适合在山的上半部分种植。而适合山底塘边的乔木，柳州市园林管理局已选出了10个优良的沿河绿化树种，如小叶榕、刺桐、羊蹄甲、洋紫荆、垂柳、水蒲桃、珊瑚树、枫杨、撑蒿竹、乌桕等。石山山脚及塘边的乔木，可以在此范围进行选用。
3.山脚护坡选择耐水湿、耐冲刷的植物品种。石山底部的植物选择可以从上至下分为乔灌草种植区、灌草种植区、湿生种植区和水生种植区，不同层次的植被选择可以让景观丰富起来，还能营造良好的生态环境。
4.湖塘消落带的植被选择：石山周边湖塘的护岸应设置消落带，它是指湿塘和调节湖中由于季节性水位涨落，致使被水淹的土地出露水面，周期性成为陆地的区域。消落带的植物应选择既耐湿又耐干旱的植物，如芦苇、秋华柳、地瓜藤、野青茅、狗牙根、卡开芦等。
5.湖塘滨水植物的选择：湿塘和调节湖中蓄集的雨水虽然经过前面几道环节的过滤、沉淀，以及和城市排水系统的循环，水质虽有所改善，但还是不够的，还要靠种植一些滨水植物形成一个生态系统，去自然净化水源。滨水植物包括挺水植物、浮水植物和沉水植物。比较常见的挺水植物有荷花、花鸢尾、芦苇等；常见的浮水植物有睡莲、荇菜、浮蓬草、芡实等；常见的沉水植物有狐尾藻、金鱼藻、黑藻等。这些植物均具有发达的净化水质功能，是湿地生态环境中重要的组成部分。
石山雨水在流经植被缓冲带、汇水沟渠、植草沟、湿地、湿塘和调节湖等海绵体的过程中，获得过滤、沉淀和净化，其过程全部采用物理作用和生物作用的方式，具有自然过滤、自然净化和自然储蓄的特点。
实验概况：
为更好验证石山湿地公园的可行性，我选取了柳州市的马鹿山作为实验基地，马鹿山公园位于柳州市城中区东环大道272号，东经109º26'20.75''，北纬24º20'33.31''，占地面积50.16公顷，通过卫星地图截取的马鹿山实景平面图。经查询柳州市气象局和中国气象数据网得知，石山所在域雨季一般始于四月下旬，终于9月上旬初，这期间降水量占全年降水量的70%以上，南部蒸发量大于降水量，为半湿半干状态，而北部的降水量多超过蒸发量，气候湿润。
蓄水量的计算：依据柳州市市区的降雨量数据，以实现70%的雨水收集消纳和利用为设计目标，设计相关的消能坎、截水沟、植被缓冲带、湿地、湿塘及调节湖等主要蓄水海绵体。考虑石山沟壑纵横，具有较大的渗水量，假设在石山上渗透和消纳的水量为20%左右。10%溢流进入城市排洪系统，其余的70%被石山海绵体收纳利用。
计算石山湿地公园的年总降雨量：经查询柳州市气象局和中国气象数据网得知当地的气象情况如下：该区域从1962年到2016年期间，年均降雨量为1431.1mm，年均蒸发量为1401.3mm，最大日降雨量为233.6mm。
设马鹿山公园的年总降雨量为A，湿地公园年平均总降雨量的70%为B，连续4日最大暴雨总量为C，湿地海绵体的蓄水总量为D，则:
A = 年均降雨量 × 马鹿山湿地公园水平投影面积
= 1431.1 × 10-3 × 50.06 × 104 = 71.6 × 104 m3
计算湿地海绵体的面积和蓄水深度：据统计，1962年至2016年，最大连续暴雨天数为3天，最大日降雨量为233.6mm。因此，石山湿地的蓄水量如果同时满足以下两个条件，即可达到实现70%的雨水收集消纳和利用的建设目标。
1）湿地海绵体的蓄水总量D≥B = 湿地公园年平均总降雨量的70%；
B = 湿地海绵体的蓄水总量 × 湿地公园年平均总降雨量的70%
=71.6 × 104 × 70% = 50.1 × 104 m3
2）各类海绵体的蓄水总量D≥C = 连续3日最大暴雨总量+原有蓄水量（为方便计算取1日最大降雨量的值）的70%。
C =单日最大降雨量 × （3天+1天） × 湿地公园总水平投影面积 × 70%
= 233.6 × 10-3 × (3+1) × 50.16 × 104 × 70% =32.8 × 104 m3
由1）的B值和2）的C值可知，湿地的各类海绵体的蓄水总量D值最小值应≥B =50.1 ×104 m3。
3)根据D值估算各类海绵体的蓄水量计算
先按一定的面积比例设计各类海绵体，再按常规的设计深度计算蓄水体积，算出所有海绵体的蓄水体积总和D值，再与B值和C值比较，大于B值和C值的则可行，表明该蓄水达到比较理想的要求，若小于B值和C值的则需重新调整尺寸，即可调整截水沟、湿地、湿塘和调节湖的大小，以增加蓄水量。
表1：马鹿山各类海绵体的蓄水量：
从上述可知石山湿地的总蓄水量为50.4×104 m3，大于B值50.1×104 m3，也大于C值32.8×104m3 ，达到了70%雨水收集消纳和利用的建设目标，说明上述设计的各类海绵体的面积和深度尺寸可行。
马鹿山湿地公园的造价分析：为论证石山湿地的投资可行性，参照其他实际海绵城市建设工程的案例，对马鹿山湿地公园的造价做了一个投资估算，同时为了比较其经济性，选择同样面积的海绵式市政道路做对比，即选择一个相同建设面积，收集和储蓄相同雨水量的常见海绵体——市政道路海绵体，分别计算两者的造价，进行比较分析，得出结论如下：在相同的蓄水量的情况下（即选择与石山湿地同样面积大小的市政道路，因为面积一样，所以其降雨量一致，故蓄水量也一致），50万平方米的石山湿地造价约0.5014亿元，而50万平方米的市政道路的海绵建设工程部分的造价为2.319亿元（不含道路的基础土建工程，仅是透水铺装及蓄水海绵体部分的造价），石山湿地公园的造价仅为市政道路海绵体造价的1/5，可见，石山湿地公园的造价比市政海绵体道路经济得多，具有良好的经济性。经分析，海绵道路造价高的主要原因是蓄水模块造价高且体量大，每立方米的造价约1500元，而湿塘和调节湖每立方米的造价约为860元，因此石山湿地的总体造价成本就经济许多。
实验：为检验石山湿地公园的蓄水能力，按比例1:2000的比例做了实物模型进行实验研究。
实验方法：第一步按1:2000的比例制作湿地模型和原始山体模型；第二步用量雨器计量每分钟喷淋口的出水量；第三步以相同的水流速分别喷淋两个模型，同时计时，直至底盘容水器的水面升至事先规定的高度，得出水流经时间；第四步计算水容量：水容量=水流经时间×每分钟喷水口的出水量-模型底盘接模型溢出的水量；
实验结果：由表3的实验数据可知，人工改造后的石山的水容量与改造前的水容量增长了8.3倍，水流经时间也比改造前增长了8.3倍，雨水的收集和储水能力增长效果明显。
表2：对水容量(单位：升L)实验的数据：
<u>实验次数</u> <u>1</u> <u>2</u> <u>3</u>
<u>普通石山</u> <u>252mL</u> <u>260 mlL</u> <u>256 mL</u>
<u>湿地石山</u> <u>2092 mL</u> <u>2100 mL</u> <u>2096 mL</u>
表3：对水流经时间的实验数据（单位：秒S）：
<u>实验次数</u> <u>1</u> <u>2</u> <u>3</u>
<u>普通石山</u> <u>126 S</u> <u>130 S</u> <u>128 S</u>
<u>湿地石山</u> <u>1046 S</u> <u>1050S</u> <u>1048 S</u>
实验结果讨论：“石山湿地公园”是一种人工的依据自然原始条件顺势形成的新型海绵体形式，目前在已公开的研究文献中还未见有类似的研究案例。石山设计改造的主要目的是增加石山湿地的水容量和延长水的流经时间。经过模拟实验对比和分析，得出较有效的改造方法如下：
增加蓄水量的改造方法：在石山表面选择适宜的植物进行种植，增加石山表面的植被面积，以涵养水土，提高蓄水量；沿山边设置湿地、湿塘和调节湖作为湿地的主要蓄水海绵体；其他消能坎、截水沟、前置塘、植草沟、生物滞留区等也具有一定的蓄水能力。
延长水的流经时间的改造方法：首先通过植被缓冲带、碎石消能坎等对雨水进行缓冲；然后雨水汇集进入截水沟，进一步获得沉淀和过滤，再导入雨水湿地、湿塘和调节湖；设置植草沟、导水盲沟、下沉绿地、雨水花园、生态护坡等自然地表排水形式，在三大海绵体之间对雨水进行输送、消纳、滞留、净化；设置假山、浅水池和人工瀑布等人工造景，以营造更多的生态空间环境。
通过上述数据计算、投资预算分析，以及模型实验论证，对石山湿地公园的海绵功能进行了验证和分析，结果证明石山经改造后，其蓄水能力和水的流经时间有很突出的提升，且经济可行，具有很强的蓄水调洪作用。“石山湿地公园”的建设思路得到柳州市有关专家的好评，并获列入柳州市海绵城市建设的公园海绵化改造专项计划中，不仅可应用在柳州市旧城区的石山公园改造，还可以在新规划的柳州莲花山保护区的滨江湿地公园、柳江区岜公塘湿地公园和千亩湖湿地公园等大规模的湿地公园中推广应用。
喀斯特地貌城市的石山星罗棋布，山陡林稀，占城市地表面积较大，山体雨水受城市环境污染最小，量大清洁易收集。围绕石山做雨水湿地公园，人工对现有喀斯特地貌地表进行设计改造，并利用石山雨水就近消纳形成城市山水景观湿地，最终形成的一种新型生态海绵体形式。有效提升了喀斯特地貌城市海绵体的规模与质量，对调节和储蓄城区的雨水、消减城市内涝和热岛效应起到非常突出的作用，同时还可形成独具魅力的喀斯特山水景观，即保护了自然生态环境，又为当地居民提供了游玩休闲之地。因此，“石山湿地公园”可以作为喀斯特地貌城市的主要海绵体形式，适宜在喀斯特地貌城市推广应用。
“石山湿地公园”是围绕石山人工营造的雨水湿地公园，借用石山天然的立体优势人工改造成立体的海绵体结构，使其结构可以较原有同等面积下的地表具有更好的雨水收集与储蓄能力，做法不同于常规的透水地面、河湖滨水湿地和各种人工蓄水模块城市等海绵体，适用于喀斯特地貌城市。
雨水流经消能坎、植被缓冲带、截水沟、植草沟、下沉绿地、雨水花园等人工构筑物的过程中，有效延长了雨水的流经时间，并对雨水进行了自然收集、自然消能、自然过滤和自然净化，同时，还营造出大规模、立体、复杂多样的生态空间。
植被缓冲带、湿地、湿塘和调节湖等人工构筑物，既提供了优质的城市海绵体，有效解决城市内涝和城市热岛效应问题，又可形成花木繁茂、山水相映的城市山水景观，一举两得。

Claims (10)

1.一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法，其特征在于：包括以下步骤：a.在石山水流较急的地方，也就是在石山的沟壑径流处设置消能坎，通过消能坎对雨水进行缓冲消能；b. 在石山上设置植物缓冲带，利用石山表面积的土地种植植被，以缓冲、过滤和净化雨水，预防水土流失；c. 在石山上和山脚处设置湿地和湿塘，在石山的山脚处设有调节湖，并在山脚处设有沿山体环形布置的截水沟；所述截水沟、湿地和湿塘分别与调节湖相贯通，湿地和湿塘相贯通，所述湿地、湿塘和调节湖分别与城市雨水系统或者地下河水相贯通。
2.根据权利要求1所述的一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法，其特征在于：步骤a的具体方法为：对水流较急的冲沟径流，通过设置消能坎对雨水进行缓冲消能；所述消能坎为在石山的沟壑处设置凹凸不平的碎石积水坑，具体方法为在天然沟壑处挖设多个积水坑，并在积水坑中填放碎石；或所述消能坎为在水流较急处设置凸出的挡水石坝，具体方法为将放置有碎石的网兜设置于水流较急处并形成挡水石坝。
3.根据权利要求2所述的一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法，其特征在于：沿沟壑每隔50-80米设置一个消能坎。
4.根据权利要求1所述的一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法，其特征在于：步骤b的具体方法为：通过在山脚处种植一些根系发达的灌木和乔木，既可以保护水土，又可以有效地过滤和净化雨水；所述的植被为灌木或乔木，即植被为香椿树、刺槐或大叶榕。
5.根据权利要求1所述的一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法，其特征在于：所述的截水沟为以环形结构设置于石山的山脚处，该截水沟深度为1.2米深，截水沟的溢水口设在距沟底1米的位置，该溢水口通过水管或水渠与调节湖相贯通，在截水沟底部每隔30米设一个1.8米深的沉泥池。
6.根据权利要求5所述的一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法，其特征在于：在截水沟的入水口处设有过滤网。
7.根据权利要求1所述的一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法，其特征在于：在山脚处设置有前置塘，该前置塘与冲沟径流或截水沟连通，所述的前置塘为人工挖设的水塘，并在水塘底部设有碎石，在水塘水流出口处设有挡水石坝。
8.根据权利要求1所述的一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法，其特征在于：所述的湿塘是指常年保持一定水域面积且具有拦截、临时蓄存径流雨水，并通过限制最大流量的排水口慢慢将其引入调节湖、雨水排放系统或收纳水体处的低洼区，湿塘的设置位置为山涧或者山体沟壑汇流处。
9.根据权利要求1所述的一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法，其特征在于：所述湿地是一种使雨水通过沉淀、过滤和生物作用等方式达到高峰削减和径流污染控制的湿地，湿地布置在较为平缓低洼的地形上面，作为净化雨水的一个环节，湿地与湿塘或者与调节塘连通。
10.根据权利要求1所述的一种预防内涝的山体雨水海绵体建造方法，其特征在于：所述调节湖是指可以调节蓄水量的一个相对较大的湖泊，对于一些湿塘和湿地容纳不下的径流，通过建造一个大型的调节湖来控制蓄水，深度以及容量都会比湿塘更大，以容纳来自大暴雨的很多水量，把雨水收集起来；调节湖通过排水管和溢流管与雨水系统连接，该排水管上设有阀门。
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