CN110135036A - 基于雨水承载量的绿地海绵系统设计容量值域确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于雨水承载量的绿地海绵系统设计容量值域确定方法，综合考虑了地域性降水、地下水位、土壤和植被四个影响因子，分析既有绿地的基本特征，通过确定既有绿地雨水承载量衰减系数、既有绿地土壤的雨水承载量以及既有绿地植被的雨水承载量，最终确定既有绿地雨水承载量的准确数据，并此为标准，确定了绿地海绵系统设计容量值域范围。为既有绿地的海绵系统改造与设计提供科学的数据支持，实现了在绿地雨水承载力之内合理有效的收储和利用雨水，避免超标雨水径流对既有绿地的损害以及既有绿地作为消纳雨水的海绵系统之一所产生的水量超负荷承载的问题。

Description

基于雨水承载量的绿地海绵系统设计容量值域确定方法

技术领域

本发明属于海绵城市建设技术领域，具体涉及一种基于雨水承载量的绿地海绵系统设计容量值域确定方法。

背景技术

在海绵城市建设背景下，城市水体、绿地作为城市雨洪的主要承载者之一，可消纳、吸收或滞蓄一定量的雨水，超标雨水排入市政排水管网。为达到海绵城市建设标准，大部分城市推行对既有绿地进行改造，通过下凹绿地增加雨水滞流量、入渗量，但是忽略了绿地自身的雨水承载能力，一定程度上改变和损害了既有绿地自身的生态环境。因此，在绿地雨水承载能力范围内确定海绵系统设计容量值域，以此为参考设计海绵型绿地是保护既有绿地生态环境、合理消纳雨水、避免“水绿”矛盾冲突的关键。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于雨水承载量的绿地海绵系统设计容量值域确定方法。该方法综合考虑地域性降水、地下水位、土壤和植被四个影响因子，通过计算城市既有绿地雨水承载量，确定绿地海绵系统设计容量值域。为海绵城市建设与绿地规划设计提供科学的参考依据。

技术方案：本发明所述基于雨水承载量的绿地海绵系统设计容量值域确定方法，包括如下步骤：

(1)分析既有绿地的地域性降水特征、地下水位特征、绿地植被特征和土壤特征；

(2)根据地域性降水特征、地下水位特征以及海绵城市建设标准，以地域性年径流总量控制率的区间范围值作为地域性降水量参考，推导既有绿地雨水承载量衰减系数，以该衰减系数表示既有绿地雨水承载能力随降水量的增加和地下水位的上升而降低的承载能力衰减效果；

(3)根据既有绿地的土壤类型、孔隙率、土壤面积和覆土深度，计算既有绿地土壤的雨水承载量；

(4)根据既有绿地的不同植被类型、植被数量、植被投影面积，计算既有绿地植被的雨水承载量；

(5)通过上述步骤中既有绿地雨水承载量衰减系数、既有绿地土壤的雨水承载量以及既有绿地植被的雨水承载量，计算既有绿地雨水承载量；

(6)根据以上结果，通过验证现状场地是否满足地域设计降水量标准，确定绿地海绵系统设计容量值域范围，并在设计容量值域范围内对绿地海绵系统改造与设计。

具体的，所述步骤(2)中计算既有绿地雨水承载量衰减系数采用的公式为：

M＝IF(α≤α_min,1.00,IF(α_min≤α≤α_min+β/2,0.90,IF(α_min+β/2≤α≤α_max,0.85,IF(α_max≤α≤95％,0.75,0.65))))

式中，M为既有绿地雨水承载量衰减系数；α为不同地域所设定的年径流总量控制率；α_min和α_max为地域性年径流总量控制率标准最小值和最大值；β为地域性年径流总量控制率标准最大值与最小值的差值，其中，β＝α_max-α_min。

所述步骤(3)中计算既有绿地土壤的雨水承载量采用的公式为：

式中，Q_S为既有绿地土壤的雨水承载量，单位为m³；N_i为第i种土壤孔隙率；A_i为第i种土壤面积，单位为m²；H_i为第i种土壤覆土深度，单位为m；其中，i为砂土、壤土、黏土三种土壤。

所述步骤(4)中计算既有绿地植被的雨水承载量采用的公式为：

式中，Q_G为既有绿地植被的雨水承载量，单位为m³；Q_Ej为第j种植被蒸发散量，单位为m³，其中，所述植被蒸发散包括植被蒸腾、土壤水分蒸发、植物截留及蒸发，使用测量工具现场测量或者根据不同植被蒸发散系数估算；Q_Cj为第j种植被含水量，单位为m³，计算公式为Q_Cj＝Q_Ej/99；j为既有绿地的裸地、草地、灌丛、乔木四种植被覆盖类别。

所述步骤(5)中计算既有绿地雨水承载量采用的公式为：

W＝M(Q_G+Q_s)

式中，W为既有绿地雨水承载量，单位为m³。

所述步骤(6)中，验证现状场地是否满足地域性设计降水量标准，确定绿地海绵系统设计容量值域范围的方法是，判断W与Q_R的关系，若W≥Q_R，则绿地海绵系统设计容量值域为0≤C_F≤W；若W＜Q_R，则绿地海绵系统设计容量值域为Q_R-W≤C_F≤Q_R；

其中，C_F为海绵系统设计容量，单位为m³；Q_R为场地设计雨水量，单位为m³，计算公式为：

Q_R＝I*A/1000

式中，I为地域性年径流总量控制率对应的设计降水量，单位为mm；A为场地面积，单位为m²。

有益效果：本方法综合考虑了地域性降水、地下水位、土壤和植被四个影响因子，计算了海绵城市既有绿地的雨水承载能力，并以此为标准，确定了绿地海绵系统设计容量值域范围，从而为既有绿地的海绵系统改造与设计提供科学的数据支持，实现了在绿地雨水承载力之内合理有效的收储和利用雨水，避免超标雨水径流对既有绿地的损害，解决了既有绿地作为消纳雨水的海绵系统之一所产生的水量超负荷承载的问题。在优先确定既有绿地的雨水承载力前提下，能够以此作为收蓄容量计算的参考，进行海绵型绿地相关项目的改造与设计，为海绵城市建设与海绵绿地的改造和设计提供科学的参考依据。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1，一种基于雨水承载量的绿地海绵系统设计容量值域确定方法，该方法用于在城市既有绿地雨水承载量范围内确定绿地海绵系统设计容量值域，从而为在绿地承载能力之内合理有效的收储雨水提供数据支撑，避免超标雨水径流对既有绿地的损害。具体的，该方法包括以下步骤：

(1)分析研究区既有绿地的基本特征，包括所在地的地域性降水特征、地下水位特征、植被特征和土壤特征，降水特征主要是分析所在地海绵城市建设标准要求的年径流总量控制率对应的设计降雨量，降水与地下水位的动态过程共同影响绿地雨水承载能力；植被特征包括植被类型、植被投影面积、蒸发散系数，主要分析植被蒸发散过程对绿地雨水承载能力的影响；土壤特征包括土壤类型、土壤面积、覆土深度、土壤孔隙率，主要分析土壤渗水和蒸发散对绿地雨水承载能力的影响。

(2)根据研究区地域性降水特征、地下水位特征以及海绵城市建设标准，以该区地域性年径流总量控制率的区间范围值作为地域性降水量参考，推导既有绿地雨水承载量衰减系数，该系数用来表示绿地雨水承载能力随场降水量的增加和地下水位的上升而降低的承载能力衰减效果，即随着设计降雨量的增大、地下水位的上升，绿地雨水承载能力越小，计算公式为：

M＝IF(α≤α_min,1.00,IF(α_min≤α≤α_min+β/2,0.90,IF(α_min+β/2≤α≤α_max,0.85,IF(α_max≤α≤95％,0.75,0.65))))

式中，M为既有绿地雨水承载量衰减系数；α为不同地域所设定的年径流总量控制率(％)；α_min和α_max为地域性年径流总量控制率标准最小值和最大值(％)；β为地域性年径流总量控制率标准最大值与最小值的差值(％)，其中，β＝α_max-α_min。

(3)根据研究区既有绿地的土壤类型、面积、覆土深度等基本属性，计算既有绿地土壤雨水承载量，主要是根据研究区不同土壤的孔隙率大小计算土壤饱和时的最大含水量，计算公式为：

式中，Q_S为既有绿地土壤的雨水承载量，单位为m³；N_i为第i种土壤孔隙率(％)；A_i为第i种土壤面积，单位为m²；H_i为第i种土壤覆土深度，单位为m；其中，i为砂土、壤土、黏土三种土壤。

(4)根据研究区既有绿地的不同植被类型、植被数量、面积等属性，计算既有绿地植被的雨水承载量，主要是通过利用现有仪器或实验室称重的方法计算植被蒸发散量和植被含水量，也可以利用不同植被的蒸发散系数和植被含水量推导公式进行计算，计算公式为：

式中，Q_G为既有绿地植被的雨水承载量，单位为m³；Q_Ej为第j种植被蒸发散量，单位为m³，其中，所述植被蒸发散包括植被蒸腾、土壤水分蒸发、植物截留及蒸发，使用测量工具现场测量或者根据不同植被蒸发散系数估算；Q_Cj为第j种植被含水量，单位为m³，根据植被含水量与植被蒸发散系数的比例约为1:99的原理进行计算，计算公式为Q_Cj＝Q_Ej/99；j为既有绿地的裸地、草地、灌丛、乔木四种植被覆盖类别。

(5)根据上述步骤计算的既有绿地雨水承载量衰减系数、既有绿地土壤的雨水承载量以及既有绿地植被的雨水承载量，计算既有绿地雨水承载量，计算公式为：

W＝M(Q_G+Q_S)

式中，W为既有绿地雨水承载量，单位为m³。

(6)根据以上计算结果，通过验证现状场地是否满足地域设计降水量标准，确定绿地海绵系统设计容量值域范围，并在设计容量值域范围内指导绿地海绵系统的改造与设计。其方法是，判断W与Q_R的关系，若W≥Q_R，则绿地海绵系统设计容量值域为0≤C_F≤Q_R；若W＜Q_R，则绿地海绵系统设计容量值域为Q_R-W≤C_F≤Q_R；

其中，C_F为海绵系统设计容量，单位为m³；Q_R为场地设计雨水量，单位为m³，计算公式为：

Q_R＝I*A/1000

式中，I为地域性年径流总量控制率对应的设计降水量，单位为mm；A为场地面积，单位为m²。

Claims (6)

1.一种基于雨水承载量的绿地海绵系统设计容量值域确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)分析既有绿地的地域性降水特征、地下水位特征、绿地植被特征和土壤特征；

(2)根据地域性降水特征、地下水位特征以及海绵城市建设标准，以地域性年径流总量控制率的区间范围值作为地域性降水量参考，推导既有绿地雨水承载量衰减系数；

(3)根据既有绿地的土壤类型、孔隙率、土壤面积和覆土深度，计算既有绿地土壤的雨水承载量；

(4)根据既有绿地的不同植被类型、植被数量、植被投影面积，计算既有绿地植被的雨水承载量；

(5)通过上述步骤中既有绿地雨水承载量衰减系数、既有绿地土壤的雨水承载量以及既有绿地植被的雨水承载量，计算既有绿地雨水承载量；

(6)根据以上结果，通过验证现状场地是否满足地域设计降水量标准，确定绿地海绵系统设计容量值域范围，并在设计容量值域范围内对绿地海绵系统改造与设计。

2.根据权利要求1所述的基于雨水承载量的绿地海绵系统设计容量值域确定方法，其特征在于，所述步骤(2)中计算既有绿地雨水承载量衰减系数采用的公式为：

M＝IF(α≤α_min，1.00，IF(α_min≤α≤α_min+β/2，0.90，IF(α_min+β/2≤α≤α_max，0.85，

IF(α_max≤α≤95％，0.75，0.65))))

式中，M为既有绿地雨水承载量衰减系数；α为不同地域所设定的年径流总量控制率；α_min和α_max为地域性年径流总量控制率标准最小值和最大值；β为地域性年径流总量控制率标准最大值与最小值的差值，其中，β＝α_max-α_min。

3.根据权利要求2所述的基于雨水承载量的绿地海绵系统设计容量值域确定方法，其特征在于，所述步骤(3)中计算既有绿地土壤的雨水承载量采用的公式为：

式中，Q_S为既有绿地土壤的雨水承载量，单位为m³；N_i为第i种土壤孔隙率；A_i为第i种土壤面积，单位为m²；H_i为第i种土壤覆土深度，单位为m；其中，i为砂土、壤土、黏土三种土壤。

4.根据权利要求3所述的基于雨水承载量的绿地海绵系统设计容量值域确定方法，其特征在于，所述步骤(4)中计算既有绿地植被的雨水承载量采用的公式为：

式中，Q_G为既有绿地植被的雨水承载量，单位为m³；Q_Ej为第j种植被蒸发散量，单位为m³，其中，所述植被蒸发散包括植被蒸腾、土壤水分蒸发、植物截留及蒸发，使用测量工具现场测量或者根据不同植被蒸发散系数估算；Q_Cj为第j种植被含水量，单位为m³，计算公式为Q_Cj＝Q_Ej/99；j为既有绿地的裸地、草地、灌丛、乔木四种植被覆盖类别。

5.根据权利要求4所述的基于雨水承载量的绿地海绵系统设计容量值域确定方法，其特征在于，所述步骤(5)中计算既有绿地雨水承载量采用的公式为：

W＝M(Q_G+Q_S)

式中，W为既有绿地雨水承载量，单位为m³。

6.根据权利要求5所述的基于雨水承载量的绿地海绵系统设计容量值域确定方法，其特征在于，所述步骤(6)中，验证现状场地是否满足地域性设计降水量标准，确定绿地海绵系统设计容量值域范围的方法是，判断W与Q_R的关系，若W≥Q_R，则绿地海绵系统设计容量值域为0≤C_F≤Q_R；若W＜Q_R，则绿地海绵系统设计容量值域为Q_R-W≤C_F≤Q_R；

其中，C_F为海绵系统设计容量，单位为m³；Q_R为场地设计雨水量，单位为m³，计算公式为：

Q_R＝I*A/1000

式中，I为地域性年径流总量控制率对应的设计降水量，单位为mm；A为场地面积，单位为m²。