低势绿地对降低城径流深度径流系数的效果分析一

1、论文导读：而低势绿地可以明显降低径流深度和径流系数。径 流深度和径流系数简化公式如下： 。雨水径流系数随之迅速加 大。防洪排涝，低势绿地对降低城市径流深度、径流系数的效 果分析。中 国期刊 网 关键词：低势绿地，下凹绿地，径流深度，径流系数，防洪排 涝，城市内涝1 概述 近三十年来中国城市化进展发展很快，原来为农田、林地 的郊区不断转变为道路、广场、商住楼等城市用地，雨水径流 系数随之迅速加大，由于原有排水系统设计重现期较低(多为 12 年)负荷能力有限，瓶颈多，因此在城市低洼区域容易造 成“落大雨，水浸街”的内涝现象。通过拓宽河道、扩建雨水 管网及排涝泵站等

2、建设工程提高排水重现期标准，缓解了城市 水涝危害。但上述方式是在汇流形成后采用的疏导、补救工程 措施，存在投资大、维护成本高、占用道路地下空间大，且对 城市交通干扰大等问题。 近年来兴起的城市湿地、 水面率标准、 低势绿地等雨洪资源利用的趋势，则是一种从源头上治理城市 水涝问题的办法。通过从降雨到汇流的过程中降低径流的办法 以有效减轻城市水涝危害，同时对改善水质、增加地下水补给 都有所裨益。 由于城市用地的日趋紧张， 难以大规模增加水面， 而通过对城市既有绿地的改造或者新建低势绿地则是更具可操 作性减涝方法。本文针对低势绿地对降低城市径流深度、径流系数的效果 进行了分析，以期说明即使绿化率较高

3、的城区，在短期强降雨 条件下的径流系数仍然较高，而低势绿地可以明显降低径流深 度和径流系数。2 用地概化及径流系数 根据国家标准城市建设用地分类与规划建设用地标准( GBJ137-90)，我国的城市用地可分为居住、 公共设施、 道路 广场、绿地等 10 大类，为简化起见， 本文将用地概化为三类进 行分析研究：绿地 G（包括公园、小区、学校、道路中绿化地 带）、道路及广场 S、构筑物 RCU（包括居住 R、公共设施 C、市 政公用 U 用地等）。设广州某研究规划区这三类用地比例如下图 所示。三类用地的径流系数分别为 ψG 0.2 ；ψS 0.9 ； ψRCU=0.75 。

4、采用加权平均法 （参排水工程 孙慧修等编， 3.2.2 径流系数 ψ 的确定） 计算得到研究区综合径流系数公 式：ψ1 G% ψG+S% ψS+RUC% ψRCU 2-1 综合径流系数加权计算公式（普通绿地）0.35 0.2+0.25 0.9+0.40 0.75 0.595 概化后的研究区综合径流系数为 0.595 ，与城市水文计算 中综合径流参数取值较接近（一般取 0.6 0.7 ）。实际上，各类下垫面的截流深度虽然会随降雨强度不同有 所变化，但不应是简单的线性变化，而采用相对稳定的截流深 度更合理。以广州 2 年一遇 1h 降雨强度 54.6mm估算

5、上述下垫 面的截流深度（即总损失量）分别为。绿地截流深度： IG=54.6 （1-0.2） 43mm（初损 +下渗） 道路广场截流深度： IS=54.6 （1-0.9） 5mm（路面不平 及管沟滞水）构筑物截流深度： IRCU=54.6 （1-0.75） 13mm（局部不 平及管沟滞水）因此，综合径流深度、径流系数又可以进一步表达为降雨 量的函数（ H 为降雨量）：R2（G%（H- IG）+S%（H- IS ）+RUC%（ H- IRCU） 2-2 综合径流深公式（普通绿地）（ G%（ H-43）+S%（ H-5）+RUC%（H-13）ψ2 f（H） R / H 2-3 综合径流系数公

6、式（普通绿 地）根据上式，可以得到径流深度和径流系数随降雨量增加而 上升的关系 （如后表 2 第 3 列所示），这应当比固定径流系数的计算方法更接近实际情况。3 降雨历时和雨量 城区雨水具有流程短，汇流速度快的特点，形成短时间汇 流，所选用的降雨历时往往也较短。因此，不同于水利河道防 洪计算中所采用的 6h（h 为小时，下同） 、24h 甚至 72h 的长历 时降雨过程，在城市水文学计算中所采用的降雨历时一般不超 过 6h。根据广州城区暴雨水浸街的报导和实地走访调查， 0.5 1h 左右的短历时 2 年一遇强降雨 （注： 老城区排水管网设计重 现期一般为 1 年）容易造成水浸街，一般 23h

7、后才能退水， 因此，本文选择 1h 降雨历时进行分析。由于暴雨强度公式计算重现期较低（一般为 0.25 10 年），为扩展分析较高降雨标准情况，故以水文图集查算方法 计算暴雨量为主。 根据广东省水文总站 2003 年编制的 广东省 水文图集 和 1991 年编制的 广东省暴雨径流查算图表 等值 线图，查出本流域各历时暴雨均值Ht 、变差系数 Cvt ，用Cs=3.5Cv 皮尔逊型曲线，算得 P=1%、2%、5%、 10%、20%及 50%六种频率各历时点暴雨量。 相应频率的设计暴雨量参数 （点 暴雨）成果见下表。表 1 各频率暴雨量计算成果表历时 （mm） P（ %）雨量（ mm）1 2 5

8、10 20 50 1 小时 60 0.40138.6124.8106.891.876.854.660 分钟77.669.558.7注* ：采用暴雨强度公式计算结果， 在低重现期时与图集查算结 果较接近，高重现期时偏小。4 低势绿地深度城区低势绿地深度一般不超过 150mm，否则高差过大，积 水比过深。硕士论文，防洪排涝。本文取0mm、 20mm、50mm、80mm、100mm、120mm共 6 个不同数值的低势绿地平均下凹深度 分别计算分析对降低径流深度、径流系数的影响，以期获得深 度和效果的有效契合点。5 产流计算分析 径流为毛雨扣除入渗和洼地积水后的产流，其他因素 如：植物枝叶截留、蒸发等

9、一般很小，可忽略不计，土壤初期 入渗量与前期降雨量有关，如前期土壤较湿则该值亦较小，对 径流影响不大。硕士论文，防洪排涝。不同下凹深度低势绿地条件下， 径流深度和径流系数简 化公式如下：Rd（ G%（ H- IG） +S%（ H- IS ）+RUC%（ H- IRCU）-d G% 5-1 综合径流深公式（低势绿地）ψd Rd / H 5-2 综合径流系数公式（低势绿地）Rd 为径流深； ψd 为径流系数； H为降雨量（ mm）； d 为低势绿地平均下凹深度（ mm）。表 2 径流深度、 径流系数与绿地下凹深度关系表 （ 降雨量 为 1h 雨量 ）径流深 / 径流系数绿地下凹深度

10、（ mm） 频率 降雨量 mm/h0205080100120P=1%138.6117.1/0.84110.1/0.7999.6/0.7289.1/0.6482.1/0.5975.1/0.54P=2%124.8103.3/0.8396.3/0.7785.8/0.6975.3/0.6068.3/0.5561.3/0.49P=5%106.885.3/0.8078.3/0.7367.8/0.6357.3/0.5450.3/0.4743.3/0.41P=10%91.870.3/0.7763.3/0.6952.8/0.5842.3/0.6635.3/0.3828.3/0.31 P=20%76.855.3/

11、0.7248.3/0.6337.8/0.4927.3/0.3620.3/0.2613.3/0.17 P=50%54.633.1/0.6126.1/0.4815.6/0.295.1/0.090.0/0.00.0/0.0图 1 径流深与绿地下凹深度关系图 2 径流系数与绿地下凹深度关系5.1 低势绿地深度对径流深度的影响据表2 和图1，当绿地深 100mm的条件下：50 年一遇（ P=2%） 1h 降雨径流深相当于不设置低势绿地10 年一遇（ P=10%）数值，约为 70mm；20 年一遇（ P=5%）1h 降雨径流深相当于不设置低势绿地5年一遇（ P=20%）数值，约为 55mm；10 年一遇（

12、 P=10%）1h 降雨径流深相当于不设置低势绿地2 年一遇（ P=50%）数值，约为 35mm； 两年一遇（ P=50%）1h 降雨甚至可以不产生溢流。 可见 100mm的低势绿地可以将径流深所对应的降雨频率 提高 12 个标准级，显著降低汇流量，削减洪峰流量。5.2 低势绿地深度对径流系数的影响据表2 和图2，当绿地深 100mm的条件下：20 年一遇（ P=5%）1h 降雨径流系数由不设置低势绿地时的0.8 降低至 0.5 ；10 年一遇（ P=10%）1h 降雨径流系数由不设置低势绿地时的 0.77 降低至 0.4 ；5 年一遇（ P=20%）1h 降雨径流系数由不设置低势绿地时的0.

13、72 降低至 0.3 以下；2 年一遇（ P=50%）1h 降雨径流系数由不设置低势绿地时的0.61 降低至 0.0 。可见 100mm的低势绿地可以将径流系数降低 0.3 0.4 左 右，显著降低汇流比例，削减洪峰流量。5.3 相同绿地下凹深度条件下， 不同降雨量， 径流系数的 变化值得注意的是，未设置低势绿地时（即表1 第 3 列绿地下凹深度为 0mm），在 2 年一遇（即城市排水常用标准）条件 下，径流系数取值为 0.61 ， 20 年一遇（城市河涌防洪排涝常 用标准）计算时，径流系数已上升至 0.8 。上述变化表明，当 采用较高排水标准时，应当适当提高径流系数的取值。随着绿 地下凹深度的加大， 不同降雨量之间径流系数的变化也在加大， 如：绿地下凹深度为 0mm时， 2 年至 20 年一遇 1h 径流系数从0.61 加大至 0.8 ，变化幅度为 0.19 ；绿地下凹深度为 20mm时，2 年至 20 年一遇 1h 径流系数从0.48 加大至 0.73 ，变化幅度为 0.25 ；绿地下凹深度为 50mm时，2 年至 20 年一遇 1h 径流系数从0.29 加大至 0.63 ，变化幅度为