摘要：随着我国城市化的不断发展，降雨和洪水灾害等问题制约着城市的发展，“海绵城市”的提出，指明了未来城市发展的道路，而雨水花园作为“海绵城市”中的一个重要分支，它的发展至关重要。为了加深对雨水花园的研究，调查国内外雨水花园的发展情况，得出研究发展雨水花园的重要性和必要性。再通过实验分析与SWMM构建模型进行数值模拟，分别从不同填料和降雨特征的角度，分析其对雨水花园径流消减效果的影响。
关键词：雨水花园；SWMM模型；结构参数；径流消减
引言
雨水花园作为一种新型的绿化形式，应用越来越广泛，植物作为雨水花园的重要组成部分，在生态效应，净化雨水，滞留雨水，景观功能等方 面发挥着不可替代的作用。然而已有项目并没有真正体现雨水花园的生态价值。暴风雨时期由于降雨量加大，雨水在排放不及的情况下，形成不同程度的闭塞，导致大量的雨水在路面堆积，路面积水问题严重，影响人们通行的同时，也破坏道路设施和石材等。在这种背景下，先进的雨水花园技术进入人们的视野并日益受到关注。
1雨水花园概述
雨水花园的核心功能是： 增加雨水的下渗量并回收利用雨水，同时因减小了地表径流可有效起到降低暴雨后城市内涝的频率和程度，从而起到控制雨洪和利用雨水的作用。
雨水花园的构造可分为5层：1.植物层。通常种植适宜本地区生长的，具有部分观赏价值的植物；2.蓄水层。供临时蓄水使用，沉淀部分固体颗粒，有利于去除附着在沉淀物上的金属离子和有机物；3.种植土层。常用沙子和泥炭土混合，用来栽培植物；4.填料层。根据雨水花园的面积和当地的降水情况来确定；5.砾石排水层。便于下渗的雨水进行排放和收集。
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图1 雨水花园结构简图
2研究不同填料对雨水花园径流消减效果的影响
2.1实验方案
通过设置三个实验组T1、T2、T3如下表,表1为通用处理，表2为变量处理，其中，三组处理（表2）的填料层厚度均为10cm。
试验处理
植物层
种植土层
砾石层
T1、T2、T3
狼尾草
混合土
（园土:腐叶土:河沙）
5 : 3 : 2
水洗砾石
表1 通用处理
试验处理
填料层
T1
T2
T3
6cm石英砂+4cm瓜子片
6cm石英砂+4cm沸石
6cm石英砂+4cm煤灰渣
表2 变量处理
实验装置用花盆替代，底部收集经过过滤净化的雨水，上部蓄水层顶部设有溢流孔，用于排放并收集超出雨水花园过滤净化能力范围的雨水。用25mg/L的硫酸铜溶液来模拟有重金属污染的雨水；通过加入25mg/L的土壤来模拟悬浮物。用定量控制仪控制加水模拟降雨。
2.2实验结果
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图2结果统计
（1）用a=(Q1-Q2)/Q1计算雨水续存率（Q1为降雨量，Q2表示顶部出流水量），得出在同等条件下，各处理方式雨水续存率平均值为：T2（62.8%）>T3（56.7%）>T1（49.0）。即对雨水径流消减效果最明显的是T2处理。
（2）收集不同处理下底部经过过滤后的水，通过对比过滤后的雨水颜色，三种处理几乎接近；再对比未处理硫酸铜溶液，颜色有变浅，即雨水花园可以一定程度上净化雨水中的重金属污染。
（3）收集不同处理下底部经过过滤后的水，利用减差法得不同处理对悬浮物的消减率：T1（78.7%）>T2（72.0%）>T3（38.7%）。即对悬浮物消减效果最明显的是T1处理。
综上可以得出，对雨水花园径流消减效果最理想的是T2处理，即：填料层为“3cm石英砂+2cm沸石”的处理。
3研究降雨特征对雨水花园径流消减效果的影响
3.1SWMM软件简介
暴雨管理模型SWMM是由美国环境保护署开发的基于水动力学的降雨径流模拟模型，该模型集成了降雨、径流等多种模块，能够对单场及连续降雨的径流和排水情况进行动态模拟，LID模块能够模拟LID设施影响下的径流量、峰值流量和蓄水量等参数的变化情况。文章以华北地区某区域为研究对象，通过建立SWMM模型，对不同重现期设计暴雨下的降雨径流进行模拟计算，为该地区暴雨洪水控制研究提供技术支持。
3.2模拟结果及分析
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图3模拟结果
（注：序号为该子汇水区的节点的记号）
通过SWMM构建某小区模型，输入降雨参数进行数值模拟后，连续性误差中，地表径流为1.24%，流量演算为0.27%。得出最大深度节点为：17>15>13>2，且最大为1.0m。根据图示，即雨水最终汇集量最大的为节点2、13、15、17区域，且最大的为17，需重点防护。
同时通过软件的总结结果分析，可以得到各个节点的包括平均深度、最大深度、最大深度时的时间等的数据。分析可得，在为期2h的降雨中，经过47分钟后，多数节点达到最大深度2m，即47分钟左右为多数节点深度最大的时期，应重点防护。
4结论
（1）“海绵城市”是未来城市发展的方向，作为其重要组成部分的雨水花园体系更是重中之重。国外的雨水花园发展已相对成熟，而我国仍处于初级阶段，对其利用还有很多不完善的地方，因此，研究与发展雨水花园具有非常大的重要性与必要性。
（2）在本实验中，通过对不同填料下雨水径流的消减效果和对污染物的过滤效果的对比，得出填料层为“3cm石英砂+2cm沸石”时最优，通过这种方法，可以确定雨水花园的最优结构参数；同时，通过SWMM建立模型的方法，模拟降雨后，可以清晰地观察到该区域中雨水的径流情况，以便于在最优的位置设立相应的雨水花园体系，来达到最大效益。
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论文作者:杨佳豪
论文发表刊物:《知识-力量》2019年12月58期
论文发表时间:2020/1/9
标签：雨水论文; 径流论文; 花园论文; 填料论文; 效果论文; 节点论文; 模型论文; 《知识-力量》2019年12月58期论文;