基于控制变量法的下凹式绿地参数设计方法探讨

摘 要：下凹式绿地是一类结构特殊的绿地,其高程低于路面,内设高程低于路面但高于绿地的雨水口。本文基于武汉城区的具体参数，详细探讨了下凹式绿地参数设计的新方法——控制变量法和图解法，以此来取代具体的设计计算。城区可根据具体的环境因素，周边设施来进行相关设计。

关键词：下凹式绿地；控制变量法；图解法

Discussion Concave herbaceous design method based on the control variable method

SUN Heng, TANG Jun-feng, GENG Jia-qing,

（Three Gorges University School of Civil Engineering and Architecture，宜昌443002）

Substract: Concave herbaceous is a kind of special structure of green space, and its elevation is lower than the road, equipped with elevation lower than the road, but higher than the gullies of green space. This article discussed based on the specific parameters of Wuhan City in detail, explored in detail the design of the sunken green space parameters -- control variable method and graphical method to replace the specific design calculations. According to specific environmental factors surrounding facilities to design in the city.

Keywords: Concave herbaceous, Control variable method, Graphic method

中图分类号：O151文献标识码： A 文章编号：

下凹式绿地具有渗蓄雨水、削减洪峰流量、美化环境、过滤雨水等功用，也是城市雨洪利用甚至在极端条件下内涝排水的重要选择[1]。但目前在国内的各大城市，下凹式绿地的研究与应用未能得到足够的重视。由于其设计参数针对性较强，虽然已有不少人探讨了下凹式绿地的雨水的渗透效果，但没有提出具体且规范的设计方法。目前城市化不断发展，地面的硬化程度逐渐加大，城市排洪与污水处理的问题日益突出，从而引起市区降雨时街道洪水泛流以及地下水储量减少，产生严重的城市水土流失问题，加大新老老城区排洪和污水处理压力。本文以武汉城区为例综合其具体，结合具体公式，为武汉市下凹式绿地设计提供具体实用的算法。

1、武汉城区基本情况介绍

武昌区处于长江之南，主要由剥蚀低丘和漫滩阶地组成，长江沿岸和湖泊周围的平坦、低洼地区，为灰褐色的冲积砂、亚砂土、亚粘土冲积物或淤泥质褐色亚粘土的湖积物。

根据最近几十年降雨资料我们总结出[2]：

(1) 武汉市属北亚热带季风性(湿润)气候，具有常年雨量丰沛、热量充足、四季分明等特点。近几十年来,武汉市年降水量、降水强度呈增加趋势,而降水日数呈减少趋势；

(2)夏季及汛期、梅雨期、伏旱期等时段的降水量均有所增加;降水日数在夏季，冬季为增加趋势；降水强度在夏季、伏旱期呈减小趋势,其余时段均为增大趋势；

2、基于控制变量法的下凹式绿地设计流程：

武汉城区的土壤渗透系数k处于一个离散型较小的变化范围，其值大概介于（1×10-6）~（3×10-6）m/s；在总结出这个结论后，绿地下凹深度和绿地面积则成了下凹式绿地设计的主要两个做设计参数。他们的取值要考虑绿地的汇水面积，土壤的渗透系数，周边环境等影响因素。在本文经过简化后，基于武汉城区的下凹式绿地大概设计流程如下[3]：

①根据武汉城区的项目规划，先划分出武汉城区的下凹式绿地的基本汇水面积；

②综合一系列的环境资料，确定土壤渗透系数k的取值和暴雨重现期P等基本资料；

③控制下凹式绿地的深度这个变量，利用k来确定绿地的面积s；

④控制下凹式绿地的面积这个变量，利用k确定绿地深度h；

⑤根据控制的下凹式绿地面积和深度两个变量，得出两者直接的关系。

3.1基于武汉市城区的下凹式绿地水量平衡分析

下凹式绿地的蓄排水量是由单位时间的雨水下渗量，单位时间的雨水蒸发量，单位时间的植物蒸腾量和单位时间下凹式绿地的蓄水量组成（图1）。

经过简化分析后，武汉城区下凹式绿地雨水渗透的关系式为[4]：

Q=S+U (1)

3.2控制变量法下凹式绿地设计计算公式的推导

式(1)中的参数S和U可表示成如下形式：

S=s·t·J·60 (2)

U=F·h (3)

其中s=k·F (4)

式中：

J——水力坡度,对于垂直下渗,取J=1

k——土壤渗透系数,即稳渗率,m/s

t——降雨历时，min

F——绿地面积,m2

h——绿地下凹深度,m2

根据各参数的数学表达式可将式(1)用图2表示。当雨水瞬时径流量q小于绿地瞬时渗透量s时,雨水径流可以被绿地完全渗入地下,绿地蓄水量U为零;当q>s时则利用绿地的下凹空间对雨水进行临时调蓄,滞留雨水在径流量减小或雨停后再逐渐下渗。

图2中渗透量s与降雨径流过程线所包围的阴影面积即为该条件下绿地渗透设施需具备的调蓄空间[5]。

将式(2)~(4)代入式(1),整理后最终得出下凹式绿地参数设计公式，即为：

h=Q/F-t·k·60 (5)

式中

h——绿地下凹深度,m2

Q——计算时段进入下凹式绿地的雨水径流量，m3；

F——绿地面积,m2

t——降雨历时，min

k——土壤渗透系数,即稳渗率,m/s

式(5)即为下凹式绿地的设计计算公式。对于一个具体项目来说, 下凹式绿地雨水径流量Q可以通过已知参数进行计算，绿地面积F为设计参数，降雨历时t以及土壤渗透系数k均为已知,故利用公式(6)即可进行下凹式绿地参数的设计。

3.3控制变量法应用于绿地雨水径流量Q的推算

式（6）是在我们通过大量计算得出的满足设计精度要求得出的。但在设计计算时仍包括大量计算和单位转换，不利于实际推广应用。为了进一步简化计算计算流程，根据控制变量法原理控制其中的部分参数，从而能更准确的得出下凹深度与绿地面积间的关系。根据武汉城区实际情况，控制汇水面积为1000m2，暴雨重现期控制分别为P=0.33、P=0.5、P=1、P=2、P=3、P=5，降雨历时分别为30min、60min、120min。再结合具体公式以及结合南京市建筑设计院CRA编制的暴雨及雨水流量计算编程（图3），可以得到大量数据（表1）：