浅谈低丘缓坡开发过程中的场地暴雨水管理

分类：建筑工程论文发表 时间：2013-01-05 11:05 关注：(1)

　　摘要：我国正处于工业化和城市化高速发展时期，城市建设取得巨大成就的同时也深刻的改变了当地的自然环境，导致洪涝灾害频繁发生。低丘缓坡地区暴雨水管理是应对这一问题的重要方面。本文论述了低丘缓坡开发过程中的场地暴雨水管理的要点，供同类工程参考。

　　关键词：暴雨水 管理 低丘缓坡 开发

　　低丘缓坡场地开发过程中最直接的后果是达到河流和沟渠的地面径流速度和量的变化。城市化和农业开发引起的低丘缓坡场地特征改变都会使地表径流增加，导致洪水频率和流量大幅增加形成内涝和水灾。其的后果包括人民财产损失、水质退化、河道侵蚀加快和栖息地退化等等，无论在经济上还是环境上都可能会造成无法挽回的打击。

　　暴雨水规划与管理取决于对场地开发引起的径流变化的准确评价。涉及暴雨产生的雨水径流、影响径流的景观因素，以及如何管理雨水使之对环境的影响减小到不产生危害的程度 。以此为基础制定的管理措施不仅能作为传统雨水系统的替代方案，减少对环境的影响并节约土建成本，也将成为低丘缓坡地区生态环境格局综合管理措施的基础。

　　一、场地暴雨径流预测

　　暴雨到达地面的降水可分成四部分，分别是地表径流、土壤渗透、洼地蓄水和植物截留。其中地表径流的雨水汇集到河流和沟渠中，就成为暴雨水。如果场地内的现状植被密度很高，则土壤渗透量会较大，现场的地表径流可能会无法观察到，此时周围河流内的水量只要来自于地下补给，即土壤中和地下水中的水流，又称为壤中流。据北美洲安大略环境部资料，城市化前，天然流域的蒸发量占降水量的40%，2)土壤组成和质地;3)地表倾斜度。这些因素的特定组合可以计算得出场地的径流系数 来反应地表暴雨径流的综合情况。在农村地区，径流系数取决于坡度、植被和土壤的综合状况;在城市地区，场地径流系数主要受地表硬质覆盖物及其透水率的影响。

　　低丘缓坡场地(面积通常小于40公顷)坡面径流和暴雨水产生的径流可以使用推理法(rational method)进行简单计算。一次暴雨在流域出口测得的洪峰流量为：

　　Q=F·C·I (1)

　　式中：Q=每秒径流流量(立方米)，F=场地汇水面积(公顷);C=径流系数;I=设计降雨强度(毫米/小时)，I值得自模拟的产生强大径流的暴雨，即设计暴雨(根据当地多年观测获得最大暴雨短时记录获得，通常为1小时)。

　　根据上述公式，通过相关数据观测和记录，可以计算一次设计暴雨产生的总的设计雨水量Qy：

　　Qy=F·C·R (2)

　　式中：F=场地汇水面积(公顷);C=径流系数;R=总雨量(降雨强度×降雨时间)。

　　实际场地应用中，上述公式计算得出的结果往往偏大，这是由于暴雨发生时，活跃的排水地区只占整个场地面积的10%-30%(集中于植被稀疏区域或硬质铺装区域)，即场地中只有部分面积地表产生溢流并向河流和渠道排放雨水。规划中，应避免在非产流区布置雨水排水设施，这将导致把本应被缓冲带吸收的雨水变成暴雨径流，从而增加暴雨的排水量并失去了已有的减少暴雨洪水量的机会。如果在场地规划前调查清楚这些地区的分布和比例，则可以更好的利用这些生态的雨水吸收“设施”从而将单位时间产生的暴雨流量大大降低，减少对城市排水设施的冲击，节约场地下水设施土建成本。

　　二、开发过程中的场地雨水排放趋势

　　我国正处于工业化和城市化高速发展时期，城市建设取得巨大成就的同时也深刻的改变了当地的自然环境，导致洪涝灾害频繁发生。由于不断加快的城市化规模总是领先于城市排水能力的更新，“排干疏尽”成为一纸规划空谈。即使是部分经济实力较强的城市加快了相关工程的建设进度，也只是陷入“城市扩建——排水管网延伸——强排——再扩建——再延伸——再强排”的怪圈。

　　问题的根源在于城市化进程对社区场地雨水天然通道的阻隔和破坏。城市化进程中的自然土地的清理和新的居住社区的建立已经成为近20年来被城市化地区景观变化的主要表象，而其结果几乎总是导致地表径流量和流速的双增，并在暴雨来临时演变为在河流和渠道中产生更高频率和更高强度的洪峰。随着城市规模的扩大，这一趋势趋于恶化，造成许多城市暴雨来临时的洪水泛滥和内涝，殃及水体生态环境。而事实上这些洪水和当地历史记载的最高记录相比并不突出。

　　这一问题可以归结为水文学上的三大因素：

　　1、由于场地植被清理、砍伐和防渗措施在社区建设中的大幅增加而导致的径流系数剧增;

　　2、场地汇流时间减少;

　　3、暴雨强度的变化。

　　需要补充说明的是，城市化对地区气候的影响也加剧了社区场地雨水排放的问题。城市热岛效应和气候下垫面粗糙度增加了夏季对流性降水，美国学者对城市气候和降雨变化研究表明城市化地区的降雨量比郊区的降雨量多5%-10%。此外，我国东部地区的气候条件客观上也不利于降水下渗进入土壤。以上海为例，其中心城市及附近城市化地区的气候特征表现为降雨的季节变化很大，伴有集中性的大暴雨，期间下渗水量较少，约为40%;而相比之下美国东部大部分地区的降水年内分布比较均匀，平均有70%以上的降水量下渗进人土壤。

　　三、场地雨水排放管理

　　一味增加城市排水管道排水能力不但投资巨大，排水管道还将占用大量的地下空间资源，建设和维护也导致道路路面的反复开挖。从社区的角度，应当制定相关管理规定，对土地开发者进行严格要求，建设项目不能引起场地暴雨水排放的净增长，且开发后通过场地边界的暴雨水排放速度和流量与之前不能有显著增加。

　　对社区场地暴雨水排放的管理措施主要有三个：

　　1、建立社区雨水排放管道与蓄洪洼池系统，通过将多余的水存储在场地或其附近地区，在较长的时间内缓慢释放进入地下。现有的社区经过简单的工程措施就可以采用这一方法，但需要修建新的蓄洪洼池。

　　2、建立社区暴雨水源头的控制管理系统，实现雨水的就地处理。为了更有效的进行源头控制，对于社区场地的设计方法需要进行调整，即不再要求将庭院和林荫道平坦或形成缓坡，以便于将雨水导入场地内的植被区、低洼地和排水沟中，缓缓渗入地下。

　　3、建立符合新的暴雨水排放规范的场地开发管理流程，确保整个开发过程中及其后地表径流不会显著增加。通过提高场地渗透性和限制密度比，采用绿色屋顶和渗透性铺面，保证雨水径流接近天然状态，通过将社区内的住宅建筑和服务设施集中设置，来减少场地内不透水地面的比例。

　　美国的LEED(Leadership in Energy & Environmental Desig)认证评分体系已经建立起相关的量化考核指标，上海、北京等城市也已经开展了相关的应用工作。总的来说，这三个策略需要相互配合使用，才能取得良好的效果。其关键是：

　　1)蓄洪洼池;2)就地下渗;3)集中开发。

　　做到这三点需要在规划阶段根据暴雨量预测估算合理的铺装密度和适宜的滞洪区规模。

　　参考文献：

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