雨洪频发下武汉市公共空间绿地景观设计对内涝的缓解性研究

科技通报

Vol．34No．4Apr．2018

BULLETINOFSCIENCEANDTECHNOLOGY

雨洪频发下武汉市公共空间绿地景观设计

对内涝的缓解性研究

雷

摘

鸣

（武汉工商学院艺术与设计学院，武汉430065）

要：对武汉市公共空间绿地景观设计对内涝的缓解性进行研究，提出一种公共空间绿地景观设计对内涝的缓

解性方法。该方法首先从四个方面对城市内涝产生的原因进行分析，然后利用对公共空间绿地景观设计对内涝的缓解性从土地利用的类型对内涝的影响、景观设计对城市内涝的程度影响、景观雨水渗透的设施规模、绿地景观植被层的厚度以及公共空间绿地景观设计的雨水管道等五方面进行分析和计算完成对雨洪频发下武汉市公共空间绿地景观设计对内涝的缓解性研究。实验的结果表明，利用该方法能有效降低内涝灾害发生的频率和强度。关键词：雨洪频发；公共空间；绿地景观设计；内涝的缓解性中图分类号：TU992

文献标识码：A

文章编号：1001－7119（2018）04－0131－04

DOI：10.13774/j．cnki．kjtb．2018.04.027

StudyontheDesignoftheLandscapeDesignofPublic

SpaceinWuhanCityontheＲeliefofWaterlogging

LeiMing

（SchoolofArtandDesign，WuhanTechnologyandBusinessUniversity，Wuhan430065，China）Abstract：ItisnecessarytostudytheremissionofwaterlogginginthelandscapedesignofpublicspaceinWuhan．Akindofpublicspacegreenlandscapedesignforwaterloggingreliefisproposed．Thismethodfirstlyfromfouraspectstoanalyzethecausesofurbanwaterlogging，greenlandscapedesignandthenusethepublicspaceofwaterloggingrelieffromlandusetypeontheinfluenceofwaterlogging，theextentofthelandscapedesignofurbanwaterloggingeffects，landscapescaleofrainwaterinfiltrationfacilities，greenspacelandscapegreenspacelandscapevegetationlayerthicknessandpublicspacedesignofrainwaterpipeandsoonfiveaspectscarriesontheanalysisandcalculationdonetotherainfloodfrequencyforreliefofinnerpublicspaceinwuhancitygreenspacelandscapedesignresearch．Theresultsshowthatthemethodcaneffectivelyreducethefrequencyandintensityofwaterloggingdisasters．Keywords：frequentrainfall；publicspace；greenlandscapedesign；theremissionofwaterlogging城市的内涝问题成因的研究是内涝问题研究的是预防以及控制和降低灾害损失重要的基础重点，

研究。城市的内涝属于一种复杂的自然现象，是暴雨灾害和人为相作用产生的影响结果。在社会的因素中，排水的设施与土地的利用对城市的内涝现象

收稿日期：2017－10－01

作者简介：雷鸣（1983－），硕士研究生，讲师，研究方向：景观及室内设计。女，湖北武汉人，

影响的较为明显

［1，2］

。排水的设施因素受到关注的

较多，研究表明：中国城市雨水的管网存在普遍设计的标准偏低以及建设的不合理和管护的力度较低的问题

［3，4］

。面对降水事件时不能发挥很好的作用，

甚至易成为积水内涝的引发因素之一。在土地的利

132科技通报第34卷

用方面进行的研究表明：城市中大面积不透水面易阻隔地表水的下渗，切断地表水和地下水间水文的联系，导致水循环的过程中雨水的蒸散发和下渗以及地表的径流比例的失调，增加了城市内涝灾害发生的频率与强度

［5，6］

。在这种情况下，进行耕地以及林地和草地等一些绿地在截留降雨以及消减径流与延缓汇流的效果显著，能降低城市内涝的风险［7，8］

。为此，对公共空间绿地景观设计对内涝的

缓解性进行研究［9］

。

近年来，研究一些方法。文献［10］建立一种基于规则对尺度的公共空间绿地景观设计对内涝缓解

性的模型，通过对地形的测量数据与建筑物的矢量数据进行的融合，形成规则的地表模型，该模型考虑了城市的地形与建筑物等一些特殊的阻拦体。实验结果证明，利用该方法能实现城市内涝缓解的推进，为城市减灾和应急的决策提供依据，但该方法存在过程较为复杂的问题。文献［

11］提出了一种绿地资源设计对内涝的缓解性研究方法，分析不同的绿地面积以及绿地斑块的数量和汇水面积间的相关关系，结合气象进行预测的资料，道路以及公园和防护绿地的分布资料等，对城市的绿地降雨水资源进行

有效地利用，降低发生内涝的风险。文献［12］提出一种基于海绵城市规划与景观设计对内涝的缓解方

法，该方法通过对城市典型的区域进行下垫面和用地的类型进行分析，结合研究区域的地形以及人文和降雨强度等一些因素，选取影响较低的开发措施，对研究区的城市空间绿地景观进行设计，结果表明，研究的区域达到整体的目标控制率时，下沉式的绿地率为1%～30%，下沉式的绿地总面积为13.75km2，透水的铺装率为1%～15%，透水的铺装总的面积为2.30km2

。由此说明，利用该方法能有效地降低城市内涝发生的风险，但该方法存在内涝发生的几率增加的问题。

1公共空间绿地景观设计对内涝的缓解性研究

1.1

对城市内涝程度影响土地的利用方面，在α=0.01显著的水平下，绿

地和水体面积的比例与流域的内涝点密度是存在显著负相关的关系，建设的用地面积的比例与流域的涝点密度是呈正相关的关系，裸地的面积比例是与内涝的程度没有明显的关系，从相关的系数绝对值来看，对内涝灾害的影响的重要程度为：建设的用地

＞绿地＞水体。1.2

景观设计对城市内涝的程度影响

从景观的类型水平来看，绿地与建设的用地

LPI、COHESION、DIVISION值与流域内涝的程度是成相关的关系。园地、林地以及草地和公园的绿地等一些绿地的LPI、

COHESION值与内涝点的密度是负相关的关系，

DIVISION值与内涝点的密度是正相关的关系，则可表明园地、林地以及草地和公园的

绿地等一些绿地的优势度，聚集度越高，破碎度就越低，则该区域就不易产生内涝的灾害。1.3景观雨水渗透的设施规模

渗透设施的有效调蓄容积的公式可表示为：Vs=V－Wp（1）公式（1）中，V表示景观渗透设施的进水量（m3），W3p表示景观渗透设施的渗透量（m）。

景观渗透设施的渗透量的计算公式为：

Wp=KJAsts

（2）

公式（2）中，K表示土壤的渗透系数（m/s），J

表示水力的坡降，一般取值为J=1，

As表示空间绿地景观设计的有效渗透的面积（m2

），

ts表示空间绿地景观设计渗透的时间（s），是指降雨的过程中景

观设施的渗透历时，一般时取值为2h。

公共空间绿地的景观设计雨水的传输设施主要的是指植草沟以及旱溪等以雨水的传输为主要功能雨水设施，为了排除设计后重现期下的雨水流量，可推理公式对其进行计算，由公式（3）进行表示：

Q=ψqF（3）公式（3）中，Q表示雨水设计的流量（L/s），ψ表示公共空间绿地的景观设计流量径流的系数，q表示公共空间绿地的景观设计暴雨的强度，

L/（s·hm2），F表示公共空间绿地的景观设计汇水的面积（hm2）。

公共空间绿地的景观设计的雨水储存的设施主要的是指雨水塘以及蓄水池和雨水湿地等一些雨水的储蓄为主的主要功能雨水的设施，雨水实验的规模可依据公式（4）进行表示：

Z=10HφF

（4）

公式（4）中，Z表示空间绿地景观设计的调蓄

的容积（m3

），H表示空间绿地景观设计的降雨量（mm），φ表示公共空间绿地景观设计下综合雨量的径流系数，

F表示公共空间绿地的景观设计的汇水的面积（hm2

）。1.4

绿地景观植被层的厚度

植被层的厚度（hp）需要满足植被生长最低的

第4期雷鸣．雨洪频发下武汉市公共空间绿地景观设计对内涝的缓解性研究

133

厚度，植被的大小与植被的种类与植被层的土壤种类相关。

吸附层厚度（hs）以及吸附材料的范围体积的饱和与吸附量（qmax）结合决定绿地景观缓解内涝的能力。则：

（hs）=

Gq（5）

maxL

公式（5）中，G表示消减雨量的设计值（m3

），

qmax表示景观设计吸附材料单位的体积饱和的含水

量（m3/m3

），

L表示吸附层的宽度（m）。（5）公共空间绿地景观设计的雨水管道

暴雨强度的公式可计算为：

q

=167A1（1+clgP）（t+b）n

（6）

公式（6）中，

q表示景观设计暴雨的强度（L/s·ha），P表示空间绿地景观设计的重现期（a），t表示降雨的历时（min）。

集水的时间t由地面的集水时间t1和管内的雨水流过的时间t2两个部分构成的，可表示为：

t=t1+mt2（7）由上述过程完成对公共空间绿地景观设计对内

涝缓解性研究。

2实验结果与分析

在Matlab2016的环境下进行公共空间绿地景

观设计对内涝的缓解性的有效性分析，实验数据来自武汉市雨洪频发的6月份至8月份。

植被层厚度内涝的缓解能力可用单位时间内的雨水量（dG/dt）进行评价，该量与吸附材料渗透的系数以及雨水和植被层接触的面积相关。结合公共空间绿地景观设计的渗透原理可表示：

dG

dt

=k（θ）Cl（8）

公式（8）中，

G表示内涝缓解量（m3），k（θ）表示渗透量的渗透系数（cm/s），C表示管道的周长（m），l表示管道总的长度（m）。

以景观植被层的厚度为吸附层的例子，利用GEO-Studio软件中Seepage模块对绿地区吸附层的缓解内涝的能力进行模拟。植被生长的层厚是0.5m，宽是20m。模型的材料计算的参数由表1表示。表1为植被曾计算参数，图1为根植土、吸附层和底基层的有效容积的曲线。两个图像数据描述了同种土体的渗透能力和吸力过程，吸力的梯度是决

表1

植被层的计算参数

Table1

Thecalculationparametersofthevegetationlayer

材料单位体积的饱和单位体积的饱和的渗透

含水量/%

残余含水量/%

系数/（cm

·s－1）根植土0.340.144×10－6

吸附层0.440.079×10－5底基层0.29

0.09

2×10－7管路

300

定渗透能力的主要因素。依据该曲线可间接的获取景观植被层的系数，进行景观植被层厚度时计算用。

图1

调蓄容积特征曲线

Fig．1

Storagevolumecharacteristiccurve

由图2与图3能看出，

监测点渗透量与调蓄容积含水量在吸水的阶段相应的比较快，在第一次吸水的过程中大约耗时0.4h，是由植被层厚度处于非饱和的状态，其余的吸水的过程中不到0.1h。在整个抽水的阶段相对比较慢，以渗透量的消散到0kPa时为判断的标准，大约耗时1.3h。

图2渗透量随时间的变化

Fig．2

Changeofpermeabilitywithtime

由图4能看出，暴雨强度稳定的吸附量大约为

27m3。吸水的过程大约为0.7h，吸附率约为34

m3/h，暴雨强度抽数为29h，脱附率约为0.92m3/

h，计算暴雨标准依照50～99.8mm/d，汇集20m、8m高、1m厚的植被层8750m2硬化地面雨水，实验发现内涝得到了明显缓解，因此留出大量存储空间

134科技通报第34卷

图3

容积含水量随时间产生的变化Fig．3

Changesinvolumetricwatercontentwithtime

可在遇到连续暴雨时，及时抽回绿地景观吸附层雨水，缓解雨洪。

图4暴雨强度随时间产生的变化Fig．4

Changesintheintensityoftherainstormwithtime

景观设计植被层厚度对污染物吸附的能力是与自身的结构以及比表面积相关。表2表示不同粒径范围植被层后独特性，表面积随着植被层体积的增大而增大，吸附力也成正比上升趋势。表2中，粒径是0.25～0.5mm，平均的植被直径是44.21nm，植

被体积是0.023mL/g，比表的面积是15.85m2/g，

缓解效果较好。

表2植被层厚度材料细观特性Table2

Mesoscopiccharacteristicsofthe

thicknessofvegetationlayer

植被厚度/

比表的面积/孔体积/

平均的植mm（m2）*g－1

（mL*g－1）被直径/nm＜0.07314.200.02837.130.073～0.2514.310.01633.950.25～0.515.830.02144.190.5～1.014.080.01630.581.0～2.012.780.01424.072.0～5.0

10.74

0.010

25.00

3结论

提出一种公共空间绿地景观设计对内涝的缓解性方法。实验结果表明，本文方法有效解决了暴雨时的吸水问题，降低了城市内涝的发生几率，是解决城市内涝问题的首选方案。在今后对内涝缓解的研究中，需要进行进一步的研究：

（1）进行公共空间绿地景观设计吸附层缓解内

涝的有效性得到证明，该方法还具有显著的社会效益以及经济效益。但该设计与施工没有成熟的系统方法。

（2）特别是内部存在多孔的水管优化的方法还需要进一步的研究参考文献：

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