雨水花园集中入渗规律监测与模拟研究

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随着我国城市化进程的深入推进,越来越多的硬化地面取代原有地表,阻碍雨水径流的有效入渗,一定程度上减少了大气降水对地下水的补给,大量雨水滞留地表,加重了城市排水系统的压力。本文针对城市雨水资源利用效率低,城市内涝严重的现实问题,提出采用一项低影响开发措施(雨水花园),集中入渗雨水径流,增加对地下水的补给。本文采用户外监测与模型模拟结合的研究方法,在研究区设置雨水花园、参考点1(雨水花园旁)以及参考点2(距离雨水花园400m)三个监测点,监测期每周监测地下水水位和土壤体积含水率,降雨前后增加监测;根据研究区参考点1的土壤资料,运用HYDRUS模型模拟雨水花园、草地及裸地的雨水入渗过程,得到不同地表措施对地下水的潜在补给效果。监测期间(2018/5/1-2018/7/31),研究区周边的地下通道施工,对区域地下水的影响较大:雨水花园与参考点1靠近施工区,监测期地下水埋深大于4m,参考点2偏离施工中心,地下水水位比雨水花园和参考点1高1.5m。监测结果表明,进入雨水花园的雨水径流都得到有效入渗,雨水花园的入渗机能较好;降雨后三天内,雨水花园处土壤体积含水率高于两个参考点,与雨前监测值相比变化幅度较大,土壤非饱和带具有存储水分并缓慢释放的功能。降雨量较小时,输入雨水花园的雨水径流总量有限,雨水花园集中入渗的效果并不显著;降雨强度达到中雨及以上时,雨水花园集中入渗的效果较好,雨水花园存储水分的功能延长了雨水入渗的时间,地表积蓄的雨水阻碍土壤中水分的蒸发,底部土壤可以在雨后较长时间内维持一定的湿润程度;连续降雨时,雨水花园易发生溢流,研究区普通地表受到持续性的大气降水补给的影响,入渗量较大,雨水花园集中入渗的效果不明显,且参考点2由于地下水埋深较小,地势低洼等因素,入渗量在一定程度上大于雨水花园,对地下水的补给效果优于雨水花园和参考点1。HYDRUS模拟过程中,设定土层深度为3m,上边界设置为自由大气边界,雨水花园地表可积水,积水的最大深度为0.5m,草地与裸地可产生雨水径流。研究区由于地下通道施工,导致地下水埋深较大,故将模拟土层下边界设置为自由排水界面,土壤体积含水率比较接近实际情况。模拟结果显示,模拟期间,雨水花园对地下水的潜在补给量最大,补给效率为0.86;草地与裸地的补给效率分别为0.53,0.54,两者比较接近,对地下水潜在补给的效果不及雨水花园。通过户外监测以及模拟研究,发现雨水花园底部的土壤非饱和带持水能力较强,降雨以后土壤的体积含水率较高,入渗水量较大,对地下水的补给效率高,补给效果要优于普通地表。通过雨水花园集中入渗雨水径流,不仅可以提高对城市雨水资源的利用率,缓解城市内涝问题,减轻城市排水系统的压力,还可以以低碳环保的方式抬高地下水水位,增加地下水存储量,有利于城市的水文循环过程恢复到接近开发前的水平。若在一定区域内合理布置此类小型绿色设施,集中入渗雨水径流,一定程度上可抬高区域地下水水位。
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