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[摘 要]雨水花园可以较好蓄渗暴雨径流，减少城市发展造成的水环境破坏。据西安进行的对雨水花园4年来水文过程的研究，分析出雨水花园对暴雨径流的削减效果，还依据花园里土壤的入渗率和颗粒的组分随时间变化，探讨雨水花园的运行效果具有可持续性。由研究结果可知，研究区的雨水花园对削减暴雨径流具有显著效果，入渗性能也稳定，应用前景良好。
[关键词]雨水花園； 暴雨径流； 削减；入渗率
中图分类号：S850 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）26-0230-01
一、研究区的概况和数据采集
试验的雨水花园在西安市某高校的校园里。西安在黄土高原的南部，黄土的入渗性好，黄土层厚，可以较好贮存雨水径流。如图1，试验的雨水花园的汇流区在实验室的屋面一侧，面积是604.7m2，汇流区和雨水花园的面积成20∶1，雨水花园的深度是15cm，入流口有45°的三角堰，出流口有30°的三角堰，堰上的稳定水面有压力传感器，可以对雨水花园的水文过程监测，出流水排入了城市管网。花园的土壤是粉砂土，地下水位深3.5m，连续降雨时有所上升。在雨水花园100m处的移动气象站来采集天然降雨量的数据。
二、研究结果探讨
1.雨水花园对暴雨径流的削减效果
监测期内，西安2011年和2014年的降水量都高于多年降水平均值580.2mm，这两年年降雨的频率分别是20.0%、16.1%，2012年和2013年的降水量占平均值66%、78%。2011年与2012年都未产生溢流，雨水花园对径流的削减率100%。2013年与2014年都发生溢流，但跟全年入流的总量比，溢流量较小，这两年雨水花园对径流的削减率是96.8%、98.9%，结合降水量的加权平均，监测期的4年里，雨水花园对径流的总削减率达99.0%。把上述出流后排出的雨水径流和实际汇集的雨水径流比较，则雨水花园的径流系数就降低为0.01，这比开发前、原始的裸地时0.15左右径流系数还要低；雨水花园的径流削减率为99%，也满足我国2014年10月编制的《海绵城市建设技术指南》要求的年径流总量为80%～85%的目标。
2.雨水花园蓄渗能力的分析
在水文过程的监测中能看出，雨水花园的土壤的入渗性能较好，对中小型降水事件，在降雨过程中，雨强较大时，形成时间较短的积水，雨强减小，积水则较快入渗。据统计，西安中小型降水较多，占全年的总降水量的69.8%，所以，西安市的雨水花园以蓄渗雨水径流来补给地下水，能滞留大量降水径流，补充地下水。
雨水花园和普通的透水地面相比，优势是有一定的蓄水深度，能暂时拦蓄地表径流，以蓄渗来补给地下水。本文以西安为典型案例来分析。依据表2数据，若典型土壤稳定的入渗率是2.5m/d，那么，雨水花园蓄水深度是20cm，在60min里总共能拦蓄和入渗30.4cm，按本文试验的雨水花园汇流面积比20∶1算，对应暴雨深度是1.52cm，径流系数取0.9时，暴雨重现期是1年、3年、5年的降雨，降雨历时是60min，溢流量有0.10cm、1.00cm、1.36cm，溢流量是入流量的6.2%、39.7%、47.2%。暴雨重现期是1年、3年、5年的降雨，降雨历时是90min，溢流量只占入流量的1.1%、34.1%、43.5%，大量雨水径流入渗并补给地下水，西安的地下水位一般低于3m，能提供持续入渗的空间。
3.雨水花园运作后的入渗率及土壤颗粒的组成变化
降水中汇聚的雨水径流带有许多固体悬浮物，特别是降水的雨水径流。雨水花园在运作中，雨水径流里较大的悬浮物沉淀在花园的土壤表面，较细的则被表层10～15cm的土壤过滤并吸附。细小悬浮物会堵塞土壤的孔隙，降低土壤入渗性能，影响整体水文过程及调节功能。所以，表层土壤被堵塞，影响土壤的入渗性能则是雨水花园长久运行面临的风险之一，直接影响了雨水花园的可持续性。本研究自2011年到2014年共进行9次入渗率的监测，下图是土壤的入渗率的变化，总体来看，土壤的入渗率4年内较稳定，均值是2.369m/d，均方差是0.200m/d。
土壤颗粒的分级采用的是美国农部制标准。由监测结果看出，土壤颗粒变化整体表现是：土壤中砂粒的含量明显增多，黏粒的含量降低，粉粒的含量也降低。这种变化趋势有利于维持花园的入渗性。2011年，雨水花园未运行，土壤平均黏粒的含量是9.46%，粉粒的含量是83.19%，砂粒的含量是7.36%。和2011年比较，雨水花园运行了4年的2014年，土壤的砂粒含量增多20.55%，几乎提高2倍；粉粒的含量则降低到72.35%，减少幅度为13.03%。砂粒的增多基本来自粉粒减少，黏粒几乎没变化，2011年是9.46%，2014年是7.10%。
本文的试验区雨水花园运作4年，土壤的入渗率较稳定，土壤颗粒里的黏粒的含量未增加，但砂粒的含量增多。试验区雨水花园的土壤组分的变化趋势受研究区的雨水径流的特性影响。此外，长久运行的雨水花园更加湿润，不但植物的生长茂盛，而且提供了许多无脊椎动物的栖息地；虫洞形成、根系发展都能增加和维持土壤入渗性能。表明雨水花园在西安能较高效地长久运作。
三、结语
（1）雨水花园的运转期里，对暴雨径流总削减率达到99.0%；监测的28场降水中仅4场发生溢流，其中的2年均没有发生溢流，径流的削减率达100%，最多的1年产生溢流3次，但削减率仍达96.8%。高强度及短历时的暴雨会使花园产生溢流。
（2）水文过程分析显示，试验的雨水花园对重现期1年、3年、5年的暴雨，降雨历时是60min，出流量只是入流量的6.2%、39.7%、47.2%；降雨历时是90min，出流量仅占入流量的1.1%、34.1%、43.5%，研究区的土层厚，地下水位低，雨水花园的利用利于改善当地的生态环境。
（3）雨水花园在运转4年后，表层的土壤砂粒的含量显著增加，从7.36%上升为20.55%，细颗粒的含量相应降低；试验区雨水花园的土壤入渗率在2.4m/d，表明能够保持稳定入渗率，保证蓄渗性能的可持续性。
本项研究中，雨水花园对暴雨径流的削减效果十分显著，入渗的效果也稳定，充分表明雨水花园在城市的雨洪管理里起积极作用。本文侧重研究雨水花园的滞留效果的水文效果；入渗对于区域的地下水位影响及入渗之后对于地下水的水质产生的影响会在后续的研究中进行关注。
参考文献
[1] 宋晓猛，张建云，王国庆，等.变化环境下城市水文学的发展与挑战：Ⅱ：城市雨洪模拟与管理[J].水科学进展，2014，25（5）：752-764.
[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.海绵城市建设技术指南（试行）[S].北京：中华人民共和国住房和城乡建设部，2014.
[3] 许烨霜，马磊，沈水龙.上海市城市化进程引起的地面沉降因素分析[J].岩土力学，2011，32（4）：578-582.
[4] 高旭阔，刘晓君.城市再生水资源开发与利用研究：以西安市为例[J].水土保持通报，2007，27（5）：141-143.
[关键词]雨水花園； 暴雨径流； 削减；入渗率
中图分类号：S850 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）26-0230-01
一、研究区的概况和数据采集
试验的雨水花园在西安市某高校的校园里。西安在黄土高原的南部，黄土的入渗性好，黄土层厚，可以较好贮存雨水径流。如图1，试验的雨水花园的汇流区在实验室的屋面一侧，面积是604.7m2，汇流区和雨水花园的面积成20∶1，雨水花园的深度是15cm，入流口有45°的三角堰，出流口有30°的三角堰，堰上的稳定水面有压力传感器，可以对雨水花园的水文过程监测，出流水排入了城市管网。花园的土壤是粉砂土，地下水位深3.5m，连续降雨时有所上升。在雨水花园100m处的移动气象站来采集天然降雨量的数据。
二、研究结果探讨
1.雨水花园对暴雨径流的削减效果
监测期内，西安2011年和2014年的降水量都高于多年降水平均值580.2mm，这两年年降雨的频率分别是20.0%、16.1%，2012年和2013年的降水量占平均值66%、78%。2011年与2012年都未产生溢流，雨水花园对径流的削减率100%。2013年与2014年都发生溢流，但跟全年入流的总量比，溢流量较小，这两年雨水花园对径流的削减率是96.8%、98.9%，结合降水量的加权平均，监测期的4年里，雨水花园对径流的总削减率达99.0%。把上述出流后排出的雨水径流和实际汇集的雨水径流比较，则雨水花园的径流系数就降低为0.01，这比开发前、原始的裸地时0.15左右径流系数还要低；雨水花园的径流削减率为99%，也满足我国2014年10月编制的《海绵城市建设技术指南》要求的年径流总量为80%～85%的目标。
2.雨水花园蓄渗能力的分析
在水文过程的监测中能看出，雨水花园的土壤的入渗性能较好，对中小型降水事件，在降雨过程中，雨强较大时，形成时间较短的积水，雨强减小，积水则较快入渗。据统计，西安中小型降水较多，占全年的总降水量的69.8%，所以，西安市的雨水花园以蓄渗雨水径流来补给地下水，能滞留大量降水径流，补充地下水。
雨水花园和普通的透水地面相比，优势是有一定的蓄水深度，能暂时拦蓄地表径流，以蓄渗来补给地下水。本文以西安为典型案例来分析。依据表2数据，若典型土壤稳定的入渗率是2.5m/d，那么，雨水花园蓄水深度是20cm，在60min里总共能拦蓄和入渗30.4cm，按本文试验的雨水花园汇流面积比20∶1算，对应暴雨深度是1.52cm，径流系数取0.9时，暴雨重现期是1年、3年、5年的降雨，降雨历时是60min，溢流量有0.10cm、1.00cm、1.36cm，溢流量是入流量的6.2%、39.7%、47.2%。暴雨重现期是1年、3年、5年的降雨，降雨历时是90min，溢流量只占入流量的1.1%、34.1%、43.5%，大量雨水径流入渗并补给地下水，西安的地下水位一般低于3m，能提供持续入渗的空间。
3.雨水花园运作后的入渗率及土壤颗粒的组成变化
降水中汇聚的雨水径流带有许多固体悬浮物，特别是降水的雨水径流。雨水花园在运作中，雨水径流里较大的悬浮物沉淀在花园的土壤表面，较细的则被表层10～15cm的土壤过滤并吸附。细小悬浮物会堵塞土壤的孔隙，降低土壤入渗性能，影响整体水文过程及调节功能。所以，表层土壤被堵塞，影响土壤的入渗性能则是雨水花园长久运行面临的风险之一，直接影响了雨水花园的可持续性。本研究自2011年到2014年共进行9次入渗率的监测，下图是土壤的入渗率的变化，总体来看，土壤的入渗率4年内较稳定，均值是2.369m/d，均方差是0.200m/d。
土壤颗粒的分级采用的是美国农部制标准。由监测结果看出，土壤颗粒变化整体表现是：土壤中砂粒的含量明显增多，黏粒的含量降低，粉粒的含量也降低。这种变化趋势有利于维持花园的入渗性。2011年，雨水花园未运行，土壤平均黏粒的含量是9.46%，粉粒的含量是83.19%，砂粒的含量是7.36%。和2011年比较，雨水花园运行了4年的2014年，土壤的砂粒含量增多20.55%，几乎提高2倍；粉粒的含量则降低到72.35%，减少幅度为13.03%。砂粒的增多基本来自粉粒减少，黏粒几乎没变化，2011年是9.46%，2014年是7.10%。
本文的试验区雨水花园运作4年，土壤的入渗率较稳定，土壤颗粒里的黏粒的含量未增加，但砂粒的含量增多。试验区雨水花园的土壤组分的变化趋势受研究区的雨水径流的特性影响。此外，长久运行的雨水花园更加湿润，不但植物的生长茂盛，而且提供了许多无脊椎动物的栖息地；虫洞形成、根系发展都能增加和维持土壤入渗性能。表明雨水花园在西安能较高效地长久运作。
三、结语
（1）雨水花园的运转期里，对暴雨径流总削减率达到99.0%；监测的28场降水中仅4场发生溢流，其中的2年均没有发生溢流，径流的削减率达100%，最多的1年产生溢流3次，但削减率仍达96.8%。高强度及短历时的暴雨会使花园产生溢流。
（2）水文过程分析显示，试验的雨水花园对重现期1年、3年、5年的暴雨，降雨历时是60min，出流量只是入流量的6.2%、39.7%、47.2%；降雨历时是90min，出流量仅占入流量的1.1%、34.1%、43.5%，研究区的土层厚，地下水位低，雨水花园的利用利于改善当地的生态环境。
（3）雨水花园在运转4年后，表层的土壤砂粒的含量显著增加，从7.36%上升为20.55%，细颗粒的含量相应降低；试验区雨水花园的土壤入渗率在2.4m/d，表明能够保持稳定入渗率，保证蓄渗性能的可持续性。
本项研究中，雨水花园对暴雨径流的削减效果十分显著，入渗的效果也稳定，充分表明雨水花园在城市的雨洪管理里起积极作用。本文侧重研究雨水花园的滞留效果的水文效果；入渗对于区域的地下水位影响及入渗之后对于地下水的水质产生的影响会在后续的研究中进行关注。
参考文献
[1] 宋晓猛，张建云，王国庆，等.变化环境下城市水文学的发展与挑战：Ⅱ：城市雨洪模拟与管理[J].水科学进展，2014，25（5）：752-764.
[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.海绵城市建设技术指南（试行）[S].北京：中华人民共和国住房和城乡建设部，2014.
[3] 许烨霜，马磊，沈水龙.上海市城市化进程引起的地面沉降因素分析[J].岩土力学，2011，32（4）：578-582.
[4] 高旭阔，刘晓君.城市再生水资源开发与利用研究：以西安市为例[J].水土保持通报，2007，27（5）：141-143.