摘要生物滯留設(shè)施是我國海綿城市建設(shè)中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)措施之一，在其設(shè)計和運行維護過程中，排空時間對雨水徑流總量的控制效果、植物生長狀況等具有重要影響，但目前尚缺乏排空時間影響因素的系統(tǒng)研究。通過實驗室試驗，研究了調(diào)蓄層高度、降雨間隔、淹沒區(qū)高度及構(gòu)造類型對排空時間的影響。結(jié)果表明：試驗條件下，不同構(gòu)造類型生物滯留設(shè)施調(diào)蓄層排空時間為10~140min，完全排空時間為6~47h。調(diào)蓄層排空時間隨調(diào)蓄層高度和淹沒高度的增加而增加，隨降雨間隔的增加而降低，調(diào)蓄高度對調(diào)蓄層排空時間影響最大;完全排空時間隨調(diào)蓄水深和降雨間隔的增加而增加，隨淹沒高度的增加而降低，降雨間隔對完全排空時間影響最大。研究結(jié)果可為海綿城市建設(shè)過程中生物滯留設(shè)施優(yōu)化設(shè)計提供技術(shù)支撐。

　　關(guān)鍵詞生物滯留;排空時間;設(shè)計參數(shù);降雨間隔;模擬試驗

　　近年來，隨著海綿城市建設(shè)推廣應(yīng)用，生物滯留設(shè)施由于具有良好的水量削減和水質(zhì)凈化效果[1]，逐漸得到廣泛應(yīng)用，而排空時間對其雨水徑流總量控制效果、景觀效果、植物生長狀況、蚊蠅滋生、設(shè)施運行狀況等方面具有重要影響。針對上述問題，國內(nèi)外已開展了部分研究，如梁小光等[2]分析了歐美國家有關(guān)生物滯留設(shè)施排空時間的規(guī)定及控制方式，提出了生物滯留設(shè)施底部穿孔排水管開孔面積計算方法。馬越等[3]推導(dǎo)了濕陷性黃土地區(qū)典型生物滯留設(shè)施調(diào)蓄容積與排空時間的關(guān)系式，該公式僅適用于種植土層、礫石層孔隙水飽和狀態(tài)。

　　楊慶華等[4]分析了低影響開發(fā)雨水調(diào)蓄設(shè)施蓄水深度與降雨量、硬化率以及滲透系數(shù)之間的相關(guān)性，推導(dǎo)了調(diào)蓄設(shè)施的調(diào)蓄容積理論計算公式。唐雪芹[5]通過生物滯留帶產(chǎn)流延時、蓄水層蓄水時間等5個指標，評價了生物滯留帶的蓄滲效果，提出了最優(yōu)蓄滲效果的構(gòu)造組合。在生物滯留設(shè)施工程應(yīng)用中，常常由于排空時間選擇不當，而導(dǎo)致蚊蠅滋生、植物受淹等問題，因此，合理選擇生物滯留設(shè)施排空時間對于其設(shè)計和運行維護至關(guān)重要。目前我國GB51222—2017《城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定下凹式綠地“排空時間宜為24~28h”[6]，對于生物滯留設(shè)施的設(shè)計尚未明確規(guī)定。國外對生物滯留設(shè)施排空時間的規(guī)定差異較大。

　　梁小光等[2]通過綜合分析徑流污染物控制所需下滲速率，推薦我國生物滯留設(shè)施排空時間上限值為24~28h，下限值不宜低于6~12h。綜上可見，生物滯留設(shè)施設(shè)計參數(shù)對排空時間的量化影響還缺乏系統(tǒng)研究，此外，對于調(diào)蓄層排空時間的研究也尚未見報道。 生物滯留設(shè)施排空時間一般指設(shè)施蓄水量全部排出所需時間，本文根據(jù)生物滯留設(shè)施滲透過程及其對雨水徑流控制效果、植物健康生長的影響，將排空時間分為調(diào)蓄層排空時間與完全排空時間。

　　調(diào)蓄層排空時間為生物滯留蓄水層最大蓄水體積排空所需時間，主要受設(shè)計調(diào)蓄水深和生物滯留設(shè)施整體滲透性能影響，是引起蚊蠅滋生、高溫雨水徑流抑制植物生長的重要影響因素;完全排空時間為生物滯留設(shè)施開始進水至排水管停止出流所需時間，主要受生物滯留設(shè)施滲透性能、設(shè)計滯蓄容積、生物滯留介質(zhì)吸水率等參數(shù)影響，是影響植物耐淹性能的主要因素。通過實驗室柱狀模擬試驗，系統(tǒng)研究了不同影響因素條件下，生物滯留設(shè)施調(diào)蓄層排空時間和完全排空時間的變化特征，以期為生物滯留設(shè)施的精細化設(shè)計、施工與維護管理提供依據(jù)。

　　1裝置與方法

　　1.1材料與裝置生物滯留結(jié)構(gòu)類型對其水量水質(zhì)控制效果具有重要影響，冉陽等[22]研究提出生物滯留池經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、有效蓄水深度、入滲率和水力流動方向等方面改良后，可提升雨水入滲速率及對氮、磷污染物的去除效果。設(shè)計了包括傳統(tǒng)型、無植物型、倒置型、混合型、覆蓋層型不同類型的生物滯留模擬裝置。

　　各裝置尺寸均為

　　1.2試驗方法

　　試驗進水采用瞬時進水方式，進水量為設(shè)計調(diào)蓄高度最大蓄水量，出流流量記錄間隔為1min，流速較大時采用量筒測量，當出流流速降低至1mL/s時，使用翻斗式雨量計(型號HOBORG3-M)測量。試驗中通過安裝在淹沒出流管不同高度的閥門控制淹沒區(qū)高度。

　　不同類型生物滯留設(shè)施介質(zhì)層總高度均為80cm。測量滲透系數(shù)時，每10cm設(shè)置一個監(jiān)測點，以傳統(tǒng)型為例，滲透系數(shù)采用常水頭法測量，不同類型生物滯留設(shè)施的種植層各深度滲透速率。傳統(tǒng)型、無植物型、混合型、覆蓋層型的1均較小，說明其表層滲透性能較差。與相關(guān)研究試驗結(jié)果一致，謝瑤[23]研究發(fā)現(xiàn)生物滯留表層20cm由于堵塞等原因，滲透性能最差。因此，實際應(yīng)用中為提高生物滯留蓄水的下滲速率，種植土表層0~20cm建議使用滲透系數(shù)較高的介質(zhì)，林宏軍等[24]研究發(fā)現(xiàn)通過將部分填料倒置于表層，倒置生物滯留的徑流總量控制率、峰值削減率和污染物去除效果均優(yōu)于傳統(tǒng)生物滯留。

　　2結(jié)果與討論

　　2.1調(diào)蓄高度對排空時間的影響

　　生物滯留設(shè)施調(diào)蓄層調(diào)蓄高度對其滲透過程具有重要影響，不同調(diào)蓄高度條件下，傳統(tǒng)生物滯留設(shè)施2h出流過程線。不同試驗工況的出流流速均為先增加后降低變化趨勢，且隨著調(diào)蓄高度的增加，出流的峰值流速增加，出流速率均在第10分鐘左右達到峰值，調(diào)蓄高度為5、10、15、20cm時，出流峰值速率分別為0.04、0.14、0.24、0.31L/min。因此，適當增加生物滯留調(diào)蓄高度可以增加雨水徑流的下滲速率。生物滯留設(shè)施調(diào)蓄高度可直接影響排空時間，傳統(tǒng)型在不同調(diào)蓄高度條件下排空時間。

　　隨著調(diào)蓄高度的增加，生物滯留設(shè)施調(diào)蓄層排空時間和完全排空時間均增加，調(diào)蓄高度由5cm增至20cm時，調(diào)蓄層排空時間由35min增加到100min，完全排空時間由25h增加到37h。同時，隨著調(diào)蓄高度的增加，生物滯留設(shè)施開始出流時間提前，出流總量增加，調(diào)蓄高度由5cm增至20cm時，底部排水口開始出流時間由第55分鐘提前至第26分鐘，出流總量增加20.93L，水量削減率由39.6%降至19.5%。因此，通過增加調(diào)蓄高度可以增加生物滯留調(diào)蓄層和完全排空時間，但出流時間提前，水量削減率降低。

　　2.2結(jié)構(gòu)類型對排空時間的影響

　　2.2.1結(jié)構(gòu)類型對調(diào)蓄層排空時間的影響

　　不同類型生物滯留設(shè)施在試驗條件下調(diào)蓄層排空時間。調(diào)蓄層排空時間為10~140min，各影響因素變化條件下調(diào)蓄層排空時間由低到高順序均為倒置型<混合型<傳統(tǒng)型<無植物型<覆蓋層型，與各裝置equ由高到低順序基本相同，可見在相同試驗條件下，滲透系數(shù)越高，調(diào)蓄層排空時間越快。

　　調(diào)蓄高度由10cm增至20cm時，倒置型的調(diào)蓄層排空時間由20min增至90min，增長幅度超過其他4種類型，原因為倒置結(jié)構(gòu)使用滲透系數(shù)較高的填料倒置在種植土層上，在增加表層滲透系數(shù)的同時可充分發(fā)揮填料層空隙的滯蓄作用，相當于增加了調(diào)蓄層的容積。蓄水較少時由于填料滲透系數(shù)較大，下滲速度快，當蓄水深度超過填料層厚度時，下滲速度減慢，調(diào)蓄層排空時間變長。可見調(diào)蓄層排空時間主要由生物滯留表層滲透系數(shù)決定。

　　不同類型生物滯留設(shè)施的調(diào)蓄層排空時間均隨調(diào)蓄高度的增加而增加，變化范圍為15~140min，隨降雨間隔時間的增加而降低，變化范圍為20~100min;隨淹沒高度的增加，調(diào)蓄層排空時間整體呈增加趨勢，變化范圍為10~80min，但在淹沒高度由10cm增至20cm時，不同類型生物滯留的調(diào)蓄層排空時間變化不一致，覆蓋層型和倒置型分別縮短3和5min，傳統(tǒng)型不變，無植物和倒置型均增加5min，說明淹沒高度對其調(diào)蓄層排空時間影響較低。對3種影響因素與調(diào)蓄層排空時間進行SPSS相關(guān)性分析，結(jié)果顯著性水平均小于0.05，說明3種影響因素均與調(diào)蓄層排空時間顯著相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)絕對值由高到低排序與時間變化范圍由大到小排序一致，因此，調(diào)蓄層排空時間的影響大小為調(diào)蓄高度>降雨間隔>淹沒高度。

　　3結(jié)論

　　(1)隨著調(diào)蓄高度的增加，生物滯留設(shè)施調(diào)蓄層排空時間和完全排空時間均增加;隨著內(nèi)部淹沒高度的增加，生物滯留設(shè)施調(diào)蓄層排空時間增加，完全排空時間減少;隨著降雨間隔時間的增加，生物滯留設(shè)施調(diào)蓄層排空時間減少，有植物生物滯留設(shè)施完全排空時間增加，無植物生物滯留設(shè)施完全排空時間減少。

　　(2)調(diào)蓄高度、淹沒高度、降雨間隔3種影響因素與生物滯留設(shè)施調(diào)蓄層排空時間、完全排空時間均顯著相關(guān)，且對調(diào)蓄層排空時間的影響程度由高到低為：調(diào)蓄高度>降雨間隔>淹沒高度;對完全排空時間的影響程度由高到低為：降雨間隔>調(diào)蓄高度>淹沒高度。

　　水利論文投稿刊物：《給水排水》(月刊)曾用刊名：(建筑技術(shù)通訊)創(chuàng)刊于1964年，是中國建筑科學(xué)類中文核心期刊，中國科技論文統(tǒng)計源期刊。設(shè)有城市給排水，工業(yè)給排水，建筑給排水，施工、材料與設(shè)備，策略研討，科技信息綜述，標準規(guī)范交流園地，計算機技術(shù)，研究生論文摘要，信息市場等欄目。

　　(3)不同結(jié)構(gòu)的生物滯留設(shè)施滲透和貯水能力不同，排空時間差異較大，調(diào)蓄層排空時間范圍為10~140min，完全排空時間范圍為6~47h。在實際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)當?shù)亟涤晏卣骱驮O(shè)計目標要求，合理確定調(diào)蓄層排空時間和完全排空時間，并應(yīng)注意二者的區(qū)別。

　　參考文獻：

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　　作者：李凱1，王建龍1,2*，林宏軍3，王澤熙1，彭柳葦1，張長鶴1