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LID设施计算(资料整合)
一国外雨水花园较常用的设计方法主要有三种: ①基于达西定律的渗滤法②蓄水层有效容积法③基于汇水面积的比例估算法。 1基于达西定律的渗滤法
达西定律
达西定律表征渗流能量损失与渗流流速之间关系,其表达式如式(1)所示: v?KJ?Khw () l
式中v——断面平均流速,m/s
K——砂质土壤的渗透系数,m/s
J——下渗起止断面间的水力坡度
hw——沿下渗方向的水头损失,m
l——下渗起止断面间的距离,m
雨水花园面积计算
当蓄水层蓄满水时,流速如式(2)所示:
v1?K(2h?df)
df
Kdf
df () 当蓄水层未蓄水时,流速如式(3)所示: v2??K ()
式中v1,v2——断面流速,m/s;
h——蓄水层设计平均水深,一般为最大水深hm的1/2(即h=hm/2),m; df——雨水花园的深度,一般包括种植土层和填料层,m。设计时,常取其平均值,如式()所示
v?v1?v2K(2h?df)KK(h?df)() ???22df2df
V () tfv渗滤的基本规律有: Af?
V?AdH? () 式中 Af——雨水花园的表面积,m2
V——雨水花园的雨水汇流总量,m3
tf——蓄水层中的水被消纳所需的时间,s
Ad——汇流面积,m2
H——设计降雨量(按设计要求决定), m
φ——径流系数
将式()、式()代入式()中得:
Af?AdH?df
K(h?df)tf ()
此方法主要依据雨水花园自身的渗透能力和达西定律而设计,忽略了雨水花园构造空隙储水量的潜力和植物对蓄水层的影响。在新西兰等地,降雨量常按当地两年重现期日降雨量的1/3,约25 mm计算。填料采用砂质壤土, m/d,蓄水层一般为100~250 mm,蓄水层中的水被消纳的时间一般为1~2 d。
2蓄水层有效容积法
这是一种在水量平衡的基础上,利用雨水花园蓄水层的有效容积消纳径流雨水的设计方
法。根据植被被淹没的状态又分为两种情况。
(1)部分植被的高度小于最大蓄水高度,则植被在蓄水层中所占体积如式()所示: VV?nA1hV ()
式中Vv——植被在蓄水部分所占的体积,m3
n——植被的数量
A1——茎干的平均横截面积,m2
hv——淹没在水中的植被平均高度,m
令植物面积占有率fv为:
fv?nA1 () Af
式中fv——植物横截面积占蓄水层表面积的百分比。
将式()代入式()中得:
VV?fvhVAf ()
则实际可蓄水的体积如式(11)所示:
VW?hmAf?VV?hmAf?fvhvAf?Af(hm?fvhv) ()
式中Vw——实际可蓄水的体积,m3
hm——最大蓄水高度,m。
根据水量平衡,进入雨水花园的径流量(V=AdHφ)等于实际蓄水体积,即V=VW,则有:
Af?HAd? () hm?fvhv
(2)植被高度均超出蓄水高度,则有hv=hm,式()可化为:
VW?Afhm(1?fv) ()
则雨水花园面积为:
Af?HAd? () hm(1?fv)
此法主要利用雨水花园蓄水层的有效容积滞留雨水,考虑了植物对蓄水层储水量的影
响,但未考虑雨水花园的渗透能力和空隙储水能力。实际应用中大多采用第二种情况进行计算,主要是用于处理初期雨水,处理的雨水径流量一般按12 mm的降雨量设计。
3基于汇水面积的比例估算法
除以上两种方法外,有时还采用简单的估算方法,即根据雨水花园服务的汇水面积乘以相应的比例系数计算求得,如式()所示:
Af?Ad? ()
式中β——修正系数。
当汇流面积均为不透水面积时,计算出的雨水花园的面积一般为汇水面积的5%~10%。此法计算简单,但需通过多年的工程经验积累才能建立这样的公式,且精度不高,对降雨特征变化较大和不同标准要求的适应性较差。
另:当降雨在时间上分布不均,设计要求精度不是很高的情况下,可采取基于汇水面积的比例估算法,主要步骤如下:
确定汇水面积:S汇?S屋??屋?S路??路?S绿??绿
确定径流量:Q?S汇?h
确定24小时渗雨水深度:h0?24r
确定雨水花园面积:S花?Q/h0?S汇?24r?(S屋??屋?S路??路?S绿??绿)h/24r
可以看出,以上三种方法都有各自的特点,也都有一定的局限性。在使用时要分析雨水花园的结构特点、功能侧重、设计标准和所在