一种基于人工复合土壤的分层复合式下沉绿地及其应用

摘要

本发明公开了一种基于人工复合土壤的分层复合式下沉绿地及其应用，包括纵向设置的汇水模块、溢流模块、保水模块、过渡模块和蓄水模块。与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)本发明所述分层复合式下沉绿地通过设置复合型的纵向层铺结构有效吸收降水、减少地表径流、延迟峰现时间、增加土壤水入渗量与蓄水量、提高水资源利用率；(2)本发明应用具有高吸水性能的复合土壤，达到吸水速度快、保水量大，减少路面涝水蓄积，增强城市水文循环；(3)本发明所采用的分层铺设材料来源广，应用普遍，施工工艺简单，易于推广；(4)本发明所述分层复合式下沉绿地改变传统上凸式绿化带，将景观设计与蓄水防洪结合，减少市政绿化用水。

说明书

技术领域

本发明属于城市内涝防治及雨洪控制利用领域，涉及下沉式绿地，尤其涉及一种基于人工复合土壤的分层复合式下沉绿地及其应用。

背景技术

目前城市马路边的绿化带均为上凸式绿地，不利于雨水收集利用及防洪。此外，北方干旱半干旱模块，雨季多涝，旱期缺水，传统的下凹式绿地无法在旱季长期提供植物生长所需水分。

下沉式绿地(Sunken Greenbelt)有狭义和广义之分，狭义的下沉式绿地又称为低势绿地、下凹式绿地，其典型结构为绿地高程低于周围硬化地面高程5～25cm左右，雨水溢流口设在绿地中或绿地和硬化地面交界处，雨水口高程高于绿地高程且低于硬化地面高程；广义的下沉式绿地除了狭义的下沉式绿地之外，还包括洼地、雨水花园、雨水塘、雨水湿地、多功能调蓄等生态雨水设施。

下沉式绿地可汇集周围硬化地表产生的降雨径流，利用植被、土壤、微生物的作用，截留和净化小流量雨水径流，超过绿地蓄渗容量的雨水经雨水口排入雨水管网。下沉式绿地不仅可以起到削减径流量、减轻城市洪涝灾害的作用，而且下渗的雨水可以起到增加土壤水分含量以减少绿地浇灌用水量，以及补充地下水资源量的作用。同时，径流携带的氮、磷等污染物可以转变为植被所需的营养物质，促进植物的生长。

下沉式绿地是“海绵城市”建设的重要内容，但是由于其实验成本高、耗时长、难度大等因素，针对“海绵体”的实验研究较少，众多研究分析局限于理论计算，与实际差距较大。目前针对下沉式绿地应用效果的研究主要集中于重现期、汇水面积、下凹深度等因素对于拦蓄效果的影响，忽略了下沉式绿地的垂向分层铺设对提高雨水资源利用率、减少地表径流的影响。

发明内容

解决的技术问题：为了克服现有技术中的缺陷，获得一种能够有效吸收降水，减少地表 径流，延迟峰现时间，增加土壤水入渗量与蓄水量，提高水资源利用率，同时借助高吸水性树脂快速吸收大量雨水，缓慢释水的特性，调蓄雨水资源时间分配不均匀，缓解缺水时期植物需水，本发明在传统下沉式绿地的基础上充分发掘下沉式绿地的纵向空间，应用高吸水性树脂，设置复合型的纵向层铺结构，提供了一种基于人工复合土壤的分层复合式下沉绿地及其应用。

技术方案：

一种基于人工复合土壤的分层复合式下沉绿地，包括纵向设置的汇水模块、溢流模块、保水模块、过渡模块和蓄水模块；所述汇水模块设于绿地周围，且包围溢流模块，二者交界处设有缓冲区，且在其内种有植被；所述溢流模块内埋设溢流管，溢流管的溢流口设于溢流模块中部；所述保水模块位于溢流模块的下部，其中，溢流模块内为天然土壤层，保水模块内为混合有高吸水性树脂的复合土壤层；所述过渡模块自上而下设有粗砂层和土工布层；所述蓄水模块由小粒径碎石和大粒径碎石填充。

优选的，所述溢流口高于绿地高程0.05～0.1m，低于绿地周围汇水面。

优选的，所述复合土壤层由高吸水性树脂与天然土壤按照1:1000均匀混合而成，铺设厚度为0.15～0.20m。

优选的，所述粗砂层的细度模数为3.7～3.1，粒径为0.5mm～2mm，铺设厚度为0.05～0.1m。

优选的，所述土工布层铺设厚度为0.02～0.05m。

优选的，蓄水模块中小粒径碎石的粒径为1cm～3cm，大粒径碎石的粒径为3cm～7cm。上述基于高吸水性树脂的分层复合式下沉绿地在道路绿化带、小区绿地、植被浅沟等小型绿地净化拦蓄初期雨水、削减洪量、旱期延长供水期中的应用。

优选的，所述雨水的降雨强度根据南京市降水十年一遇降水标准及实验条件设为1.23mm/min，降雨历时为60min；绿地面积:汇水面积＝1:4。

有益效果：(1)本发明所述基于人工复合土壤的分层复合式下沉绿地通过设置复合型的纵向层铺结构有效吸收降水、减少地表径流、延迟峰现时间、增加土壤水入渗量与蓄水量、提高水资源利用率；(2)从土壤结构出发，突破传统下沉式绿地单一改变下凹深度的观点，应用具有高吸水性能的材料的复合土壤，所述复合土壤吸水速度快、保水量大，减轻路面涝水蓄积，增强城市水文循环；(3)本发明所述基于人工复合土壤的分层复合式下沉绿地较传统的下凹式绿地有所减小，降低了对于下凹式绿地植被耐淹性的要求，提高了绿地的适用性；(4)本发明所采用的分层铺设材料来源广，应用普遍，施工工艺简单，易于推广；(5)本发明所述分层复合式下沉绿地改变传统上凸式绿化带，将景观设计与蓄水防洪结合，减少市政绿化用水。

附图说明

图1是分层复合式下沉绿地俯视图；

图2是分层复合式下沉绿地结构示意图；

其中，Ⅰ为汇水模块，Ⅱ为溢流模块，Ⅲ为保水模块，Ⅳ为过渡模块，Ⅴ为蓄水模块。1为溢流口，2为缓冲区，3为天然土壤层，4为复合土壤层，5为粗砂层，6为土工布层，7为小粒径碎石，8为大粒径碎石，9为溢流管。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

如图2所示，一种基于人工复合土壤的分层复合式下沉绿地，包括：纵向设置的汇水模块Ⅰ、溢流模块Ⅱ、保水模块Ⅲ、过渡模块Ⅳ和蓄水模块Ⅴ。所述汇水模块Ⅰ即为汇水区，为下沉绿地实际对应的汇水面积；所述溢流模块Ⅱ的介质为天然土壤，深度为10cm，表面设有溢流口1。所述溢流口1高于绿地表面6cm，低于下沉式绿地周围汇水面。

溢流管的管口位于溢流模块Ⅱ中部，高于下沉式绿地表面，低于下沉式绿地周围汇水面；所述溢流管9为直径100mm的PVC管材。

大粒径碎石层下表面距离所述基于人工复合土壤的分层复合式下沉绿地地表52cm，由粒径3～7cm的大粒径碎石8铺设15cm形成；小粒径碎石层铺设于大粒径碎石层之上，由粒径1-3cm的小粒径碎石7铺设5cm形成；土工布层6铺设于小粒径碎石层之上，由土工织布铺设2cm而成；土工布层6上铺设粗砂层5，由粒径0.05-0.2cm的天然粗砂铺设5cm而成。

过渡模块Ⅳ与蓄水模块Ⅴ施工过程中需进行3～5次的灌水使材料自然沉降，提高密实度与强度。

保水模块Ⅲ在溢流模块Ⅱ的下方，介质为混合有高吸水性树脂的复合土壤；复合土壤为高吸水性树脂与自然土壤按照混合比1:1000均匀混合而成，深度为15cm。实施过程中，将距地表10cm深度土层挖出，作为表层土壤单独存放，将表土下15cm深度土壤挖出，与所述高吸水性树脂混合后回填，回填过程中因无法灌溉加速其沉降，故需等待几日方可继续回填上述单独存放的表土，亦可采用在植物种植的土层采用沟埋的方式。

缓冲区2采用的植被为麦冬，可以削弱所述汇水区水流对下沉绿地的冲击，视觉上避免下沉绿地凹陷带来的不适应感。所述下沉式绿地表面种植冬青，美观而耐淹。

实施例2

将实施例1施工获得的下沉式绿地用于雨水防洪。

根据南京市降水特征与实验条件，选择降水标准：降雨强度1.23mm/min、连续降雨时间t＝60min(略高于南京市十年一遇的60min降水强度1.209mm/min)。分别设计传统下沉式绿地与基于人工复合土壤的分层复合式下沉绿地两组应用试验。具体过程及结果如下：

如实施例1所述，基于人工复合土壤的分层复合式下沉绿地由蓄水模块Ⅴ、过渡模块Ⅳ、保水模块Ⅲ、溢流模块Ⅱ及汇水模块Ⅰ进行施工；其中蓄水模块Ⅴ在施工过程中需灌水沉降至少三次以使得材料沉降、密实。待冬青种植后，间隔至少两周，进行人工降水试验。

结果表明：当绿地面积:汇水面积＝1:4，所述基于人工复合土壤的下沉式绿地地表径流系数减小0.1～0.2，峰现时间推迟5分钟；当无绿地外的汇水面积，传统下沉式绿地地表径流系数0.42，所述基于人工复合土壤的分层复合式下沉绿地不产生地表径流，壤中流出现时间推迟20分钟。因此，本发明所述基于人工复合土壤的分层复合式下沉绿地有效降低了径流系数，推迟峰现时间，削减洪峰及洪量，从而对缓解城市内涝具有重要意义。