› 生物滞留池 雨水设计模拟器 返回
环境工程·绿色基础设施

生物滞留池 雨水设计模拟器

用于设计生物滞留池（也称雨花园）的工具。改变集水面积、不透水率、设计降雨及水池面积、滞水深、介质规格时，可实时了解流出捕集率、排出时间、污染物质去除率，基于低冲击开发（LID）制定雨水管理计划。

参数设置
集水面积
m²
流入水池的流域总面积
不透水率
%
停车场、道路、屋顶等不透水面积的比例
24小时设计降雨
mm
设计对象降雨事件的总降水量
水池面积
m²
生物滞留池本体的上表面积
滞水深
cm
表层可临时储留的最大水深
介质渗透速度
mm/h
通过介质层向下渗透的速度
介质厚度
cm
植栽土壤介质层的竖直厚度
在底部放置有孔管，接入排水管
计算结果
—
设计流出量 (m³)
—
总储留容量 (m³)
—
流出捕集率 (%)
—
排出时间 (h)
—
尺寸比 (%)
—
TSS 去除率 (%)
—
生物滞留池断面 — 雨水流动

来自不透水面的雨水（蓝色）流入水池表层，通过植栽和介质层过滤后，从暗渠作为处理水（绿色）排出。滞水位根据参数变动。

水量收支 — 设计流出量 vs 储留容量 vs 余量
排出时间 vs 介质渗透速度
理论·主要公式

$$V_{storage} = V_{ponding} + V_{media}\,\phi,\qquad t_{drawdown} = \frac{V_{storage}}{i_{media}\cdot A}$$

φ=介质有效孔隙率（约0.30），i_media=介质渗透速度（mm/h），A=水池面积。表层滞水和介质孔隙的合计为储留容量。排出时间应在24-48小时以内。

$$V_{runoff} = A_{catch}\cdot P\cdot C,\qquad C = f_{imp}\cdot 0.95 + (1-f_{imp})\cdot 0.15$$

设计流出量 V_runoff（m³）是集水面积 A_catch、降雨量 P（m）、流出系数 C 的乘积。C 是不透水率 f_imp 的加权平均，舗装地0.95、绿地0.15。

$$\eta_{TSS} = \min(95,\ 60 + 30\cdot r_{capture}),\qquad r_{capture} = \min\!\left(1,\ \frac{V_{storage}}{V_{runoff}}\right)$$

TSS 去除效率 η_TSS 是流出捕集率 r_capture 的函数。无法捕集的部分（旁路）不经处理直接排放，因此提高捕集率与去除率直接相关。

生物滞留池 — 雨水管理与绿色基础设施设计

🙋
生物滞留池是城市里经常看到的种植了草花的凹陷花坛，对吧？下雨时它有什么作用？
🎓
没错，停车场角落或购物中心植栽带经常看到。看起来只是花坛，但内部是精心设计的"天然过滤装置+临时储水罐"。下雨时，来自停车场或屋顶的脏雨水先在表层的凹地储蓄（这叫滞水）。然后缓慢渗透通过植栽土壤介质，由植物根系和介质过滤。最后通过底部的暗渠管排出清洁水，或补充地下水。美国EPA和波特兰市、西雅图市从1990年代开始推广这种设施，现在是低冲击开发（LID）的代表技术。
🙋
和普通储水池有什么区别？用混凝土罐埋地下储水不就行了吗？
🎓
好问题。混凝土罐只能"储量"，水质改善不了。生物滞留池的优势在于同时实现峰值流量抑制和水质净化。比如停车场的雨水含有轮胎屑、重金属（锌、铜）、油分、氮磷等，生物滞留池可以除去TSS（悬浮物）80-95%、锌70-90%、氮30-50%。加上植物的蒸腾作用，还能缓解城市热岛。这就是从"灰色基础设施"（混凝土渠）向"绿色基础设施"转变的原因。
🙋
那就是池子越大越好咯？右边"尺寸比"越大捕集率越高。但土地有限啊…
🎓
这正是设计的难点。实务目标是集水面积的5-10%。超过10%土地利用效率差，不足5%的话75毫米降雨就会溢出。更复杂的是"排出时间"。渗透慢的介质虽然储水，但排不出去，会违反24-48小时规则。植物会因长期浸水而枯死，还会成为蚊子孳生地。本工具标记超过72小时为不合格，就是这个原因。介质配合通常是砂50-70%、堆肥20-30%、表土10-20%，目标渗透速度50-100mm/h。
🙋
有无暗渠（有孔管）也可以选。怎么判断需不需要？
🎓
看下面的原始地盘。原有土壤渗透速度13mm/h以上的砂质地，可以无暗渠的"完全浸透型"来补充地下水。粘土质（5mm/h以下）必须加暗渠的"过滤型"排入雨水管。判断错了会导致每次下雨都积水好几天，被住户投诉。日本市区大多是粘土-粉砂质，标准做法是带暗渠。美国佛罗里达砂质土则主流是浸透型。地盘调查结果决定了一切。
🙋
种什么植物都行吗？和普通花坛一样？
🎓
大误会。要专门的植栽设计。需要耐受"浸水后干燥"的恶劣环境，同时还能吸收氮磷的植物。美国常用大型物中草、墨西哥草、鸢尾等。日本推荐石菖蒲、白根草、山慈菇、蕨类等。单纯草皮根浅，氮吸收弱，中心种树的话根会破坏暗渠。标准是深根性草本+低木混植，树木放在水池外周。

常见问题

生物滞留池（雨花园、生物滞留沟）是一种用于从停车场、道路、屋顶等不透水面集中收集雨水的浅层地下绿色基础设施。由表层滞水区（5-30厘米）、植栽土壤介质（40-90厘米，砂土、堆肥和有机物的特殊混合物）、底部碎石层和暗渠组成。已在美国EPA、波特兰市和西雅图市等地广泛实施，被定位为低冲击开发（LID, Low Impact Development）的核心技术。
一般的尺寸确定指南是将生物滞留池面积设为集水面积的5-10%。例如，1000平方米的停车场应配置50-100平方米的水池。本工具中的"尺寸比"就是此值。尺寸比过小会导致流出捕集率下降，过大则浪费土地。以设计降雨事件（如24小时75毫米）达到80%以上的捕集率为目标时，尺寸比通常根据不透水率和降雨量在5-15%的范围内。
排出时间是指满水的水池通过介质层排水完成所需的时间。美国EPA和ASCE的设计指南推荐为24-48小时以内。超过此时间会导致植物因水浸而枯死，成为蚊子的孳生地，并无法为下次降雨做好准备。本工具用"totalStorage / (mediaInfiltrationRate × bioretentionArea)"计算。超过72小时判定为不合格。透水速度较慢时需要调整介质配合（提高砂含量）或增加暗渠。
设计得当的生物滞留池的典型去除率为：TSS（悬浮物）80-95%、TP（总磷）40-60%、TN（总氮）30-50%、重金属（锌、铜）70-90%、烃类80-95%。去除机制包括物理过滤（TSS）、植物吸收（TN和TP）、介质吸附（重金属）和微生物分解（烃类）的组合。无法捕集的溢流（旁路）部分无法处理，因此提高捕集率与去除率直接相关。本工具根据流出捕集率估算TSS和TN去除率。

实际应用

城市停车场和商业设施：美国波特兰和西雅图市已将生物滞留池设置作为新建停车场许可的强制条件。停车场的植栽带设计成凹型，集中周边舗装的流出，通过植栽介质过滤。沃尔玛、星巴克等大型商业连锁为获得绿色建筑认证（LEED）也在积极采用。日本东京都流域储留浸透事业也在推进类似举措。

道路和人行道沿线的细长绿色池：纽约市的"绿街"计划最为著名，在人行道和车道间设置细长的生物滞留池。虽然单个集水面积小，但在市内数百处配置可大幅削减合流式下水道溢流（CSO）。将沿道街树坑扩大、赋予雨水排水功能的"树渠"为类似概念。

住宅区的雨花园：从戸建住宅屋顶的雨管引流到庭院凹地浸透。美国马里兰州王子乔治郡从1990年代起推广住民参与项目，现已编制DIY指南。日本则称为"雨庭"，京都市和金沢市在公共设施和寺社配置。通常设计在集水面积100-300平方米的小规模。

校园和公园的可持续景观：大学校园和城市公园中，结合教育目的的生物滞留设计增加。宾州大学、加州伯克利分校等在学生项目中整合雨水管理功能景观设计。日本东京大学柏校区和早稲田大学等也有类似实践。

常见误解和注意事项

最大的误解是"普通花坛加雨水就成了雨花园"。生物滞留池的核心是专用配合的植栽介质，普通园艺土不行。标准BSM（生物滞留土壤介质）是砂50-70%、堆肥20-30%、表土10-20%的重量比，渗透速度50-100mm/h，同时具有吸附TP、TN、重金属的能力。普通园艺土渗透速度不足10mm/h，违反排出时间规则，且堆肥过多会导致磷溶脱，反而污染水质。美国对BSM的采购和质量管理要求遵循ASTM D7928等规范。

其次是"装了暗渠就不用管下面的地盘"。即使装暗渠，下层地盘渗透速度极慢（如重粘土5mm/h以下）也会在介质层和地盘界面储水，介质转为嫌气状态导致恶臭和植物根腐。设计前必须进行现场渗透试验（双环法或标准渗透试验），最低要求地盘渗透速度13mm/h以上。低于此值应加厚碎石储水层，或铺防水衬垫完全由暗渠排入雨水管的"过滤专用型"。

最后是"装好后无需维护"。生物滞留池"自然净化"的印象使维护被轻视，实际上3-5年表层介质会堆积淤泥（落叶、砂、油分），渗透速度降至初期50%以下。需年1-2次表层清理、除草和侵入树木清除、植物补植，3-5年更换表层介质（上部5-10厘米）。许多自治体和开发商没有配套维护预算，导致5年后设施失效的案例在美国也很多。

使用指南

  1. 输入集水面积。例如3000平方米停车场，在catchNum栏设为3000。
  2. 指定不透水面积率（0～100%）。沥青舗装95%、混合地面60%为参考值。
  3. 根据地区选择年降雨量数据。东京1600毫米/年、大阪1300毫米/年为标准值。
  4. 以米为单位输入生物滞留池设计高度、宽度、长度，确定总储留容量。
  5. 执行模拟后，确认流出捕集率（目标值75～95%）和排水时间（推荐18～48小时）。

具体计算示例

商业设施用地：集水面积5000平方米、不透水率85%、年降雨1500毫米、设计降雨强度50毫米/小时。配置生物滞留池尺寸30米×20米×0.8米（容积480立方米）时，设计流出量850立方米对总储留容量480立方米，流出捕集率56%。将砂砾层深改为1.2米，容积变720立方米，流出捕集率改善到85%。排水时间36小时，TSS（悬浮物）去除率达82%。

实务注意点

  1. 以透水系数5厘米/小时砂壤土为基盘时，排水时间24小时以下植物枯死风险高。最低以18小时保水设为设计值。
  2. TSS去除率随树根层深度增加0.3米而提升5～8%，但需平衡施工成本增加。
  3. 地下水位高的地区（东京都江东区等）需确保生物滞留池底部到地下水面最低1.5米，并追加排水管二次处理。
  4. 维护成本以初期投资的年2～3%为目安。需预算5年一次砂质层更换。