基于海绵城市效应的城市绿化效益评价方法与流程

1.本发明涉及一种城市绿化效益评价方法，尤其涉及一种基于海绵城市效应的城市绿化效益评价方法。


背景技术：

2.近些年来全球气候变化导致降水不规律分布，城市排水系统正经历内涝的严酷考验。为此我国提出了“建设海绵城市以应对城市内涝”的措施。全国各地兴起了建设海绵城市的热潮。城市绿地作为城市土地利用分类中的重要类型，其所具有的涵蓄降水，减少雨洪进入城市排水系统的海绵城市效应，使其在城市规划建设中发挥了越来越重要的作用，并产生了可观的生态效益。在现有的城市规划管理实践中，缺乏一种将城市生态绿化海绵城市效益货币化表示的方法，导致现有城市规划管理者无法定量化、货币化表示城市绿地建设在发挥海绵城市效应方面的效益，使得政府管理部门无法精细化考量城市绿化目标，影响了政府管理部门对城市绿地的规划管理。因此有必要建立一种解决上述问题的城市生态绿化效益评价方法。


技术实现要素：

3.本发明将主要考虑城市绿地在发挥海绵城市效应过程中所创造的效益，包括：
4.城市绿地因消纳雨水而减少绿化用水的节水量以及因消纳雨水减少地下排水系统能耗。城市绿地发挥节水和节能的海绵城市效应，可通过构建模型进行度量，并进行货币化表示。通过从“量化”到“货币化”，本发明提供了一种基于海绵城市效应的城市绿化效益评价方法。
5.本发明可通过下述技术方案实现：首先收集研究区城市的绿地分布、城市土地利用情况(林地、灌木、草坪、耕地、水域、建筑用地)、土壤分区资料、城市所在地降雨量；然后，构建基于海绵城市的城市绿化效益评价模型，根据数据资料情况设定模型参数，进而代入数据计算城市绿化效益。其具体步骤如下：
6.(1)收集城市绿地和土地利用相关数据资料
7.通过调查、查阅统计年鉴、借阅资料等方式，收集详细的城市绿地、土地利用、土壤分区和降雨量相关数据资料。具体清单如下：
8.①
绿地数据：公共绿地的分布位置、面积；
9.②
土地利用数据：林地、灌木、草坪、耕地、水域、建筑用地比例；
10.③
土壤分区数据：a型高渗透性土壤、b型中渗透性土壤、c型中渗透性土壤、d型低渗透性土壤4类土壤的分布比例；
11.④
降水数据：年降雨量数据。
12.(2)构建基于海绵城市效应的城市绿化效益评价模型，设定模型参数
13.采用等效节水降耗效益法，确定城市绿地建设所起到的涵养水分的节水效益和降低能耗效益，构建模型。等效节水降耗效益法是指根据城市绿地建设因消纳雨水而减少绿
化用水的节水量以及因消纳雨水减少地下排水系统能耗，并在节水降耗过程中减少了co2的排放，将这种海绵效应收益进行核算，并用货币化表示的方法。
14.本发明中水文土壤组以径流潜力的估算为基础。假设土壤不受植被保护、彻底湿透并长时间接收降水，根据不同的水分渗透率分成4类进行定义：
15.a型-彻底湿透后渗透率较高(径流潜力低)的土壤。这些土壤主要由排水良好到过度排水的深层沙土或砾砂组成。这些土壤的透水率较高。
16.b型-彻底湿透后渗透率一般的土壤。这些土壤主要由具有中等精细结构到中等粗糙结构、排水一般或排水良好的中等深度或深层土壤组成。这些土壤的透水率一般。
17.c型-彻底湿透后渗透率较低的土壤。这些土壤主要由具有阻碍水流下移的土层的土壤，或者中等精细结构或精细结构的土壤组成。这些土壤的透水率较低。土壤组成为15-25％粘粒(粒径＜0.002mm)，0-55％的粉砂(粒径0.002-0.02mm)和砂砾(粒径0.02-2mm)。
18.d型-彻底湿透后渗透率非常低(径流潜力高)的土壤。这些土壤主要由具有高胀缩潜力的粘土、高地下水位的土壤、在地表或地表附近有粘土层的土壤以及在几乎不透水的材料之上的浅层土壤组成。这些土壤的透水率非常低。土壤组成为45-65％粘粒(粒径＜0.002mm)，0-55％的粉砂(粒径0.002-0.02mm)和砂砾(粒径0.02-2mm)。
19.表1土壤质地分类
[0020][0021][0022]
有关土壤水文组的详细信息，请参阅美国国家自然资源保护局的土壤调查手册第3章。
[0023]
不同的土壤类型下各种城市土地利用类型具有不同的排水能力，对应的排水参数也不尽相同，如表1所示。
[0024]
表2城市土地利用类型各土壤分区排水参数表
[0025][0026]
根据研究区所在地土地利用情况和土壤分区信息，计算城市土地总体排水参数，以评价城市建成区总体的排水能力。
[0027][0028]
式中，λ为城市土地总体排水参数，无量纲；s
a
，s
b
，s
c
，s
d
为4类土壤分布比例，％；l
i
为9类土地利用类型分布比例(i＝1，2，3，4，5，6，7，8，9)，％；θ
ai
，θ
bi
，θ
ci
，θ
di
为第i类土地利用类型中第a、b、c、d类土壤组的排水参数(i＝1，2，3，4，5，6，7，8，9)，无量纲。
[0029]
得到城市土地总体排水参数后，可计算出城市土地的最大持水潜能。
[0030][0031]
式中，p
max
为土壤最大持水潜能，mm；λ为城市土地总体排水参数，无量纲；2540和25.4为文献经验参数。
[0032]
进而计算径流界限值，这是一个由降雨产生径流的初始值。
[0033]
f
int
＝0.2
×
p
max
[0034]
式中，f
int
为径流界限值，mm；p
max
为土壤最大持水潜能，mm；0.2为文献经验参数。
[0035]
接下来，计算中间过程径流。
[0036][0037]
式中，r
mid
为中间过程径流，mm；rain为年降雨量，mm；f
int
为径流界限值，mm；p
max
为土壤最大持水潜能，mm；0.8为文献经验参数。
[0038]
计算最终径流。
[0039]
r
fin
＝r
mid
(如果降雨量小于径流界限值，r
fin
＝0；否则，r
fin
＝r
mid
)
[0040]
最后，计算城市土地总径流量。
[0041][0042]
式中，r为总径流量，m3；r
fin
为最终径流，mm；area为城市建成区面积，ha。
[0043]
本发明中，城市绿化效益表现在通过城市绿地减少的降雨地表径流量节水降耗带来的生态效益，主要包括：节水效益、降低排水系统能耗效益、减少co2排放效益。
[0044]
①
城市绿地减少地表径流量
[0045]
δr＝r
1-r2[0046]
式中，δr为城市绿地建设前后地表径流量的差值，m3；r1为城市绿地建设前每年地表径流量，m3；r2为城市绿地建设后每年地表径流量，m3。
[0047]
②
城市绿地蓄水效益
[0048]
b
w
＝p
w
×
δr
[0049]
式中，b
w
为城市绿地蓄水效益，元；p
w
为城市市政绿化用水单价，元/吨；δr为城市绿地建设前后地表径流量的差值，m3。
[0050]
③
城市绿地降低排水系统能耗效益
[0051][0052]
式中，b
e
为城市绿地降低排水系统能耗效益，元；p
e
为城市工业用电单价，元/度；δr为城市绿地建设前后地表径流量的差值，m3；η
e
为城市市政系统处理雨污耗电量，度/吨；p
ci2
为人工固碳成本，元/吨；η
co2
为单位发电量co2排放系数，千克/度。
[0053]
④
基于海绵城市效应城市绿化效益
[0054]
根据步骤
②③
构建的效益评价模型公式，将
②③
所得绿地蓄水效益b
w
和降耗效益b
e
加和即可得总效益b。
[0055]
b＝b
w
b
e
[0056]
(3)将研究区的对应数据代入构建模型中，求得城市绿化效益
[0057]
根据构建模型的参数，对应代入研究区数据，计算可得基于海绵城市效应的的城市绿化效益。
[0058]
本发明提供的基于海绵城市效应的的城市绿化效益评价方法，是一种从生态学角度出发，运用等效节水降耗效益法，通过考虑城市绿地涵蓄雨洪，提高降水利用率，降低排水系统能耗，减少co2排放，并将这种节水降耗效应货币化的效益评价方法。本发明的优越性在于：该方法考虑了城市绿地海绵城市效应创造的效益，定量货币化评价了城市绿地的海绵城市效益。
具体实施方式
[0059]
本案例选择北方地区某国家级开发区作为实例分析。研究所涉及到的数据主要来源于2015年(作为现状年)精细化的开发区绿地分布电子地图、土地利用数据，开发区土壤调查资料。在实例研究中研究区总面积4100hm2，绿地面积1027.84hm2，土地利用类型分为建筑用地、其他类型不透水路面、乔木、灌木、草坪、免割草坪、耕地、水域、裸地或碎石；水文土壤分区数据参照土壤渗透能力分为a、b、c、d四类；年降雨量602.9mm；工业用电价格0.8367元/度；市政绿化用水价格7.85元/吨；市政排水处理系统电耗0.645度/吨；发电过程co2排放系数为0.50035千克/吨；人工固定co2成本为273元/吨。
[0060]
研究区水文土壤分区
[0061]
水文学土壤类型面积占比
a0％b65％c30％d5％
[0062]
设置两种情景对比得到城市绿地海绵城市效益：
[0063]
情景一：土地利用类型中无绿地，绝大部分为建筑用地的情景；
[0064]
情景二：土地利用为现阶段实际情况，建筑用地占50％，乔木4％；灌木6％，草坪38％；
[0065]
两种情景土地利用数据如表所示。
[0066]
土地利用类型情景一情景二建筑用地88％63％其他类型不透水路面0％0％乔木0％4％灌木0％4％草坪0％17％耕地0％0％水域2％2％裸地或碎石10％10％
[0067]
计算步骤如下：
[0068]
分情景计算城市土地总体排水参数：
[0069]
情景一：
[0070]
城市土地总体排水参数λ＝94.8
[0071]
最大持水潜能
[0072]
径流界限值f
int
＝0.2
×
1.39＝0.28
[0073]
中间过程径流
[0074]
最终径流r
fin
＝r
mid
＝601.2
[0075]
径流量
[0076]
情景二：
[0077]
同样地，计算情景二相应参数。
[0078]
λ＝86.7；f
int
＝0.2
×
3.90＝0.78
[0079]
r
fin
＝r
mid
＝598.2
[0080][0081]
δr＝24649200-24526200＝123000
[0082]
b
w
＝7.85
×
123000＝965550
[0083]
b
e
＝0.8367
×
123000
×
0.645 273
×
123000
×
0.645
×
0.50035
÷
1000＝10837
[0084]
b＝965550 10837＝976387
[0085]
综上，研究区城市绿地创造的海绵城市效益为97.64万元。
[0086]
通过上述计算方法可以看出，该方法将城市地所起到的涵蓄降水作用纳入城市绿化效益评价体系中，考虑城市绿地的海绵城市效应，并将效益定量化、货币化。对我国城市绿地的综合管理和城市绿化效益评价具有重要意义，是一种符合中国城市绿化实际的效益评价方法。

技术特征：
1.一种基于海绵城市效益的城市绿化效益评价方法，其步骤为：1)收集城市绿地、土地利用、土壤类型分区、降雨量相关数据资料；2)构建于海绵城市效益的城市绿化效益评价模型，设定模型参数；3)将研究区的对应数据代入构建模型中，求得城市绿化效益。2.根据权利要求1所述的一种基于海绵城市效益的城市绿化效益评价方法，包括：城市绿地因消纳雨水而减少绿化用水的节水量以及因消纳雨水减少地下排水系统能耗，分步计算加和求得效益值。
技术总结
本发明涉及一种基于海绵城市效应的城市绿化效益评价方法，该方法考虑城市绿地在发挥海绵城市效应过程中所创造的效益，包括：城市绿地因消纳雨水而减少绿化用水的节水量以及因消纳雨水减少地下排水系统能耗。城市绿地发挥节水和节能的海绵城市效应，通过构建模型进行度量，并进行货币化表示，便于政府管理部门精细化考量城市绿化目标，为相关政府管理部门规划管理城市绿地提供科学指导。规划管理城市绿地提供科学指导。


技术研发人员：李志明 张清 王国强 田晓明 张楚涵 朱晓博 丁亚东 师梦闪
受保护的技术使用者：天津泰达盐碱地绿化研究中心有限公司
技术研发日：2019.12.31
技术公布日：2021/7/15