研究对象地处河南南阳，位于18届世界月季洲际大会主展园南阳世界月季大观园的北区东侧，约12.8hm²，展会结束后，该地块被重新规划为以建筑为主体的精品园林，为南阳月季园二期工程，其中建筑面积18 291.49m²，含绿色屋顶14 382.29m²，铺装面积17 941.1m²，绿地面积65 743.71m²，水体面积15 069.61 m²，其中娱乐性景观水838.29m²。

南阳市年均降雨量为765.2 mm，年均蒸发量964mm；当地土壤为弱膨胀粘土，渗透性质不佳；因此，尽管无外源雨水汇入，但降雨发生后，因较大的建筑面积及相对周边较低的地势，极易产生大量雨水径流而造成积涝。所以，回收、利用研究对象雨水资源不仅能降低日常运营管理成本，同时也是降低研究对象内涝风险，变水害为水利的必然述求。

安全集雨消解绿地及其下游径流风险是前置条件，合理制定设施规模节约建设成本是必要手段，高效利用雨水资源从而降低运营管理成本是最终目的，因而基于集雨与节水的绿地，设计时应从安全性、节约性和高效性三方面进行综合考虑。

(1）安全性原则。安全性是绿地雨水系统设计的首要前提。因此，雨水系统设计时应优先遵循上位规划提出径流控制要求，控制满足径流控制率的雨水系统最小规模，其核心是对年目标径流控制量进行核算。

(2）节约性原则。雨水系统设施规模过小，将无法充分利用雨水资源，造成资源浪费；而规模过大，则过量雨水在绿地满足用水需求后并不能被继续利用，并且产生了额外的设施建设成本，同样造成浪费。因此，雨水系统设计时应合理制定设施规模，以最经济的雨水利用设施建设实现最高的雨水利用效能，其核心是量化绿地可利用径流量与用水需求量。

(3）高效性原则。一般情况下，园林绿地用水可分为浇灌用水、景观用水（观赏性景观水、娱乐性景观水）和杂用水三类，其中杂用水以及可被人体接触的娱乐性景观水对水质的要求相对其他用水较高^[1]。一般如屋顶水等源头收集的降雨径流水质相对较高，认为其可满足杂用水、娱乐性景观水等较高的水质要求。综合考虑园林用水、降雨及径流的水质差异，构建雨水收集与利用体系，见图1。从绿地用水的水质差异与实际操作看，高水质雨水可满足一般水质用水需求，而一般水质雨水无法补充高水质用水需求，并考虑到自来水与中水价格差异以及设施建设成本差异，故在确定雨水系统规模后，确定高水质径流利用设施规模，之后进一步分配一般水质径流利用设施规模。

(1）目标控制径流量计算：由于南阳当地尚未出台完整的径流控制规划，故参考有关研究，取南阳市建议年径流控制率80%^[2]，同时以其对应设计降雨量20.9 mm，依据设计方案建筑、绿地等下垫面面积及其径流系数求得年目标控制径流总量12 531.32m³。

(2）可利用径流量计算：以一年为雨水收集全周期，并假定每7天清空所有设施，以周为单位划分为52个子周期。以南阳卧龙站1999年至2019年逐日降雨统计数据为基础，依据设计方案各下垫面面积，及其径流系数求得研究区域全年逐周平均降雨量分布，并计算年均径流总量（见图2）。

(3）高水质需水量计算：参考相关统计及研究，对日均建筑用水量[1m³/（冲洗器·d）]、日均铺装冲洗用水量[0.003 m³/（m²·d）]进行取值^[3]，结合当地蒸发数据，对研究杂用水量、娱乐性景观水量等进行量化。

(4）一般水质需水量计算：基于南阳1999年至2019年逐日降雨求得研究对象逐周平均植物浇灌需水量；结合观赏性景观水量计算，获得研究对象全年逐周平均用水量分布。浇灌需水量计算公式见式（1):

式中W_G———浇灌水量，单位m³;

ET₀———为参照作物需水量，单位mm/d;

K_l———园林系数；

R_e———有效降雨量，园林中认为其为真实降雨的50%，单位mm;

K_i———浇灌补偿系数，校核南阳月季园一期工程2019年植实际浇灌统计量，取K_i=2.7。

(5）雨水系统规模确定：在同一坐标系内，绘制1999年至2019年周均径流量曲、需水量曲线、高水质径流量曲线、高水质需水量曲线及目标控制径流总量曲线，如图3。发现子周期雨水利用上限最大值为1 896.02m³，大于目标控制径流总量，故以此为雨水系统规模；同时，确定高水质雨水利用设施规模689.12 m³，一般水质雨水利用设施规模1 206.90m³。高水质径流通过雨水罐收集，一般水质径流通过景观水体收集。

在SWMM模型中概化研究对象，设置各项参数，并选取近五年南阳逐日降雨数据置入SWMM模型，进行逐周模拟并统计结果，如表1。发现在近五年降雨模拟情景中，年径流控制率分别达91.3%、80.4%、86.9%、75.0%、88.2%，均值84.4%，除2018年外均达到了预设80%的径流控制要求。查验降雨数据发现2018年5月20日、2018年7月27日降雨量达132.2mm、178.4mm，产生大量外排径流致使全年径流控制率下降，说明了研究对象在一般降雨情景中能够实现良好的径流控制效果，但对极端暴雨的径流削减能力有限。

对比逐周径流量与需水量，认为二者较小值为本周径流利用量，进而校核近五年逐周径流利用量，并求得年径流利用率75.2%、50.9%、60.4%、42.6%、66.7%。通常情况下，由于绿地集雨效能饱和，随雨量增大绿地对径流利用的效能将下降，如2018年全年降雨量为近五年最高，其年径流利用率为全年最低；而查验降雨数据发现2016年与2017年全年降雨量相近，但由于2016年暴雨天数多于2017年，使其年径流利用率成为五年来次低，说明了研究对象在年雨量较大或是雨量过于集中的情景中径流利用能力有限。

以近五年气象数据为基础，对绿地浇灌、水景等用水需求量进行逐周量化并求得全年用水需求总量，并通过年径流利用总量求得各年运营管理用水成本节约率：24.4%、20.0%、21.9%、24.8%、14.9%，近五年降雨情景中年均可节约用水21.2%。研究过程中发现，浇灌用水约占全园用水的60%，并随年降雨量减少而增加，故在旱年由于浇灌用水需求量的显著增加及可利用径流量的减少，致使年节约用水率大幅降低，如2019年节约用水率仅为14.9%，远低于平均水平；此外暴雨事件致使年径流利用总量降低，对年节约用水率也有一定影响。

分别绘制近五年的逐周径流量、用水需求量及径流收集量，并计算各年设施饱和情况，见图3。发现研究对象在全年大部分时间内，周用水需求量大于周径流量，径流收集曲线基本与径流曲线贴合，近五年的年均设施饱和度为27.7%、23.7%、26.7%、28.6%、17.6%,2019年降雨不足致使设施饱和度明显降低。同时，对近五年周雨水利用上限最大值与雨水系统收集径流最大值进行对比，近五年，周雨水利用上限最大值均大于预设规模1 896.02m³，超出比为14%、9%、24%、34%、8%。近五年设施规模超出比最小8%，最大达34%，范围波动明显，查验降雨数据发现该结果为个别极端降雨事件致使理论收集值偏大而造成，而近五年设施饱和度基本稳定，说明了目前雨水系统规模设置合理。

(1）通过科学合理的雨水系统设计，南阳月季园二期年均径流控制率84.4%，年可节约21.2%绿地用水成本，既消纳了雨水满足年径流控制要求，同时通过资源化雨水有效降低了绿地运营管理用水成本。

(2）研究表明协同集雨与节水的绿地雨水系统设计方法具有可行性，能够通过规划设计阶段的量化分析支撑后续运营管理阶段用水成本的节约。首先应基于径流控制指标、径流量及需水量确定规模总量，以保证雨水系统的安全性与节约性，其流程见图4；之后，针对不同水质的雨水径流与绿地需水量进行分别量化从而制定不同雨水收集设施的规模。

(1）本文创新从节约运营管理成本的视角，探讨并总结了协同集雨与节水的绿地雨水系统的设计方法，具有一定的推广价值。

(2）雨水回收利用是建立在对雨水利用设施的有效管理上，因而在绿地尺度适中，便于管理的中小型城市绿地中可适宜发展协同集雨与节水的绿地雨水系统。

(3）绿地雨水系统能够通过最大限度资源化雨水从“开源”层面降低绿地用水成本，绿地设计时宜配合节水灌溉等“节流”措施以实现绿地运营管理成本整体降低。