基于低影响开发理论下的杭州市雨水花园应用初探

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　　摘要：海绵城市建设正在国内试点城市中进行，雨水花园在其中扮演着重要的角色。作为低影响开发理论的主要实践途径之一，雨水花园在景观性和雨水径流控制上都有着较好的效果。通过对低影响开发理论进行阐述，并对雨水花园的概念、构造、营建选址、营建原则及植物配置等方面进行分析，探讨雨水花园在杭州市应用的可行性。
　　关键词：低影响开发;雨水花园;植物选择;海绵城市
　　传统的雨洪管理强调“管道快排”，雨水径流通过城市排水管网迅速排到河湖等受纳水体，这不仅浪费了大量的雨水资源，同时雨污流入受纳水体时也造成的水体污染和洪涝灾害[1]。面对日益严峻的城市水问题，传统的雨洪管理理念显得力不从心。国家于2014年正式提出海绵城市建设，为今后城市建设提供更加科学的指导。海绵城市建设是国内对低影响影响开发理论的参考及予以本土化运用。通过对低影响开发理论中的雨水花园研究，结合杭州市自然地理特征和雨洪条件，尝试提出杭州市雨水花园营建的具体要求及一些常见植物应用选择。
　　1 低影响开发理论阐述
　　低影响开发（LID）是由美国最佳管理实践（BMPs）发展而来的一种新兴的雨洪管理技术[2]。低影响开发的理念最初强调分散的、小型化的源头控制措施，但随着低影响开发理念和技术的不断发展，加之我国城市发展和基础设施建设过程中面临的城市内涝、径流污染水资源短缺等突出问题，在我国，低影响开发的含义已经延伸到从源头削减、中端传输到末端调蓄等不同尺度的控制措施[3]。
　　1.1 低影响开发设计原则
　　美国阿肯色大学社区设计中心编著的《低影响开发：城区设计手册》一书中指出：建设一个高效率的低影响开发雨水处理系统需遵循冗余、弹性和分散布局的原则[4]。
　　1.1.1 冗余。在一块低影响开发设计区域中，往往需要设计多个分散的低影响开发处理设施，这些小型化的LID处理设施不仅要解决各自区块中的雨水径流，同时也要通过原有的市政基础设施相互连接，使整个区域保持一定的系统冗余度，以应对五十年一遇甚至百年一遇的特大降雨。
　　1.1.2 弹性。为了使低影响开发场地区域更富有生态效益，一方面可整合场地中的不同服务水平的低影响开发基础设施，提高场地处理径流的能力;另一方面可通过扩大场地的生态交错区域，提高场地中的生物多样性，以增强场地中生态环境的稳定性，从而降低外界环境对场地内的干扰，还能节约场地维护费用。
　　1.1.3 分散布局。低影响开发设施的分散布置能够发挥各自的最大价值，通过几个不同的LID处理设施的共同作用，可以更好地解决场地中的径流问题。分散布置的处理设施也能提高场地的生态交错区域，提高场地中的环境承载力。
　　1.2 低影响开发场地应用
　　低影响开发设计需要处理好土壤与场地、植物与场地及水与场地之间的关系。
　　1.2.1 土壤与场地。在场地施工前，需要了解场地土壤类型、地下水深度及土壤的透水率，对于易于压实区划定保护范围;在施工中要执行禁止碾压计划，尽量避免雨天作业;在竣工后要对场地进行定期维护，以保证设施正常运行。
　　1.2.2 植物与场地。低影响开发设计是保护和优化现存的植物，营造湿生性植物景观群落。本土植物能够更好地适应当地环境和提高生物多样性。
　　1.2.3 水与场地。在进行场地设计前，需要了解该地区的自然水文状况、上下游连通性、汇水区域和径流情况，根据不同的降水等级来设计低影响开发设施的面积，以满足其使用要求。
　　1.3 低影響开发设施的比较与选择
　　低影响开发的技术设施种类多样，具有不同的优缺点适用范围。《海绵城市建设指南》对17种低影响开发单项设施进行解释说明，并指出其适用性和优缺点，其中较常见的有透水铺装、绿色屋顶、生物滞留设施、蓄水池、雨水管等。LID设施往往具有多种功能，选用时应根据主要功能按相应的方法计算设施规模，并对单项设施及其组合系统的设施选型和规模进行优化[5]。
　　2 雨水花园的阐述
　　2.1 雨水花园的概念
　　雨水花园的概念源于20世纪90年代的美国，是指在天然或人工形成的低势地区，被用于收集建筑屋顶或地面的雨水，是一种生态可持续的雨洪控制及雨水利用设施[6]。雨水花园相关理论发展至今已经形成多种定义，但总体上来说在园林绿地中以雨水收集和利用为目的，以科学的处理手段或自然净化机制，并能呈现良好景观效果浅凹式绿地都可以称作是雨水花园[7]。
　　2.2 雨水花园的结构
　　雨水花园由蓄水层、树皮覆盖层、换土层、砂滤层、砾石层、溢流口等结构组成[8]。蓄水层上方设置溢流口，可将超出雨水花园承载量的雨水通过下接的雨水管渠排放到市政雨水管网中，保持场地的雨水不外溢（见图1）。
　　雨水花园各层结构的作用、功能及对应的设计深度详见表1。
　　2.3 雨水花园的主要类型
　　①按施工程序可分为：简易型雨水花园和复杂型的雨水花园。简易型雨水花园可设置在居住小区住宅旁的绿地或者一些污染较轻的区域，土壤要有良好的渗透能力，结合植物造景来创造良好的休闲空间;复杂型雨水花园可设置于城市道路、土壤渗透性差、污染较重的区域等，对一些污染较重的区域雨水收集时建议设置初期雨水弃流装置。②按应用场地可分为：居住区雨水花园、道路雨水花园、公共区域雨水花园等。公共区域又涵盖了城市广场、停车场、城市绿地等。③按空间形态可分为：点状雨水花园、线状雨水花园和面状雨水花园等。
　　2.4 雨水花园的选址
　　影响雨水花园选址的因素主要有以下5种情况：①当场地中地下水位较高时雨水不能及时下渗，从而造成雨水花园长时间积水，植物容易烂根以及滋生蚊虫等问题。②雨水花园设置时要考虑对周围建筑影响，雨水花园一般建造在阳面，据相关研究可知，雨水花园与建筑基础的水平距离不应低于3m，距含地下空间的建筑不应低于9m[11]。③雨水花园场地中的土壤要有良好的渗透能力，一般选择砂土或砂质壤土，如果场地中的土壤达不到要求，可采取局部换土的方法且场地换土面积不宜太大。④雨水花园主要处理建筑屋顶、广场、道路和一些不透水铺装的径流雨水，因此雨水花园应尽量布置在这些设施的周围，以便就地消纳雨水。⑤雨水花园在选址时要分析场地周围的地形，了解场地的汇水区域，一般建设在地势较低的绿地中;也可通过地形设计和布置导流设施来实现雨水的汇集。 　　2.5 雨水花园植物选择
　　2.5.1 雨水花园植物选择原则。雨水花园中的植物选择需要考虑多种因素，既要考虑植物的使用功能，又要满足植物的景观要求，不同植物的组合搭配可以创造出丰富的景观效果和生态功能。植物选择的原则有：①优先选用乡土植物，适当引进外来植物;②选用耐旱、耐涝等抗逆性较好的多年生植物;③选用根系发达、抗污染能力较强的植物;④选用易于管理、观赏价值较高的植物等。
　　2.5.2 雨水花园植物配置应用。根据雨水花园中植物种植区域的受淹情况不同，可将雨水花园分为蓄水区、缓冲区和边缘区[12]。蓄水区是进行雨水收集和处理的区域，植物选择既要考虑雨季时有较强的耐淹、抗污染能力，也要考虑干旱季节有较强的耐旱能力。缓冲区主要是降低径流流速，在植物选择时要选用根系较深的植物，同时植物也要有一定的耐水湿和耐旱能力。边缘区蓄水能力差，一般选择耐旱能力较强的植物，而且要处理好与周边环境衔接的问题。
　　3 杭州市雨水花园应用初探
　　3.1 杭州市的自然条件
　　杭州市属于亚热带季风气候，四季分明，雨量充沛。夏季气候炎热潮湿，冬季寒冷干燥，全年平均气温约16.5℃。杭州市位于长江三角洲地区，年平均降雨量约1454mm，显著高于全国年平均降雨量的630mm，杭州市全年降雨量充沛，但降雨量存在季节分配不均，月平均降雨主要集中在4～10月份，约占全年的73%，其余月份约占全年的23%（见图2）。根据2017年的人均水资源占有量的统计数据，全市人均水资源占有量为1551.2m3，低于全省人均水资源量的1592.1m3，同时也低于全国人均水资源量的2074.5m3，属于缺水性城市。造成这一现象有多方面的原因，但城市硬质地面积增加导致雨水不能下渗、城市径流污染严重、雨水利用效率低等城市水环境问题值得深思。
　　3.2 杭州市的雨水花园营建的要求
　　针对杭州市目前存在雨水问题，雨水花园在选用中应当以缓解径流流量、控制径流污染，并兼顾改善水资源环境及营造多功能景观等为目标。在一些水质污染较轻的建筑和小区的屋面雨水、道路雨水、单户住宅的雨水径流处理中，可选用结构简单的雨水花园，以解决场地范围内的雨水径流为主。在一些污染较重的工厂区、城市主干道、商业广场等周围的公共绿地，可选用结构较复杂的雨水花园来净化径流水质、减轻径流污染。
　　杭州市土壤类型以黏土为主，渗透性较差，为了使雨水花园能正常使用，应当在土壤渗透性较差的地方进行土壤改良，可在土壤中掺人煤渣、碎陶粒等，增加渗透性。雨水花园的最大服务汇水面积5hm2，一般0.5～2hm2，雨水花园的有效面积可按汇水区域的不透水面积的5%～10%估算。
　　3.3 杭州市雨水花园的植物选择
　　在雨水花园的植物选择上，根据上述植物选择原则，结合杭州市常用植物种类，列举一些杭州市雨水花园植物选择种类。蓄水区可选择水杉、池杉、蒲苇、芦苇、黄菖蒲、再力花等;缓冲区可选择枫杨、垂柳、美人蕉、梭魚草、香蒲、千屈菜、鸢尾等;边缘区可选用夹竹桃、乌柏、花叶芦竹、八仙花、大吴风草、红花酢浆草、沿阶草等。
　　4 结语
　　雨水花园作为海绵城市建设的主要工程措施之一，有着较为重要的研究和应用价值。我国国土面积大，不同地区气候特征又有显著差异，雨水花园类型和植物选择也要因地制宜。因此，针对不同地区雨水花园建设形式是目前研究的方向之一，通过对杭州市自然地理条件进行分析，针对杭州市降雨特点提出杭州市雨水花园建设要求及植物选择的种类，然而城市雨洪管理是一个大的系统性工程，需要多方共同努力建设，并且要在不断发现问题与解决问题过程中来找到合理的解决途径。（收稿：2019-08-19）
　　参考文献：
　　[1]刘谦.城市滨河绿道低影响开发雨洪管理的景观规划设计研究[D].浙江大学，2019.
　　[2]US EPA.Low Impact Development（LID）：A Literature Review[R].United States Environmental Protection Agency，2000.EPA-841-B-00-005.
　　[3]杭州市海绵城市建设低影响开发雨水系统技术导则（试行）[Z].杭州市城乡建设委员会，2016.
　　[4]阿肯色大学社区中心编著，陆涛译.低影响开发：城区设计手册[M].南京：江苏凤凰科学技术出版社，2017.
　　[5]邹常亮.低影响开发（LID）小区面源污染过程与控制效果研究[D].青岛大学，2017.
　　[6]姚朋，逍遥.本土的风景与乡愁—鄂尔多斯生态园景观规划设计与思考[J].建筑与文化，2014.
　　[7]毕鹏伟.低影响开发理论下北方地区高校雨水花园体系构建[D].北京农学院，2018.
　　[8]李雨菲.河网地区高密度建成区域节流调蓄系统优化方法研究[D].哈尔滨工业大学，2017.
　　[9]白洁.北京地区雨水花园设计研究[D].北京建筑大学，2014.
　　[10]张婧.基于气候变化的雨水花园规划研究[D].哈尔滨工业大学，2010.
　　[11]牛童.基于海绵城市背景下的雨水花园规划设计研究[D].青岛理工大学，2016.
　　[12]王佳，王思思，等.雨水花园植物的选择与设计[J].北方园艺，2012.
　　作者简介：钱程（1994-），男，在读硕士;张万荣（1962-），男，硕士生导师，教授级高级工程师。
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