雨水花园范文（精选9篇）
雨水花园 第1篇
1. 国内雨水花园研究现状
1.1文献分布及数量分析
国内有关雨水花园的文献主要分布于期刊、研究论文中。通过对“中国学术期刊全文数据库”的检索, 截至2015年,篇名中含有雨水花园的文献共有53篇, 其中发表在核心期刊的有18篇,文献详情见表1;通过对“中国学位论文全文数据库”的检索,查阅到涉及雨水花园的学位论文共14篇,详见表2;但目前国内尚未见以雨水花园为题的专著出版。
基于国内文献的分布数据可以看出,国内对雨水花园的相关介绍和研究起步于2005年,最早是学翰在2005年《园林》花园与设计版面展示了一组国外雨水花园的照片[2]。2007年,曾忠忠详尽地对美国波特兰雨水花园进行了评价,并提出雨水花园是创建城市生态的一种有效途径[3]。但国内对雨水花园真正较系统和深入的研究开始于2010年,当年有4篇学位论文出现,之后每年的研究数量逐渐增多,研究内容也逐渐丰富。
1.2 研究内容
对国内所有有关雨水花园的研究进行深入分析, 发现研究主要集中在雨水花园的起源与发展研究、国外优秀雨水花园案例介绍、雨水花园的营造技术研究、雨水花园场地试验及模型构建等方面。
1.2.1雨水花园的历史起源与发展历程研究
学者在研究雨水花园的历史起源常与雨水利用的历史相结合。万乔西(2010)将雨水花园的产生与发展从古代至今分为三个阶段[4];黄兆平(2011)归纳了雨水花园的起源与历史,认为真正的雨水花园起源于马里兰州的乔治王子郡[5]。
1.2.2雨水花园的案例介绍
对雨水花园的案例介绍主要集中在波特兰雨水花园、塔博尔山中学雨水花园、美国西南第12大道绿街工程、德国汉诺威Kronsberg雨水花园等一些著名案例上。曾忠忠(2008)从叠水体系、石材体系和植物体系三个方面简要介绍、评价了美国波特兰雨水花园[6]。 万乔西(2010)较全面总结了雨水花园相关案例,除上述部分实例外,还包括10个以控制径流量为目的的雨水花园及6个以控制径流污染为目的的雨水花园[4]。此后,李丹丹(2011)、阚丽艳(2012)、刘星(2012年)、余韵 (2012)、王春晓(2012)、孙奎利(2014)等学者陆续对国内外案例有介绍[7,12]。
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1.2.3雨水花园的营造技术介绍
对雨水花园的营造技术的研究主要包括雨水花园构造及养护研究、设计方法研究和植物选择与配置三个方面。在雨水花园构造及养护研究方面,最早是罗红梅(2008)详细介绍了雨水花园的功能、分类、设计计算、植物选择原则及维护管理措施[13];此后,王淑芬 (2009)、侯科龙(2011)、邓洁(2011)、赵晶(2012)、王建军(2013)亦有探讨[14,18]。在设计方法研究方面,向璐璐 (2008)对目前国外雨水花园常用的三种设计方法进行了对比和分析,提出了适合我国的一种基于水量平衡分析的设计方法[19]。在植物选择方面,刘佳妮(2010)总结出部分适用于雨水花园的湿生、水生植物种类,提出雨水花园不同的类型中植物配置的一些方法[20],此后王佳 (2012)、王向阳(2014)、白净(2015)等学者亦有相关研究[21]-[23]。
1.2.4雨水花园场地试验及模型构建
对雨水花园的场地试验主要包括雨水花园控制和去除各类污染能力的研究、雨水花园水文渗透及可控径流量研究等方面;模型构建主要包括模拟柱、暴雨雨水管理模型等内容。在雨水花园控制和去除各类污染能力的研究方面,李俊奇(2010)对北京某办公大楼旁的雨水花园系统进行了6场降雨的连续监测,以监测雨水花园对污染物的去除效果[24]。在雨水花园水文渗透及可控径流量研究方面,唐双成(2012)根据在西安市雨水花园蓄渗屋面雨水径流的现场试验,研究了不同条件下,雨水花园拦蓄雨水径流的能力以及溢流时间和溢流量[25]。 在模型构建方面,邓文珊(2013)通过模拟土柱实验考察了雨水花园对路面径流污染的控制效果[26];芦琳(2013) 基于e Balance软件,运用生命周期评价(LCA)方法,对雨水花园与渗透铺装+渗透管/井系统等LID措施进行了建设施工、运行维护直至报废拆除全过程的生命周期评价[27];李家科(2014)构建暴雨雨水管理模型(SWMM),模拟了不同重现期下研究区域有无雨水花园调控时的水量及水质状况[28];王建军(2014)采用雨水花园模拟柱,考察了雨水花园对城市路面径流中大肠菌群的去除效果[29]。
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1.2.5雨水花园的实践应用研究
近年来,雨水花园在我国南京、武汉、重庆等地陆续有建造与应用。杨锐(2011)以南京卡子门高架为雨水花园的典型案例,阐述了绿色基础设施理念在城市化进程中的实践性应用[30];陈杰(2011)从现代农业景观特点与雨水花园技术入手,基于武汉木兰石门旅游区生态观光区规划设计,将雨水花园技术引入农业景观规划设计中[31];阎波(2012)以重庆中冶·北麓原住区水景设计为例,详述了在当代重庆住区水景设计中利用地域自然生态要素进行雨水花园和生态水池的各项设计策略[32]。
2. 国外雨水花园研究现状
2.1文献分布及数量分析
国外对雨水花园的应用实践开始于上世纪90年代,拉里·霍夫曼及其团队提出“生物滞留池”的想法,创造了“雨水花园”这一术语[5],并在马里兰州的乔治王子郡进行了实践。
国外有关于雨水花园的理论研究开始于2002年, 文献主要分布于期刊、学位论文及专著中。通过在Pro Quest学位论文数据库、Springerlink全文数据库、 EBSCOhost系列数据库、Wiley Online Library等数据库的检索,有关雨水花园的文献共有25篇,其中学位论文共有7篇;通过在国家图书馆及“亚马逊”图书网的查阅,有关雨水花园的专著有7本。详见表3。通过谷歌网站搜索,有关雨水花园的商业、政府及教育网站有11个,详见表4。
基于国外雨水花园的应用及研究情况可以看出, 在20世纪90年代就有雨水花园的应用,而有关文献研究开始于2002年,之后呈逐年上涨趋势,以2014年研究的数量最多。
2.2 研究内容
国外对雨水花园的研究主要侧重于水文模拟研究、土壤渗透力研究、污染物滞留能力研究、不同植物应用对水文的影响、雨水花园的建造及应用研究等方面。
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2.2.1基于方程和软件模拟土壤水文渗透
国外对雨水花园的研究手段不限于场地试验, 多有学者利用软件技术和计算方程对其进行研究。 Alejandro R.Dussaillant(2002)基于Rlichard方程建立了一个可用于设计和评估雨水花园的数值模型,并用简单的green-ampt入渗模型进行验证,连续模拟了雨水花园的雨水补给、径流和干、湿条件下的蒸发蒸腾效果,结果表明,雨水花园的可行性很大程度依赖于地下土壤的液压电导率[33]。
2.2.2土壤渗透研究
一些学者以不同试验方法对雨水花园的土壤渗透能力进行了研究。Pradnya Bhimrao More(2007)用桶柱为容器对雨水花园的土壤进行渗透研究,结果表明砂和泥炭土混合物能有更高效的污染物去除能力[34];Emily Mitchell Aye(2009)通过对几个不同年龄的雨水花园的调查,对现存的土壤配置进行描述性研究,并用实验量化研究蚯蚓在渗透率的作用,同时用仿真模型描述了蚯蚓和土壤有机物在渗透方面的影响,结果表明雨水花园中生物活动无处不在,且随土壤深度加深,生物活动以指数形式在减少,同时,正常的操作也不会引起堵塞,且蚯蚓有防止堵塞的可能性[35];Jason F.Nall(2011)通过设置住宅的流动监控设备来控制雨水花园的水平衡,结果表明目前雨水花园设计指导的渗透率可能太保守,将此研究结果用以指导雨水花园的设计和建造有望提高它作为分水岭管理计划的覆盖面积[36]。
2.2.3污染物滞留能力研究
雨水花园有滞留及移除污染物的能力也是国外学者的一个研究方向。Michael Eric Dietz(2005)测量、分析了复合水中的TP、TKN、NH3-N、NO3-N等有机物及Cu、Pb、Zn等重金属物质,并测出雨水花园对各项污染物的保留能力,同时基于the green-ampt方程,用Stela系统动力学软件建造模型,对硝酸氮等物质的渗透减少进行预测,结果表明NH3-N、NO3-N、TN有效减少,TP的集中量显著增加,有机氮、Cu、Pb、Zn、TKN保留不足,氧化还原物质减少,故建造雨水花园时只需在完全必要的时候使用暗渠[37];Hanbae Yang(2010) 通过创造厌氧条件,达到增加污染物保留时间和径流污染物的最大移除效率的目的,并得出两相雨水花园较单相雨水花园在处理污染物能力上更加高效的结论[38]。
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2.2.4不同植物应用对土壤水文的影响
植物是雨水花园的重要组成部分,应用不同类型的植物会对雨水花园土壤水文产生不同的影响。Marie Rose Johnston(2011)研究了植物在雨水花园水文方面的影响,通过在12个闭合系统的雨水花园设置了四种不同的植物类型(裸露土地、草坪草、景观灌木、耐湿牧草)处理方式,结果表明不同的植物处理方式会带来显著的水文动态差异,解释为在土壤结构改变(通过渗透、饱和导水率和土壤水滞留)和雨水注入量的差别; 观测到不同类型植物使水文动态有显著不同,量化了不同植物类型在干燥天气时的蒸发蒸腾量,并通过分组草种,根据树冠形态差异及花期物候的观察,证明分组可能预测植物性状的差异,尤其是非豆科的多年生牧草。 文章通过植物在雨水花园土壤结构和前期土壤水分方面带来的改变的量化依据让读者对植物在城市雨水花园中扮演的角色有了更深的理解[39]。
2.2.5雨水花园建造及应用研究
国外对雨水花园的建造及应用研究主要分布在专著中[40,43]。Nigel Dunnett等学者(2007)结合其他学者的权威研究和来自世界各地的优秀案例,对雨水花园的建设管理进行了综合指导[44];Terry Wallace(2008)阐述了雨水花园的建造过程和养护措施,并列举了不同风格下雨水花园的适用植物[45];Cleo Woelfle-Erskine等学者(2012)从整地、播种、故障排除和植物选择等方面,细致阐述了建造雨水花园的过程[46]。
3.结论
国内对雨水花园的相关介绍和研究起步于2005年,较系统和较深入的研究始于2010年。研究侧重于雨水花园的起源与发展历程研究、国外优秀案例介绍、 雨水花园的营造技术研究、雨水花园场地试验及模型构建等4个方面,近年来,研究的数量有上涨趋势。但总体来说,国内研究起步较晚,用于实践的指导性有待加强。国外的现代雨水花园应用起源于上世纪90年代, 较深入的研究开始于2002年。研究主要侧重于雨水花园的水文模拟研究、土壤渗透力研究、污染物滞留能力研究、不同植物应用对水文的影响、建造及应用研究等5个方面。研究方法除场地试验外,还运用stela软件、 RIichard方程、green-ampt入渗模型、仿真模型等进行建模处理。相比较而言,国外研究起步较早,实践应用性较强,研究手段更为丰富。
雨水花园 第2篇
赵飞
（邯郸市大环园林设计有限公司 河北邯郸 056001）
摘 要：雨水花园可以将雨水滞留下渗，补充地下水，减少地表径流的同时减少污染，是一种生态可持续的雨洪控制、雨水利用措施，是实现海绵城市的一个重要手段。本文主要对雨水花园在海绵城市的发展建设中具体的应用方式及功能进行了分析探讨，希望我们的生存环境越来越好。
关键词：雨水花园；海绵城市；应用
引 言：在提倡节能减排、建设可持续发展的生态型城镇、建设节约型和谐社会的重大战略背景下，雨水花园作为一种新型的生态技术，在我国的城市建设过程中具有广阔的应用前景。雨水花园的发展为构建“海绵城市”、“生态城市”、“低碳城市”等提供了有利的基础条件。
雨水花园技术概述
雨水花园（rain garden）是在自然形成或人工挖掘的浅凹绿池内种植地被植物、花灌木甚至乔木等植物的专类工程设施。它可以收集来自于屋顶或地面的雨水，通过土壤和植物的过滤作用使之净化，并可以将雨水暂时蓄积起来，之后再慢慢的渗入土壤，从而减少地表净流量。雨水花园是一种兼具观赏价值、生态性、可持续性的雨洪控制与雨水利用设施。
雨水花园的概念最早由20世纪90年代美国马里兰州的乔治王子郡（Prince George’s County）的雨洪专家提出，主要是通过模拟自然渗透系统来控制管理城市中的不透水铺装区域，如屋顶、人行道和停车场等的雨水径流。萨默塞特地区广泛地采用了这一技术，该区每一栋住宅都配建有30～40㎡的雨水花园，建成后对其进行数年追踪监测的结果显示，雨水花园平均减少了75%～80%地表雨水径流量，这成为了雨水花园高效而节约的实际效用的最好证明。
2海绵城市理念
所谓“海绵城市”，学术上称之为“低影响开发雨水系统构建”（Low Impact Design or Development，简称LID），是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。
海绵城市建设的核心内容为减少地表径流、减少水土流失、减少面污染源、减少雨洪资源的损失、减少旱涝灾害以及增加雨水就地下渗、补充地下水资源，这也是海绵城市设计的具体指标及核心技术的关键。海绵城市的建设意义
“海绵城市”遵循着“渗、滞、蓄、净、用、排”的六字方针，将雨水的储存、循环利用和排放紧密结合起来，统筹考虑内涝防治，流经污染控制，雨水资源化利用和水生态系统修复等多个目标。“海绵城市”的建设具有重大意义：
（1）海绵城市的生态效益。
海绵城市建设可以最大限度的恢复被破坏的生态系统，控制面源污染，建立起绿色的排水系统，降低城市径流系数，恢复城市水文条件，同时提升生态景观效果及生态系统的服务价值。
（2）海绵城市的社会效益。
海绵城市的社会效益主要体现在其公共服务价值，既可以丰富城市公共开放空间，服务城市各类人群；又可以构建绿色宜居的生态环境，提升城市品质与城市整体形象；还可以改善人居环境，缓解水资源供需矛盾。
（3）海绵城市的经济效益。
海绵城市建设涉及材料、工程、仪器、技术服务、管理以及居民生活等多个领域，会拉动新一轮城市建设热潮，带动生态工程开发与城市园林产业建设，同时也会带动其他相关行业的快速发展，催生新兴产业，带来新的经济增长点。
（4）海绵城市的艺术价值。
海绵城市的建设遵循生态性、可持续性原则，将自然途径与人工措施相结合，对城市的生态环境进行恢复性的改造。在兼顾景观观赏效果的同时注重生态改造与恢复，做到功能与艺术并重，使得现代城市既有生态效益而又有观赏魅力。
4雨水花园在海绵城市中的应用
雨水花园作为海绵城市建设中的一重要雨洪管理途径，其应用既涵盖了公共场所，又涵盖了私家庭园，既有道路一类的线性景观，又有居住区公园类的面状空间。不同的场地类型，决定了雨水花园的应用方式也不同。同时，通过景观化处理手段进行合理搭配，使雨水花园充满生机与活力，既有雨水调蓄功能，又具有很高的观赏价值。
4.1雨水花园的植物选择
一个雨水花园就是一个小型的生态系统，既要满足生态功能，也要满足观赏功能，植物选择应满足以下要求：
（1）优先选择本地乡土植物，适当引进外来植物，不可选用入侵性植物。
（2）选择生长力旺盛，耐涝且耐旱的植物。
（3）选择根系发达、茎繁叶茂、净化能力强、维护成本低的植物。
（4）选择具有较高观赏价值或特性的植物。如芳香植物吸引蜜蜂、蝴蝶等昆虫，丰富生态群落及景观效果。
4.2雨水花园的应用方式
（1）对于道路等线性景观，雨水花园的布置也应该线性展开。利用道路固有的排水坡度及雨水收集口进行引导，设立道路分隔带绿地，在雨水径流过程中，经过道路进入到分隔带之后，雨水花园就可以利用储水和净化等功能，实现减少雨水径流量以及降低雨洪污染等作用，进而实现雨水的再次利用。此类雨水花园选择的植物除了需要耐旱耐涝外，还需具有根系发达、净化能力强的能力，且植物配置应与道路的整体景观效果相一致。
（2）对于建筑集中且有大面积不透水铺装的场地（如停车场等），应考虑分散式的雨洪管理办法，利用地形的起伏引导雨水径流，导入附近的雨水花园中，同时可以形成多级雨水滞留池系统。这种雨水花园的种植设计应随意而自然，植物种类以乡土树种为主，尽可能选择长势旺盛、既耐湿又耐旱的植物，植物品种也应尽可能丰富。
（3）对于校园、庭院及小区内小面积场地，一般采用集中处理的方式，在场地中心或某一位置设置雨水花园。利用管道、沟渠等设施及地表径流将屋顶、道路等硬质场地中的雨水引入雨水花园中。植物选择上同样考虑耐湿又耐旱的多年生乡土植物，并尽可能丰富品种。考虑到该类雨水花园人流活动相对集中，雨水花园的设计还应该考虑交通因素，建设成生态功能与实用功能相结合的生态景观。
（4）对于公园等具有大面积绿化场地的景观，雨水花园的设计则自由的多。可以将雨水花园作为应用元素穿插于整个设计之中，绿化植物与生态铺装相结合。重点在于植物品种及习性的选择及应用，应满足雨水花园植物的选择要求。
4.3雨水花园的功能及意义
（1）通过滞蓄削减洪峰流量、减少雨水外排,保护下游管道、构筑物和水体。
（2）利用植物截流、土壤渗滤净化雨水，减少污染。
（3）充分利用径流雨量涵养地下水，也可对处理后的雨水加以收集利用，缓解水资源的短缺。
（4）经过合理的设计及妥善的维护能改善小区的环境，为鸟类、蝴蝶等动物提供食物和栖息地，达到良好的景观效果。
（5）雨水花园可以有效地保护环境、净化环境、美化环境，在进行雨洪调节的同时净化水质，恢复水循环，是构成“海绵城市”的主力军，与海绵城市共同实现生态效益、社会效益、经济效益和艺术价值的最大化。
5结束语
随着现代化城市的建设，生态环境遭受到严重破坏，水资源的节约与利用成为当今城市建设热门话题。而雨水花园技术具有结构简单、造价低、效果明显等优点，在“海绵城市”建设中应得到进一步的推广应用。
参考文献：
雨水花园 第3篇
【关键词】小城镇；雨水花园；水体景观
随着海绵城市的建设理念逐渐深入人心，雨水花园作为一种主要的建设载体逐渐成为城市雨水收集利用规划研究中的热点问题[1][2]。而在雨水花园的设计中，充分利用收集的雨水建设水体景观成为雨水花园建设的重要组成部分[3][4]。另一方面，随着我国城镇化工作的推进，小城镇的雨水花园如何进行水体景观的设计逐渐成为新型小城镇建设规划中不可回避的问题。在小城镇雨水花园的水体景观建设中需要参考已有城市雨水花园建设的经验确定规划原则，并根据这些原则确定水体设计及配景设施的选择。
1.小城镇雨水花园水体景观规划的原则
在小城镇建设中，人口相对较少，人均土地面积相对大中城市较为充分，可利用土地资源和生态资源相对充分。但是，在对雨水花园的日常维护中小城镇投入的人力和财力相对大中城市较为薄弱。因此在小城镇雨水花园的水体景观规划应注意以下原则。
1.1首先需要满足雨水收集利用效率
设置雨水花园首要目的是进行雨水的收集利用，因此雨水收集是首要任务。因此，水体景观设计的前提首先是满足雨水收集和排洪排涝的基本要求，不能因为水体景观牺牲其基本功能。
柳城县城的雨水收集处理调蓄利用工程是实现项目水安全和水环境建设目标的重要工程。因此，柳城县雨水花园的功能定位第一是调蓄雨洪，联合防洪排涝，减轻排水和处理系统的压力，防止水涝的发生。
1.2生态功能优先
雨水花园是一个立足于自然形成的或人工挖掘的浅凹绿地，主要功能是用于汇聚并吸收来自汇水面积流域范围内的雨水，所以本质上是一种生态可持续的雨洪控制与雨水利用设施。那么在水体景观建设中就应该充分考虑生态功能。特别是在小城镇建设中，由于客观原因，相对大中城市人类开发相对滞后，生态功能相对较好，因此在水体景观建设中要充分考虑雨水花园已有的生态功能。
针对柳城县城水环境综合整治的目标，根据控规绿带，在考虑生态系统的特点和功能的基础上，绿地专项规划的编制将主要利用恢复生态学理论，根据柳城地区的气候和地理特点，合理进行植物搭配，构造人工生态体系，形成自然景观，同时为鱼类、虾类、蟹类、蛙类等提供栖息环境。
1.3充分考虑经济性
小城镇人口相对较少，且经济一般没有大中城市发达，因此在雨水花园的维护中人力和财力支出相对较低，这就要求在水体景观的设计中充分考虑经济性。
比如，在柳城县雨水花园水体景观的绿化设计中就综合考虑了苗木的来源、成活率及适应性，苗木的品种、规格的用量，地形地貌对植物的生长，地面给排水的影响。遵循适地适树的原则，选择距苗点近、苗源丰富的植物，节约前期投资。选择管理粗放、容易养护的品种，以节约后期投资，并且尽可能将工程场地内耕植土作为绿化种植土使用，施工过程中对现场土进行鉴别并分类临时堆放，以便后续绿化施工利用。
2.水体景观水渠设计值得注意的问题
2.1水体景观在保证功能的前提下，以水渠自然生态功能为主，水渠以植物配置为主，通过和水景的有机结合，达到生态自然化原则，与雨水花园（调蓄池）的景观性良好衔接。
2.2妥善处理水渠生态建设与城市规划用地、道路交通及周边建筑的关系，共建城市“生态走廊”。
2.3水渠建设过程中尽量保留现状树木，避让不开的需移栽回植。
3.雨水花园配景值得注意的问题
3.1雨水花园植物配景
无论雨水花园大小水面的植物配置，与水边的距离一般要求有远有近，有疏密之分，切忌沿边线等距离栽植，避免单调呆板的行道树形式。但是在某些情况下，又需要造就浓密的“垂直绿障”。
驳岸的植物配置的原则是既能使山和水融成一体，又对水面的空间景观起着主导作用。土岸边的植物配置，应结合地形、道路、岸线布局，有近有远，有疏有密，有断有续，曲折延绵，自然有趣。石岸线条生硬、枯燥，植物配置原则是露美、遮丑，使之柔软多变，一般配置岸边垂柳和迎春，让细长柔和的枝条垂至水面，遮挡石岸，同时配以花灌木和藤本植物，如鸢尾，菖蒲，三角梅，地锦等来布局遮挡，增加活泼气氛。
3.2雨水花园石景的配置
在传统的造园艺术中堆山叠石占有十分重要的地位。石配景在园林景观设计中是独具特色的装饰品，又起到衬托与分割空间艺术的效果。雨水花园多处山坡，且与沟渠相连，在高差或景观节点的交汇处，可考虑置石，既能掩饰不同功能点的交代也能提升景观价值。
3.3雨水花园观赏鱼配景
动物是水景规划设计中的重要要素之一。水是生命之源，离开了水就意味着失去了动物赖以生存的物质基础。另一方面，因为动物的存在，水景变得更具有灵性，更具有可观赏与可互动性，成为依水景观中的又一个闪光点。
4.4雨水花园护岸及维护设施
大型水体或规则水体常采用整形式直驳岸，用砖、混凝土、石料等砌筑成整形岸壁。小型水体或水位稳定的水体常采用自然式山石驳岸，以作成岩、矶、崖等形状。
在柳城县雨水花园水体景观规划中主要采用自然型驳岸和多种人工自然型驳岸相结合，兼顾生态性和人工建设的景观性，在部分雨水花园（调蓄池）等受规划地块限制的水池，水体紧邻路边或建构筑物边缘而没有绿化缓冲地带的，应架设栏杆。
参考文献：
[1]胡锋平，胡松. 住宅小区雨水花园的设计与计算——以南昌市某项目为例[J]. 建筑设计管理，2015（9）.
[2]赵梦蕾. 雨水花园在现代城市绿地设计中的应用[J]. 现代园艺，2015（22）.
[3]孟永刚，王向阳. 应用绿色雨水基础设施构建创新的雨水景观[J]. 生态经济，2015（2）.
国外雨水花园建设实践及经验启示 第4篇
1 雨水花园的内涵
雨水花园是自然形成的或人工挖掘的浅凹绿地, 被用于汇聚并吸收来自屋顶或地面的雨水, 通过植物、沙土的综合作用使雨水得到净化, 并使之逐渐渗入土壤, 涵养地下水, 或使之补给景观用水、厕所用水等城市用水。是一种基于低冲击开发理念的生态可持续的雨洪控制与雨水利用设施[1]。雨水花园近年来在许多发达国家被广泛地用于雨洪控制与径流污染控制系统, 也可作为一种生态型的雨水间接利用设施。雨水花园是城市雨洪处理的终端, 是以生态滞留池为主要表现形式的较小尺度的绿地景观。但是随着雨水花园相关技术的发展, 以及在城市建设中越来越多的应用, 人们认识到雨水花园无论对于城市生态环境的改善、雨洪调节还是景观效益都异常出色, 于是在规划设计领域产生了众多的融合雨水花园技术的绿地景观类型。
2 国外雨水花园的发展阶段
2.1 第一阶段———生存保障要求
古人对于雨水的利用, 最初是为解决生存保障的要求。雨水利用最早可追溯到公元前6000年前的玛雅文化时期, 在南美的秘鲁、墨西哥等地, 会发现大片梯田与绵延的渠道, 从而印证了当时的马丘比丘人得以生活于此。公元前1000年, 在哥伦比亚和厄瓜多尔等南美地区, 村民为了利用雨水而采用不同形式加以蓄集。在北美地区, 科罗拉多人通过建造小型堤坝截留雨水, 用于蔬菜种植。同样在亚洲日本, 人们利用倒梯形集雨道将雨水用作农作物种植, 古代阿拉伯人则利用宫殿檐壁收集雨水, 作为生活之用。公园1000年左右, 在降雨量极少的盖夫沙漠地带, 古代纳巴泰人就创造了径流收集系统, 将少之又少的雨水汇集起来用于浇灌庄稼。同样, 古罗马人更是将水廊、水池、水窖等集雨设施用作生活与生产。在现代社会, 人们甚至通过卫星系统看到了古代埃及建造的径流收集系统和撒哈拉沙漠东南部的集水灌溉系统[2]。
2.2 第二阶段———生活发展需求
随着社会的发展, 雨水将成为21世纪解决水资源短缺的最主要途径, 自20世纪60年代起, 对雨水利用的研究得到许多发达国家的重视, 一系列的法律法规也相应出台。进入现代社会以来, 国外对于雨水集蓄的技术日臻成熟, 主要分为生活应用与农业灌溉两方面。
首先是生活雨水应用方面。早在20世纪80年代末, 德国已将雨水管理利用列入90年代污染控制的三大课题之一, 在此基础上修建了大量的雨水截留、贮存、入渗设施, 形成了相对完善的雨水收集、处理、渗滤与回用及相关的法律法规体系, 使雨水利用成为家庭单元生活的基本元素之一。在亚洲地区, 日本在城市地区开了相当的雨水利用规模, 所收集的雨水大部分用于冲洗厕所及浇灌植物, 同时也用于消防等次生灾害。除此之外, 政府还相应的鼓励全社会收集、蓄存利用雨水, 近年来亦开展了城市雨水利用与管理的相关体系研究。
其次是农业灌溉用水方面。20世纪中叶, 国外兴起的将雨水利用与农业种植相联系的生产技术, 被称之为“径流农业”, 即通过生态基础设施将雨水加以蓄存、回渗, 用于农业生产。将这一技术发展并相对成熟的国家当属以色列, 当地政府经过30多年的研究应用, 使内盖夫地区的生态农业形成了可观的规模, 农业生产效率大为提高。巴西则利用田间土垅的集雨研究与实验, 使当地农作物增产17%~58%[3]。其次是南亚的印度地区, 政府通过对许多省份采取兴建水池、水坝等小型贮水设施, 使当地流域农田得到了充足的补充灌溉用水。墨西哥的许多地区则采用淤地坝、谷坊等相关设施蓄集雨水。
2.3 第三阶段———生态建设诉求
到20世纪90年代, 仅仅通过集雨设施与管道等工程建设已不能满足人们的城市建设与生活需求, 在绿色城市与可持续发展的大背景下, 人们对雨水的利用逐渐由生活需求转变为生态诉求, 即以低冲击的开发模式, 最小影响的完善自然水循环。所谓的生态建设, 并非将雨水设施加以润色改造, 满足大众的审美需求, 而是将其纳入到现代景观系统、城市规划系统之中, 使雨水利用能够实现多学科的交互融合, 最终实现低成本、高效率、大生态的可持续原则。因此, 作为模仿自然界雨水微循环模式的微型生态系统, 雨水花园能够为生态建设提供很好的路径。
随着雨水花园历程的发展, 设计者们从如何模仿森林植被到绿地的功能, 以期通过植物和土壤进行雨水渗滤与废水处理, 到后期的尝试将景观生态学、土壤学等一系列的学科专业联系起来。1993年, 第一个雨水花园的雏形形成, Larry Coffman及他的团队, 通过与马里兰州大学合作, 对一系列的雨水花园实验园进行检测, 对土壤结构、植物配置等要素进行优化设计[4]。
3 国外雨水花园的建设实践
随着雨水花园的发展, 世界各国目前已普遍展开建设, 国外已有许多优秀的典范案例, 包括美国、德国、日本、澳大利亚等国家, 其中以美国的唐纳德溪水公园、波特兰的绿色街道以及德国汉诺威Kronsberg的雨水花园最为典范。
3.1 波特兰唐纳德溪水公园
唐纳德溪水公园位于波特兰的一个繁华街区, 基地在被开发前是一块湿地, 设计者便以此为目标:用“现代的新技术来再现过去”, 试图在这块废弃地上重现湿地, 并以水和湿地栖息地作为新公园的特色[5]。充分利用基地地形从南到北逐渐降低的特点, 收集来自周边街道和铺地的雨水。种植的植物种类, 也从坡地的高处到低处的水池分布的变化, 反映的是基地土壤含水量从干到湿的变化过程。另外, 公园在传统的湿地基础上, 还被赋予了现代的元素。收集到的雨水经过坡地上植物过滤带的层层吸收、过滤和净化, 最终多余的雨水被释放到坡地下方的水池中。
唐纳德溪水公园充分利用周边环境及场地特点, 将雨水花园生态模式引入设计当中, 充分展示了景观设计作为一种“人工自然”的生态介入, 能够模仿自然特性和借用自然元素来构建人工化的生态新秩序, 从而制造出了一个全新的环境。
3.2 德国汉诺威Kronsberg雨水花园
Kronsberg城区位于德国萨克森州首府汉诺威市东南, 由于地理位置优越, 从20世纪60年代开始就被列为城市发展的重点地段, 为此, 州市政府讨论了许多规划方案, 可是直到2000年世界博览会在汉诺威的召开, 才最终促成了紧邻世博会区的Kronsberg城区规划的真正实施和完成。城区的景观设计在遵循节约能源, 雨水收集和再利用过程化的基础上, 做得独具特色。
由于当地地下水位较高, Kronsberg城区是汉诺威重要的地下水储存地, 这也是汉诺威政府一直迟迟没有在Kronsberg城区进行建设的原因之一, 因为一旦在这一地区建住宅区, 必将对地下水产生影响。但在系统的生态设计中, 虽然进行了大面积的施工, Kronsberg地区的自然水位仍得到保持, 整个区域的降水几乎完全不流失, 极其接近1994年未开发时自然状态下的情况:14 mm/年。和普通居民区雨水165 mm/年的流失量相比, Kronsberg城区的流失量仅为19 mm/年。街道两侧的排水沟系统能在最快的时间收集街道上的降雨, 公共和私人用地上的雨水也同样被收集起来, 这些雨水会被作为重要的景观用水再利用, 水景大大提高了环境的居住质量。同时雨水再利用的可视化过程也使人们从直观上对生态概念有了了解, 加强了保护资源的意识。
3.3 美国波特兰市绿色街道
美国俄勒冈州波特兰市“绿色街道” (NE Siskiyou GreenStreet, Portland, Oregon) 是80年居住街道的改造设计项目, 由波特兰市可持续雨洪管理计划委托美国Kevin Robert Perry景观设计事务所设计, 2003年秋天建成[5]。该设计在街道绿化改造中巧妙地将街道雨水管理与利用融入其中, 并成为支撑街道景观的重要元素, 被认为是波特兰市最好的绿色街道雨洪改造工程实例之一, 因此荣获2007年度美国景观师协会综合设计奖。
“绿色街道”项目将一部分街道上的停车区域改建成绿化种植区, 通过孔口道牙将雨水汇入绿化隔离带中, 绿化隔离带采用植被浅沟或雨水花园模式进行雨水渗透, 周边绿化设计为凹式绿地, 通过植被浅沟、雨水花园、凹式绿地等低冲击开发模式措施进行雨水的渗透利用, 降低雨水排出径流量。同时借助栽种多种植物, 形成一个集雨水收集、滞留、净化、渗透等功能于一体的生态处理系统, 并营造出自然优美的街道景观, 例证了可持续的雨洪管理原理。
波特兰西南12街在波特兰州立大学住宅区附近, 荣获2006年美国景观设计奖。面积大约740 m2的西南12街主要利用街道雨水处理系统将雨水分散到4个面积约25 m2的生物滞留池中, 当第一个种植池中雨水高度达15 cm左右时, 通过联通切口流入第二个, 依次类推。这些生物滞留池可处理街区60%的地表径流, 通过植物的吸附和阻流作用, 雨水流速可控制在10 cm/h渗透入地下, 多余的雨水会流向暴雨排放系统[6]。
4 国外雨水花园建设实践对我国的启示
4.1 加强雨水花园功能认知
在低碳环境与绿色生活的背景下, 雨水花园的重要性已越来越得到人们的重视, 但只有充分意识到雨水花园的功能性, 才能发挥出其最大的生态效益、经济效益与社会效益。对雨水花园功能的认知不足, 表现在“窃其形而失其真”, 目前相关雨水利用设施尚处于系统性建设, 与真正意义上的雨水花园体系尚存在一定差距。因此, 我们要认识到雨水花园的功能性价值, 使其能够最大限度的服务于城市生态环境, 为新型城镇化建设提供更大的帮助。
4.2 重视雨水花园层级架构
凹式绿地、生物滞留池、植被浅沟以及蓄水洼地等的雨水利用设施, 只有成为体系, 按照雨水花园理念构架起连贯性的雨水利用系统, 才能发挥出其最大的价值效益。因此, 要重视雨水花园层级系统的构架, 将居住区层面的多级雨水花园、城市层面的暴雨公园和湿地公园衔接到一起, 建立起一套基于雨水花园理念的城市雨水生态系统。层级系统的架构, 不仅对生态环境的保护起到了一定的积极意义, 而且对于雨洪控制与生物多样性的保护也发挥了其应有的作用。
4.3 制定雨水花园建设导则
在雨水花园建设实践发展进步的同时, 相关的法律法规体系也应同步发展, 尤其是对于雨水花园相关建设导则的制定与实施。因此, 为了更好地保障雨水花园相关建设体系的完备, 以及雨水利用系统的健全, 应该着手编制相关的建设发展导则, 使雨水花园在建设机制与保障措施方面进行深入的研究分析, 达到理想的建设标准, 才能更好的服务于城市与社会。
5 结语
雨水花园不仅还原保护了城市中原有的微型自然生态景观, 而且一定程度上实现了技术与艺术的完美结合。它一方面能够蓄存、滞留雨水, 调节城市水资源循环, 另一方面能够为城市提供适宜的景观视觉, 增加城市绿量, 改善城市生态环境。雨水花园的建设与发展, 从深层次上诠释了建设“绿色城市”“生态城市”“低碳城市”的理念, 对于“美丽中国”发展理念的响应, 对于我国新型城镇化建设和生态环境的可持续发展, 具有战略性意义。
参考文献
[1]俞孔坚, 李迪华, 潮洛蒙.城市生态基础设施建设的十大景观战略[J].规划师, 2001 (6) :9-15.
[2]向璐璐, 李俊奇, 邝诺, 等.雨水花园设计方法探析[J].给水排水, 2008 (6) :12-17.
[3]王建龙, 车伍, 易红星.基于低影响开发的城市雨洪控制与利用方法[J].中国给水排水, 2009 (6) :53-55.
[4]王淑芬, 杨乐, 白伟岚.技术与艺术的完美统一——雨水花园建造探析[J].中国园林, 2009 (6) :54-57.
[5]周燕妮, 尹海伟.国外绿色基础设施规划的理论与实践[J].城市发展研究, 2010 (11) :33-35.
许昌市绿地雨水花园的营造探究 第5篇
近年来, 我国的城市化进程不断加快, 越来越多的土地被钢筋水泥覆盖, 致使雨水不能及时下渗。我国是一个水资源匮乏的国家, 不少城市的城市用水主要来自地下水资源, 由于城市中大面积地面不透水, 从而导致雨水直接从城市下水管中流走, 无法循环补充地下水, 从而导致自然界的水循环收到阻断, 最后必将严重破坏生态环境。
许昌市在我国属中小城市, 且严重缺水。雨水花园作为一种新的城市绿化方式具有成本低、效能高、建造维护简单、小巧灵活等诸多优点, 符合许昌的城市经济需求。从整个城市建设上看, 雨水花园通过短暂滞留并吸收雨水, 延长了雨水的渗透时间和渗透量, 减缓了雨水径流的流速, 降低了径流量, 减轻了雨水给许昌市政排水管道带来的压力, 从而有效减少了许昌市区内涝现象的发生, 同时还可以提升土壤含水量, 补充日益枯竭的许昌地下水。从生态角度看, 在整个渗透的过程中, 雨水花园能够吸收雨水中的大量污染物, 净化水体, 而且还能为野生动物, 如鸟类、蝴蝶、蜻蜓等提供天然栖息地, 丰富生物种类, 维护许昌市生物多样性, 降低城市水泥林对许昌城市生态系统的破坏[1]。从景观意义上来说, 雨水花园通过不同色彩、不同花期、不同质感的植物的搭配组合, 创造了极具吸引力的景观, 美化了许昌市民的居住环境[2]。
2 雨水花园概念
雨水花园也被称为生物滞留区域 (Bioretention Area) , 是指在园林绿地中种有树木或灌木的低洼区域, 由树皮或地被植物作为覆盖。它通过将雨水滞留下渗来补充地下水并降低暴雨地表径流的洪峰, 还可通过吸附、降解、离子交换和挥发等过程减少污染[3]。简单来说雨水花园是指在低洼处设置的小花园, 是一种有效利用雨水和及防洪减灾的花园形式。雨水花园中主要种植一些湿生植物, 以草本为主、木本为辅, 通过土壤与植物的共同作用, 滞留吸纳雨水, 可以起到削减峰流量、减少径流和污染排放总量等作用, 还可以与景观结合, 适于在住宅区、停车场、道路旁和公园等公共场合的应用。
3 许昌市概况
3.1 许昌市的地下水资源概况
许昌地处平原, 地表水较为贫乏。许昌市农业以开采浅层为主, 工业和城市以浅层为主, 深层为辅。以2011年为例, 地下水开采总量为4.78亿m3, 浅层为4.60亿m3, 深层为0.18亿m3, 总用水量7.52亿m3, 地下水开采量占63.5%[4]。如此大规模的地下水开采, 在许昌已经造成地下水水位下降, 形成地下漏斗, 导致地面沉降。目前, 虽然地表水体的影响相对较小, 地下水水质现状尚可, 但如不加紧防治和保护, 将会出现严重恶化。
3.2 许昌市的降水概况
许昌市属大陆季风气候, 四季降水分布冬季最少, 夏季最多, 春秋季降水基本持平, 年平均降水量707.0mm。其中夏季 (6~8月) 降水量为376.7mm, 占全年降水量的53.3%[5]。
3.3 许昌市的城市绿化概况
近年来, 市委、市政府高度重视城市园林绿化工作, 以创建生态文明示范市为目标, 加强园林绿化建设, 改善生态环境, 着力建设生态许昌、美丽许昌, 五型许昌, 彰显许昌市生态宜居特色。据许昌市政府门户网站的消息, 截至目前, 许昌市区建成区绿地面积达3039hm2、绿化覆盖面积达3452hm2、公园绿地面积达530hm2, 城市建成区绿地率、绿化覆盖率、人均公园绿地面积分别达到33.77%、38.36%、10.52m2, 荣获“国家卫生城市”、“国家园林城市”、“国家森林城市”、“全国绿化模范城市”等称号。
4 许昌雨水花园的营造
在考虑雨洪资源利用的同时, 要充分考虑到许昌的气候, 年最高气温, 最大降雨量, 气候极端情况, 病虫害, 还有社会情况如经济发展水平, 人文习惯, 土地使用情况特点, 合理借鉴国外先进经验, 做到因地制宜。
4.1 雨水花园的选址
对于雨水花园位置的选择, 选址应考虑以下几点。
(1) 检测建造雨水花园的场地内土壤的渗透性是建造雨水花园成功与否的关键。比较适合建造雨水花园的土壤是砂土和砂质壤土[6。场地范围内的土壤多为小石子土或小石子夹沙土, 这种土质疏松、透水透气性好。对于许昌城市绿地来说, 一般可以通过在场地挖掘40cm左右深度的坑进行注水试验, 如果24h左右水完全渗入地下, 证明其土壤适合建设雨水花园。
(2) 为了避免雨水花园破坏建筑物地基及建筑物地面处的装饰, 雨水花园的边缘地带需距离建筑基础2.5m以上。
(3) 事先摸清地下管线的位置, 需与地下管线之间留有安全距离。
4.2 雨水花园的结构
雨水花园比较常见的结构由表及里主要由以下几部分组成:蓄水层、树皮覆盖层、种植土层、人工填料层、砾石层以及雨水收集池 (图1) 。
(1) 蓄水层:一般用于暂时储存雨水以便其慢慢渗入土壤, 也起到沉淀净化作用。深度多为10~25cm。 (2) 覆盖层:深度多为5~8cm。该层一般采用粒径为3~5cm的鹅卵石或树皮。用于防止土壤被侵蚀, 保持植物根部湿润, 为微生物的生长及有机物质的分解提供介质及场所, 并可起到沉淀净化作用。 (3) 种植土层:为植物的生长提供水分及营养物质, 过滤雨水径流, 通过渗透、植物吸收、土壤吸附、微物作用去除污染物。雨水花园里主要种植水生及湿生植物[8]。一般选用渗透系数较大的砂质土, 厚度根据种植的植物类型而定, 如只种花卉与草本植物, 需30~50cm厚;种植灌木需50~80cm厚;种植了乔木, 则需1m以上。 (4) 人工填料层:多选用渗透性较强的天然或人工材料, 其厚度应根据当地的降雨特性、雨水花园的服务面积等确定, 多为50~120cm。如果选用砂质土壤, 其主要成分与种植土层一致。如果选用炉渣或砾石时, 渗透系数一般不小于5~10m/s。 (5) 砂层:该层是为了防止土壤颗粒进入砾石层而引起穿管道的堵塞, 也起到通风作用。 (6) 砾石层:由直径不超过5cm的砾石组成, 厚度约为20~30cm。在其中可埋置直径为10cm的穿孔管, 经过渗滤水由穿孔管收集进入邻近的河流或其他排放系统。 (7) 雨水收集池:位于整个结构的最底部, 详细计算其容量, 收集储存雨水, 多余的雨水则通过溢流口排入市政排水系统。
这类雨水花园的深度主要由土壤的渗透性能及地面坡度确定, 土壤的建议深度为7.5~15cm。一般要求雨水花园的地面坡度≤12°, 底部必须平坦, 为了减少土方量, 据不同的地面坡度采取不同的雨水花园深度 (表1) 。
4.3 雨水花园的植物选择
雨水花园的植被体系不仅能美化环境, 对于雨水花园内的地表径流控制也起着极大作用。植物还能改善土壤的粗糙程度、土壤的抗侵蚀能力以及保水能力。植物的根系发达, 使得土壤相对疏松, 对降雨的渗入性能也大为提升。
植物的选择及配置要综合考虑植物的大小、姿态、花期、色彩、质感等因素, 同时与石材相互搭配, 形成具有特色的雨水花园景观。为了极大地发挥雨水花园的作用, 植物选择应当满足以下原则: (1) 以乡土植物为主。利用与鄢陵县的地缘优势, 积极与当地花木企业配合, 引进花木品种。 (2) 应避免选择有毒的、有安全问题的以及入侵性植物。 (3) 种植的植物一般应是多年生的, 根系较为发达的植物。 (4) 选择可短时间耐水涝, 且耐旱的植物。 (5) 着重选择能够大量吸收营养物质, 或能够将有毒有害物质降解转化为无毒物质的水生植物, 将水中的污染物质分解转化或富集到体内, 然后去除, 恢复水域中的养分平衡。 (6) 尽量选择一些季象变化明显的植物, 以凸显季节变化的自然之趣。 (7) 因地制宜, 植物的种类及数量应与雨水花园的尺度相匹配。
对于水生及湿生植物, 结合许昌所处地域及气候特点, 建议植物具体种类有:香蒲, 红莲子草, 芦苇, 花叶芦竹、木贼、菖蒲、慈姑、旱伞、梭鱼草、美人蕉、玉蝉花、千屈菜、黄菖蒲等。
4.4 雨水花园的日常维护
雨水花园在建成后需注意以下养护细节: (1) 经常检查植物生长状况。根据具体的降雨情况以及植物需水状况进行灌溉。定期修剪生长过快的植物, 去除杂草, 保证良好的景观效果。 (2) 预防病虫害。对植物进行定期检查, 如有病虫害迹象, 应及时移除, 以防止传染其它植物。 (3) 在几次降雨或一次强降雨后, 需检查雨水花园的覆盖层及植被的受损情况, 如若受损则应及时更换[9]。尤其是许昌降雨较为集中的夏季, 要经常检查。 (4) 沉淀物以及掉落的树叶会在表面积累, 会影响雨水下渗, 需要定期清理雨水花园表面的沉积物。
5 结语
目前, 我国对于雨水花园的研究与应用起步较晚, 技术体系正在成熟及完善中。雨水花园中的核心理念与部分技术措施在我国, 尤其是在许昌的适用性较大, 是值得借鉴并大力推广的。
加强雨水花园技术的推广应用, 要形成从组织架构、法律法规到技术导则的完整运行机制以及从上至下的完善的管理规划, 同时, 各地区或城市都要有各自的标准和导则遵循。建立项目的评估监测系统、制定相关的法规制度、提供教育机会、定期的专业培训、建设示范设施或项目、税收优惠和绿色信贷政策、社会的共同参与等都能够有效地促进雨水花园技术应用与推广。
摘要：指出了雨水花园是一种有效利用雨水及防洪减灾的花园形式。阐述了雨水花园的概念及其在许昌市的概况, 从雨水花园的选址、内部结构、植物选择、日常养护等方面对雨水花园进行了详细分析, 并针对许昌及中国的现状, 就雨水花园的发展提出了相关建议。
关键词：雨水花园,雨水利用,城市绿地
参考文献
[1]阎波, 付中美, 谭文勇.雨水花园与生态水池设计策略下城市住区水景的思考[J].中国园林, 2012 (3) .
[2]付中美.低碳和生态视野下城市住区雨水花园与生态水池设计思考[J].室内设计, 2011 (3) .
[3]尹建强, 曾忠忠.雨水之歌:解析波特兰雨水花园[J].中外建筑, 2007 (9) :7~9.
[4]黄素琴.许昌市地下水资源开发利用现状及对策[J].河南水利与南水北调, 2012 (8) .
[5]苏丰敏, 李文峰, 王军, 等.许昌市降水资源及变化分析研究[J].中国农村小康科技, 2011 (2) :20~23.
[6]张可喜.多管齐下、水尽其用——日本有效利用水资源经验介绍[N].经济参考报, 2001-04-18.
[7]向璐璐, 李俊奇, 邝诺, 等.雨水花园设计方法探析[J].给水排水, 2008 (6) :47~51.
[8]刘星, 秦启宪, 王姗姗.雨水花园设计营造2011年第八届中国 (重庆) 国际园林博览会上海园[J].上海建设科技, 2012 (2) .
雨水花园 第6篇
不断加快的城市化进程逐步蚕食着自然生态的土地, 不透水地面引发的雨水径流导致城市内涝问题频发。雨水携带各类工业废气及汽车尾气等大量污染物通过地表径流流入自然水源中, 造成水资源污染, 严重破坏生态环境。针对这一问题, 国外学者经过多年研究及实践, 在利用雨水花园控制径流污染这一领域取得了成效。
2 雨水花园与污染物滞留概述
雨水径流中往往富集大量污染物, 包括总悬浮物、油脂、有机氮、重金属、毒性有机物、病原菌等[1]。当降雨发生时, 雨水携带污染物通过地表径流排入邻近水体, 造成水体污染。同时, 污染物中的氮磷元素又可以引发水体富氧化。城市雨水径流被美国国家环保署 (EPA) 列为导致河流、湖泊污染的第三大污染源, 占到对河流污染比例的9%, 在129种对水资源产生影响的重点污染物中约半数在城市径流中出现[2]。
雨水花园也被称为生物滞留系统, 起源于20世纪90年代的美国, 通常是指被设计用来减弱和管理雨水径流的洼地[3]。具体而言是在低洼处设置可收集并利用雨水的小花园, 用来减少因不透水地面而引发的一系列地表径流问题。通常由含水层、覆盖层、植被种植土层、人工填料层、砾石层组成, 通过各介质层, 利用物理、化学、生物作用滞留和去除污染物。雨水花园作为低影响开发 (LID) 技术体系中的重要措施, 已被证实能够有效减少地表径流流量、削减洪峰流量、增加地下水补给、滞留并去除污染物等。
3 雨水花园污染物滞留机制
3.1 氮磷的滞留机制
对雨水径流中氮 (N) 、磷 (P) 等污染物的滞留, 按照时间顺序可分为两个阶段:在持续降雨阶段, 尘埃、地表沉积物随地表径流进入雨水花园中, 径流中的固体污染物和大颗粒物质会吸附部分金属离子并在蓄水层沉淀, 雨水在下渗的过程中, 一部分溶解性污染物质和固体颗粒会被植物吸收, 剩余污染物则会被土壤吸附或与填料层中的介质发生化学反应;在降雨间隔阶段, 滞留下来的污染物慢慢被植物根系吸收并与填料层介质产生反应, 逐步消解。
氮在地表径流中主要以有机氮和氨氮 (NH3-N) 的形式存在, 有机氮通过氨化作用转化为氨氮, 氨氮经过好氧硝化作用转化成硝酸盐氮。硝酸盐氮被土壤和填料层介质吸附, 而后通过反硝化作用以一氧化二氮 (N2O) 和氮气 (N2) 的形式被除去。
磷在地表径流中主要以颗粒态磷 (PP) 和溶解态磷 (DP) 的形式存在, PP和DP与土壤填料中含有的有机质 (OM) 在矿化作用下转化成羟基氧化铁 (FeOOH) 、氢氧化铝Al (OH) 3及磷酸钙Ca3 (PO4) 2等沉积物, 并通过过滤、吸附和沉淀作用从雨水中去除[4], 其过程如图1所示。
3.2 金属物质的滞留机制
金属物质的滞留机制主要通过滞留、过滤和沉淀机制以及填料层中介质的吸附作用完成。其中, 重金属主要以溶解态和颗粒态的形式存在。前者可直接被植物吸收或被填料层介质吸附, 后者通常会附着在总悬浮物 (TSS) 上, 被地表的植物系统截留、分解后, 再被植物吸收或被填料层介质吸附[5], 其过程如图2。
雨水花园对于金属物质的去除主要是通过表层植物的截留作用、内部填料层介质的吸附作用以及植物根部的吸收和吸附作用。其中, 表层植物截留颗粒物的效果最好, 但大部分的重金属颗粒在下渗的过程中不易被分解, 较大的金属颗粒将会堵塞填料层。因此, 如何消解被表层植物截留后的颗粒物, 仍需要进一步的研究。
3.3 病原菌的滞留机制
对雨水中所携带的病原菌 (如大肠杆菌等) 主要以生物处理的方式去除。生物处理是以混合微生物群体作为工作主体, 对雨水中的各种有机污染物进行吸收、转化, 同时通过扩散、吸附、氧化分解、沉淀等作用去除污染物。根据微生物对氧气 (O2) 的需求量不同还可分为好氧处理、厌氧处理两类。好氧处理是在有溶解氧存在的条件下借助好氧菌群的作用对病原菌进行处理;厌氧处理则是在无氧条件下, 通过厌氧菌的作用来分解和消化水中的有机物。厌氧处理首先将复杂的有机物在微生物作用下降解为简单的有机物 (如有机酸、醇等) , 并由产氢、产乙酸细菌群将有机酸等转化成乙酸、氢气及二氧化碳, 在产甲烷细菌作用下将乙酸 (包括甲酸) 、二氧化碳、氢气转化为甲烷 (CH4) (图3) 。虽然在雨水花园中对于病原菌去除方面的研究已经开展, 但目前的研究有限, 关于去除机理及去除效果方面仍需试验探索。
4 污染物滞留技术研究进展
国外在雨水花园污染物滞留技术方面的研究从最开始的实验室研究逐渐发展到实践项目的监测与研究。当前研究主要包括生物、混合介质、植物以及暗渠等污染物滞留技术。
4.1 污染物生物滞留技术
污染物生物滞留技术在雨水花园中十分重要, 主要分为厌氧污染物去除技术和好氧污染物去除技术。
厌氧污染物去除技术是指在无氧的条件下通过厌氧微生物的作用, 将雨水中各种复杂有机物分解转化的过程。Davis[6]等人在雨水花园中设置厌氧区, 得出该雨水花园可以滞留70%~85%之间的磷和55%~65%之间的总凯氏氮 (TKN) , 除了硝态氮 (NO3-N) 的含量降低程度小于20%外, 大部分的营养物质都能被有效地滞留。Kim[7]等人为了提高对硝态氮的滞留能力, 在雨水花园中设置了一层报纸和沙子混合在一起的厌氧层, 结果表明报纸是一个良好的反硝化电子体, 可以去除80%的硝态氮。Hsieh[8]等人同样通过设置厌氧层来促进生物滞留介质反硝化作用的方法, 提高生物滞留系统的脱氮能力, 通过实验证明, 缺氧反硝化反应可以通过在介质层中添加木屑来实现。
好氧污染物去除技术则主要是指好氧硝化技术和好氧细菌反硝化技术, Hsieh[9]等人通过对实验室模拟制造的生物滞留柱 (Bioretention column) 进行监测与实验, 发现生物滞留系统中好氧硝化反应可以通过硫磺来实现。
4.2 复合介质污染物滞留技术
复合介质滞留技术是指在雨水花园的填料层中填入一些可以提升雨水花园滞留能力的介质, 不同的介质对雨水花园的滞留效果有着不同的影响。
4.2.1 沙土介质污染物滞留
传统的雨水花园结构中包括了0.7~1 m的沙土层, Hsieh[10]等人通过研究表明, 加入砂土介质可以大大提升雨水花园的污染物滞留能力, 然而, 砂土介质滞留污染物的效率会因土壤基底的生态活动干扰而降低。在马里兰州, Zhang[11]等人在砂土层中加入氧化铁砂后, 发现通过加强生物滞留介质层的办法可以提高17%的对O157大肠杆菌、H7大肠杆菌和B6914细胞的滞留能力, 且该能力会随着时间增加而加强, 6个月后, 其滞留效率从72%提高至97%。Li[12]等人在对比干、湿条件下除菌效果的研究中发现, 干化使砂土介质形成的裂缝和大孔隙会导致微生物脱落, 在雨水花园中设计浸润区并保证充足的碳含量可以提高雨水花园对大肠杆菌的去除。
4.2.2 混合介质污染物滞留
由于砂土介质对某些污染物的滞留效果不佳, 一些学者尝试用化学稳定性较好、孔隙结构发达、吸附能力强的介质与砂土相混合作为填料层。Fuerhacker[13]等人经研究发现, 5%的蛭石或珍珠岩与低PH值的砂质土壤或活性炭相混合, 可以提高雨水花园的吸附能力并延长其使用寿命。O’Neil等[14]将5%的水处理残渣和3%的碎硬木树皮与砂土相混合, 进行监测与研究。发现经混合介质过滤后的水中磷的含量比原来减少了88.5%, 总磷 (TP) 质量浓度平均值小于25μg/L, 最大值仅为70μg/L。而原来的砂土介质过滤后的磷比原来减少了71.2%, 可见此混合介质的除磷效果显著。Zhang[15]等用5%的煤灰粉与砂土混合, 经过对比后发现, 未经混合的介质有40%的磷未被滞留, 而改良后的介质几乎将磷全部滞留。
目前, 国外已有雨水花园的相关设计规范, 并对混合介质的选择做了一定的推荐。如美国的马里兰州推荐使用50%的砂土、30%的表层土和20%的碎树皮作为混合介质[16];北卡罗来纳州推荐混合介质使用相对成本较低的介质, 混合比例为85%的砂、12%的黏土和粉砂、3%有机物[17];特拉华州推荐使用砂土、泥炭以及有机物各1/3的混合介质[18] (图4) 。
4.3 植物污染物滞留技术
植物在污染物滞留中同样起到了重要作用。表层植物可以截留较大的颗粒污染物, 植物发达的根系可以附着并吸收氮磷物质及重金属, 根系还为微生物的生长提供了附着的载体, 对消除一些病原菌有着十分重要的作用。
4.3.1 植物吸收
植物庞大的根系不仅能够疏松土质, 同样可以吸收土壤中的氮磷和重金属, 并通过光合作用等转化成自身所需的物质, 从而帮助土壤层提高滞留能力。Davis[19]等人通过研究发现植物可以吸收雨水径流中48%的氮、70%~85%的磷, 后者中的0.05%~1%为植物生长所用。Bratieres[20]等人在研究时发现, 苔属植物和灌木对金属物的去除效果最佳。另外, Henderson[21]等人通过实验室研究, 对比种植植物和不种植植物的生物滞留柱对人工合成的雨水径流中氮磷物质的去除情况。结果表明当用自来水冲洗两种生物滞留柱时, 可以观察到有氮从非植物滞留柱中溢出, 但是在植物滞留柱中几乎没有氮的溢出。另外, Lucas和Greenway[22]也做了类似的研究, 并证实种植植物的雨水花园比未种植植物的氮磷的去除率高。
4.3.2 微生物降解
植物的根系还为微生物提供了生长的场所, Rusciano[23]等人通过实验证明植物根系中微生物可吸附和消化病原菌。LeFevre[24]等指出相对于种植浅根植物雨水花园, 种植深根植物的雨水花园中可降解石油碳氢化合物 (TPH) 的微生物及细菌数量更多, 证明深根植物更有利于同化降解石油碳氢化合物。
4.4 其他污染物滞留技术
4.4.1 暗渠设施
一般情况下, 雨水花园的滞留能力相对稳定, 但雨季、土壤活动等因素往往会对其滞留效果产生一定的影响。Dietz和Clausen[25]等人通过研究发现某雨水花园氨氮 (NH3-N) 、硝态氮、总氮以及总磷的含量都相对减少, 但铜 (Cu) 、铅 (Pb) 、锌 (Zn) 以及总凯氏氮的含量变动不大, 且氧化还原物质减少, 造成这一结果的原因有很大一部分可能是受到了土壤干扰的影响。建议在必要时, 雨水花园的建造中应包含有暗渠设施。
4.4.2 建造活动
建造活动同样可以影响雨水花园的污染物滞留能力, Brown和Hunt[26]对建造雨水花园的两个挖掘方式 (即铲和耙) 进行了研究, 结果发现, 用耙子的挖掘方法要明显优于用铲子的挖掘方法, 耙的这个挖掘方法可以最大地优化生物滞留系统的性能, 这个结论尤为适用于干燥土壤的条件下。其次, 除了结构设计以外, 雨水花园的大小、植被的选择、选址的考虑以及设施的维护等对提高雨水花园的滞留能力也十分重要。
5 结语
雨水花园是低影响开发中的一项重要技术, 其易于建造、方便管理、效益良好并能行成优美景观, 是治理和净化城市雨水径流的重要技术手段。除能有效减少地表径流外, 在滞留污染物方面效果更为明显:可滞留并消除氮磷物质、金属物质以及消化和吸收有害致病菌。其中, 对于氮磷物质的去除率最高可以达到80%, 对于金属物质的去除率最高可达到100%, 对于病原菌的去除率在70%以上。
可以看出, 雨水花园作为一种可持续的低影响开发技术, 相较传统技术更加生态高效, 在技术处理及滞留机制等方面加以深入研究, 前景广阔。
摘要：指出了近年来基于低影响开发的雨水花园污染物滞留技术在国外得到广泛应用。从氮、磷污染物、金属污染物和病原菌三方面介绍了污染物滞留机制, 并分别综述了生物、复合介质、植物等方面的污染物滞留技术。
雨水花园 第7篇
植物是雨水花园组成结构中最重要的部分, 相关国外研究者已经进行了大量的深入研究, 多集中于对不同种类植物去除污水污染物能力的差异、植物根系对恢复土壤的渗透能力以及不同环境因素对雨水花园植物的影响等方面。
目前, 我国雨水花园建设还处于初期研究阶段, 且主要集中于雨水花园的建造技术、规模和结构上, 对于雨水花园植物的基础研究还比较薄弱。幸运的是, 国内相关研究者已经作出了相关成果, 如王佳、王思思等在雨水花园植物的选择与设计中总结了雨水花园中植物的选择与配置方法, 并结合了北京现状, 列举了适合于雨水花园的植物种类;刘佳妮在雨水花园的植物选择中列举了部分适用于雨水花园的湿生、水生植物种类等等。
二、雨水花园植物群落构建方法
1. 根据雨水花园的功能性要求选择建群种、优势种
建群种应以乡土植物为主, 也可适当引进经过驯化的外来物种。对于不同类型、性质的雨水花园需要不同种类的植物组合。以控制径流污染、径流量为目的的雨水花园植物群落应以吸污、抗污能力强的植物为主, 同时还应耐一定的水湿, 如枫杨、乌桕、凤尾兰、木槿、细叶芒、马蹄金、芦苇、菖蒲等等。此外, 适当提高植物群落密度能够有效滞留雨水。
2. 根据场地性质布局植物群落
雨水花园植物群落有自然式、规则式布局。城市街道、停车场、广场、公共建筑等这一类雨水花园的植物群落可采用规则布局, 以进一步强调景观的统一性, 雨水公园、居住区、工厂区等可采用自然式布局, 进一步强调景观空间的变化和野趣。为了营造丰富多样的植物景观, 往往把自然式、规则式结合起来, 以达到更好的视觉效果。
3. 适当采用垂直混交、水平混交技术构建稳定群落
雨水花园植物群落应构建复层结构, 以形成乔、灌、草、地被等多个层次。事实上, 群落植物种类越丰富, 群落结构也越复杂, 其生产力也较高, 从而能保持植物群落的长期稳定。
4. 根据植物种类的季相变化构建富有观赏性的植物群落。
由于季节更替, 植物群落的外貌发生周期性变化, 群落所展现的色彩主要来自植物的的树皮、叶色、花色、果子。实际来看, 常绿植物的季相变化不大, 草本植物群落季相变化最明显, 落叶阔叶植物群落较为明显。比如乌桕、鸡爪槭、三角枫、枫香、杜英、枫杨等在秋冬或早春季节叶色变为不同程度的红色;银杏、垂柳、水杉、紫薇、榔榆、朴树等到秋季叶色逐渐变为金黄色或黄褐色。
三、适宜南昌雨水花园的植物及其群落构成
1. 适宜南昌雨水花园的植物种类
南昌属于典型亚热带季风气候, 植物种类繁多, 南昌地区典型植被类型为亚热带常绿阔叶林。
根据雨水花园植物选择原则, 适宜南昌市雨水花园的乔木有重阳木、江南桤木、杜英、香樟、湿地松等;灌木有山茶花、忍冬、木槿、紫薇等;草本植物有苜蓿草、狗牙根、蝴
蝶花、马蹄金等;水生植物有金鱼藻、黑藻、狐尾藻、荷花、睡莲、凤尾莲、香蒲、芦苇、菖蒲、千屈菜、水葱等。
2. 适宜南昌地区的雨水花园植物群落
根据雨水花园的设计规模、场地条件等来配置适宜的植物群落。根据雨水花园种植区不同的水淹情况, 可将雨水花园种植区分为蓄水区、缓冲区、边缘区。边缘区大多本地中生植物都可配置, 不要求植物的耐水湿能力;对于受雨季直接影响的缓冲区适宜配置耐水湿、根系发达的多年生植物, 湿生、挺水植物群落是缓冲区的最优选择;蓄水区应根据水位来配置挺水、浮叶、沉水植物群落, 挺水植物其中浮叶植物群落构建需要特别注意建群种和优势种的选择以及控制种植范围。构建多种植物群落形态有利于形成丰富的地域性、地带性的自然景观特征。耐水湿的乔灌草结构、乔草结构、灌草结构等组成了富于变化的群落模式。
以下列举了部分雨水花园植物群落的组合:
杉+水杉+南川柳+旱柳+垂柳—花叶杞柳+木槿+忍冬—雀稗+白茅—千屈菜+黄菖蒲+菰、水杉+池杉+落羽杉+南川柳+苦槠—鸢尾+活血丹—水葱+花叶芦竹+水芹、落羽杉+水杉+墨西落羽杉+苦槠+杜英—厚皮香+大叶醉鱼草+迎春—狗牙根+蝴蝶花+雀稗—芦苇+雨久花+香蒲+菖蒲
香樟+乌桕+垂柳+旱柳—结香+紫薇+连翘—金叶苔草+花叶锦带花、香樟+鸡爪槭+杜英+湖北海棠+枇杷—桂花+紫薇+花叶杞柳—苜蓿花+麦冬+诸葛菜+细叶芒+狗牙根—菖蒲+香蒲+千屈菜、香樟+光叶榉+榆树+苦槠—水栀子+凤尾兰+山茶—诸葛菜+马蹄金+麦冬+狗牙根—水葱+黄菖蒲+梭鱼草+雨久花+大薸+凤眼莲+苦草+金鱼藻
枫杨+三角枫+白木乌桕+无患子+杜英—大叶醉鱼草+连翘+木芙蓉—苜蓿草+紫花地丁+绣线菊、枫杨+乌桕+皂荚+枇杷—连翘+栀子+忍冬—马蹄金+狗牙根+斑叶芒—美人蕉+菖蒲+慈姑+再力花、枫杨+香樟+苦槠—厚皮香+水栀子+大叶醉鱼草—马蹄金+蝴蝶花
湿地松+朴树+无患子+南川柳—木芙蓉+凤尾兰+忍冬+结香—金叶苔草+细叶芒+狗牙根+麦冬—花叶芦竹+水芹+千屈菜、湿地松+枫杨+南川柳—诸葛菜+麦冬+雀稗—芦苇+梭鱼草+香蒲
四、结论
植物及其群落的合理配置是营造可持续的雨水花园景观的重要内容, 也是构成城市绿色基础设施的基础要素之一。丰富多样的植物种类及复层的群落结构能够增强植物群落的景观层次和美学效果, 同时能够维持植物群落的长期稳定。因此, 营造雨水花园景观时应参考群落构建方法, 结合场地环境条件作出合理的植物群落设计。目前国内对雨水花园植物群落构建的研究还较薄弱, 需要大量的基础研究来完善。南昌有着丰富的雨水资源, 雨水的有效利用将是南昌走向生态城市的重要步伐之一, 而雨水花园植物群落的构建将成为建设雨水花园的前进动力, 对南昌雨水花园建设有着重要意义。从而促使雨水花园成为城市景观生态效益、社会效益和景观效益的催化剂。
摘要：面对城市广为泛滥的水泥化现象, 作为城市绿色基础设施之一的雨水花园, 在缓解城市内涝、雨水径流污染、地下水位下降以及保护生物多样性等方面的作用越来越受到重视。植被在雨水花园生态系统中起着关键的基础作用, 是构成城市雨水花园的基本要素。在雨水花园景观设计中, 植物及其群落的选择与设计至关重要, 直接影响景观的功能性和可持续的景观效果。本通过论述国内外雨水花园植物研究现状, 探讨雨水花园植物群落构建方法, 并结合南昌地区现状, 列出适合南昌雨水花园的植物种类以及植物群落构成的配置。
关键词：南昌,雨水花园,植物群落,配置,景观设计
参考文献
[1]杨倩, 李永红.湿地公园的植物群落构建─以杭州西溪湿地植物园为例[J].中国园林, 2010 (11) .
雨水花园 第8篇
1.1 概念
一般对雨水花园的定义是自然形成的或人工挖掘的浅凹绿地,被用于汇聚并吸收来自屋顶或地面的雨水,通过植物、沙土的综合作用使雨水得到净化,并使之逐渐渗入土壤,涵养地下水,或使之补给景观用水、厕所用水等城市用水。是一种生态可持续的雨洪控制与雨水利用设施;具有多种价值、多种功能,是技术与艺术的协调统一。
1.2 功能
①滞留渗透及净化雨水,形成园中的良性水循环。②减少区域内的内涝和水污染问题;③防止城市暴雨所带来的污染物对水体的污染;④为公园增添不同于以往传统园林的景观感知,美化社区及区域环境;⑤为昆虫、飞鸟等提供良好的栖息环境;⑥展示雨水景观处理方法和雨水管理方面的知识,起到了科普启智作用。
2 雨水花园案例研究
2.1 波特兰雨水花园
波特兰会议中心的“雨水花园”是极负盛名的,它成功地处理了雨水排放和初步净化处理的问题。其中创造性地采用了“绿色街道”。所谓“绿色街道”就是通过入渗池、雨水花园以及街道与人行道之间常有的浅沟来收集雨水,“绿色街道”同样也有效地减轻了市政排水系统的压力。每小时至少可以吸收约合50mm的雨水,大大减少了对较大雨水系统的影响。这些“绿色街道”一般无需维护,只需要每年例行的简单清污和植被修剪。同时监测“绿色街道”的土壤质量来确定是否有必要进行大规模的换土。
2.2 哈尔滨群力国家雨洪公园
哈尔滨群力新区,地处平原低洼地带,长期遭受洪涝灾害,加之周边建设和发展,使得中央公园所在的湿地面临走向水源枯竭、逐步退化的境地。针对这些问题,保留场地中部的大部分区域作为自然演替区,沿四周布置一系列深浅不一的水坑和高低不一的土丘,形成自然与城市之间的一层过滤膜和体验界面。沿四周布置雨水进水管收集城市雨水,使其经过水泡系统经沉淀和过滤后进入核心区的自然湿地山丘上密植白桦林,水泡中为乡土水生和湿生植物群落。高架栈桥连接山丘,布道网络穿越于丘林。水泡中设临水平台,山丘上有光观塔之类。创造丰富多样的体验空间。
3 国内雨水花园建设存在的问题
一方面在观念上对于雨水资源的认识不够,一般的人都没有认识到雨水资源的优势。这就需要加强宣传,使更多的人自主地利用雨水。另一方面,我国现在的雨水花园大多规模较小,所以对雨水的收集利用的范围也就小,效率也比较低,再加上没有法律条例的规范,使得各种建设良莠不齐,无法形成系统。而且在老城区,传统管网系统改建困难,我国对雨水的收集利用措施及方法也比较单一,效果不是特别好。
4 雨水花园的未来发展思考
4.1 节水
雨水花园是未来园林的主要趋势,当前的园林特别是耗水园林都要向节水型园林转变。不仅是要在本园林内部做到节约用水,更要将水收集起来供灌溉、造景和周边地块的用水等。
4.2 防洪
雨水花园在控制城市洪涝方面,国外有很多成功经验,但我国才起步,这方面的探索还很欠缺。而近年来,气候变化越发极端,雨水的分布越发不均匀,城市洪涝的发生也越来越频繁。暴雨的管理总结3种主要的策略:蓄滞洪区策略,针对大型暴雨;源头控制策略,主要是利用土壤的下渗能力对小型暴雨的初期径流进行拦截收集;场地策划策略,主要就是在规划时鼓励使用透水铺装以及控制建筑密度。
4.3 改善环境及生态修复
现今城市的各项建设严重阻扰和破坏了水的自然生态循环。雨水花园能很好地滞留渗透及净化雨水,利用它来修复城市的自然水循环体系也是一种趋势。未来雨水花园的修复功能也会越发显著,比如和湿地的结合就很是被看好。并且雨水花园和气候环境之间的相互影响也是研究的热门。
5 结语
雨水花园既是妆点环境的优美园林景观,又是优化水资源管理利用的基础设施,还可以是展示生态水资源技术和艺术的科普教育园地。这些优点和功能都使得雨水花园在推进生态园林建设,实现城市可持续发展,人与自然和谐共存等方面具有重要的意义。雨水花园的推广发展有助于生态园林的建设,但面临着重重的困难,应尽量改变现状,大力谋求发展。
参考文献
[1]刘佳妮雨水花园的植物选择[J].北方园艺,2010(17)
[2]俞孔坚全国首个雨洪公园亮相哈尔滨群力国家城市湿地公园[J].中华民居,2011(9)
雨水花园 第9篇
世界人口已经超过70亿, 而且还在不断增长, 伴随而来的是一系列城市问题:更多的住房、更多的道路、更多的农场、更多的工业等。城镇化引发了许多问题, 其中较为严峻而易被忽视的一个问题便是暴雨径流的增长。
城市径流 (Urban Runoff) 指从街道、停车场、建筑以及其他铺装表面渗透的径流, 不透水的表面导致了大量暴雨径流的产生。美国环境保护署 (EPA) 通过对雨水的大量研究, 发现城市径流对水质、栖息地以及生物资源构成了影响, 污染程度和种类因地点不同而发生变化 (图1) 。在美国, 城市径流已成为由人类行为引发的岸线污染的首要原因, 以及河口污染的次要原因。传统的雨洪治理将提高径流流速、快速排水作为重要的基础设施发展目标, 城市开发区域的不透水面积随之不断增长。然而研究显示, 城市的河流生态系统会随着不透水面积的增长而衰退, 不透水率达到10%时出现初步的衰退, 达到30%时则遭受不可逆转的破坏[2]。因此, 应更新既有的雨洪管理理念, 尽快将低影响开发 (LID) 技术纳入雨水管理体系, 以缓解由于暴雨径流导致的一系列问题, 雨水花园即是一种可以有效减少径流以及污染物的LID措施, 由于在生态效益和经济效益方面都取得了较好的实践效果, 目前正受到各个行业的广泛关注。
1 低影响开发 (LID) 技术在雨洪管理中的应用
1.1 低影响开发 (LID) 概念及其原理
1.1.1 低影响开发 (LID) 概念及内涵
1990年, 低影响开发 (LID) 技术开始在马里兰州乔治王子郡出现, 实质是一种基于小尺度雨水源控制的分散式雨洪管理技术。其核心思想是实现对生态环境低冲击式的开发, 使开发后暴雨径流的峰值流量接近于开发前的自然状态。LID主要研究在不同场地的水文环境中, 使用分散式的生物滞留池 (雨水花园) 、绿色屋顶、透水铺装等基础设施, 对雨水进行收集和综合利用, 实现暴雨径流和径流污染的有效治理。低影响开发 (LID) 与绿色基础设施 (GI) 有着共同的目标, 然而关注点有所不同, GI讲究对自然结构和生态系统的发掘和利用, LID则更强调恢复自然的本貌, 做最低限度的开发。
1.1.2 低影响开发 (LID) 原理
低影响开发 (LID) 的运行原理, 在于其内在的低生态冲击特性, 把土壤、植物等自然生态要素作为基础设施的一部分, 而不是通过排水管网或硬质铺装加以隔离:土壤如同海绵, 通过对其中粘土、壤土及砂土的构成进行分析或设计, 可以控制土壤的松散程度和渗透速度, 合理补充地下水;植物则如同过滤器, 其根系可以通过微生物过滤暴雨径流中的污染物, 叶片和枝干可以与土壤中的昆虫、菌类等生物体相互作用, 形成对雨水进行生物处理的完整生态服务系统。
此外, 低影响开发 (LID) 还是一种保护性开发的技术, 旨在建设具有韧性的城市-区域系统, 这在以下三个方面得到体现:首先, LID设计的管控目标是富余的, 建设网络化的生态设施可以提高整体系统的服务水平, 避免系统性的风险, 如超越重现期标准的洪涝灾害;其次, LID设施具备可恢复的韧性, 可以适应外部变化并在必要时实现自我修复;同时, 为了达到富余的管控目标, LID设施的分布呈现网格态的分散, 这样可以将系统风险分担至整个网络, 提升整体系统的稳定性, 使场地的土地承载能力最大化。
1.2 低影响开发 (LID) 技术体系
低影响开发 (LID) 技术的主要应用场景为集水区, 也即多条河流汇水的大尺度地理区域。从空间应用的范围来看, LID技术的适用面较广, 可以在集水区的各个尺度上缓解灾害风险并改善生态环境。
在住区, LID城市区域内的生物洼地、植被过滤带、生物滞留池 (雨水花园) 等绿色基础设施 (GI) 可以用于抵御1~2年一遇的暴雨。而在更大的尺度来看, 也就是在整个集水区区域, 可将区域性的河道缓冲区、人工湿地看作功能放大后的生物洼地和生物滞留池 (雨水花园) , 通过生物滞留池 (雨水花园) 作为连接植被过滤带的二级LID设施, 可以抵御10~25年一遇的暴雨, 而更进一步利用生态沟渠将暴雨径流汇入区域内的蓄水盆地和人工湿地, 则可以处理25~50年一遇的暴雨, 储蓄的雨水可作为未来的灌溉用水, 输送到农业及林业地区 (图2) 。
2 低影响开发 (LID) 理念下的雨水花园建设
2.1 雨水花园的概念
雨水花园又叫生物滞留池, 是一种小尺度的LID设施。从外观来看是凹陷的洼地, 在其中种植有低维护成本的当地植物, 通常用于对暴雨径流的滞留与过滤, 不具备储蓄雨水的功能。从景观设计角度来看, 对场地进行雨水花园改造, 可将单一的植物景观转变为当地植物构成的混合景观, 营造出较高的美学价值。
雨水花园作为典型的LID设施, 其布局方法不同于传统排水系统的设计, 不仅需要当地常年降雨数据, 更需要基于场地地形、土壤植被类型及集水区形态进行水文建模, 完成详尽的前期分析, 确定径流和非点源污染重点控制地区, 根据实际场地地形设计LID方案。雨水花园可设置在道路两侧或地势低的区域, 也可以替代现有的人工草坪。作为对现有草坪的一种LID改造方案, 传统草坪在生命周期内需要大量的灌溉、施肥以及后期维护工作, 雨水花园与之相比具有占地面积少、适应极端干湿环境、维护成本低的优点, 且更有利于生物多样性的恢复。
2.2 雨水花园的模拟及评估
对低影响开发 (LID) 方案的模拟及评估通常采用SWMM软件, SWMM是由美国环境保护署 (EPA) 推出的雨洪管理模型, 能够对暴雨径流的地面径流、排水管网和污水处理单元进行动态模拟, 综合评估径流量、峰值流量及径流污染的实际控制效果[5]。同时结合全生命周期 (LCA) 的研究思路, 可以对雨水花园的建设、使用及废弃进行全过程的模拟和评价 (图3) 。首先确定各项效应的测量标志物, 如全球暖化 (CO2) 、人类健康-癌症 (笨) 、人类健康-非癌症 (甲苯) 、呼吸疾病 (PM2.5) 、生态毒性 (2, 4-D) 、雾霾 (氮氧化物) 等。通过对测量标志物的30年全生命周期监测可以发现, 雨水花园对全球暖化、人类健康-非癌症、富营养化、生态毒性的治理可起到一定程度的改善效果, 然而对人类健康-癌症的影响较小, 对酸化、呼吸疾病、臭氧空洞、雾霾等问题则产生了较为负面的影响[6]。
由此可知雨水花园对生态环境的修复可起到良好的效果, Hanbae Yang在俄亥俄州立大学校园内雨水花园进行的实验中也得到类似的结论:总氮、总磷及2, 4-D等各类污染物在实验中被大量吸收和分解, 生态毒性标志物浓度平均削减率达到80%~90%[7]。
2.3 典型雨水花园的结构及设计方法
2.3.1 雨水花园的构成
雨水花园是人造的花园, 以容纳土壤植被以及大量的雨水。雨水花园是顺应自然的设计, 由进水口、护坡道、斜坡以及排水口等五个部分组成 (图4、5) 。进水口是雨水通过排水管被收集时所处的位置, 雨水通过进水口以后, 到达雨水花园的护坡道。由于位于雨水花园的边缘, 护坡道通常设置适应干燥土壤环境的植物。雨水通过护坡道之后将来到斜坡, 斜坡设置可同时适应干、湿土壤环境的植物。集水盆地作为雨水的下一站, 位于雨水花园的底部, 其中的植物可适应潮湿的土壤环境, 以满足长时间雨水浸泡的要求。在开始收集30 h以后, 主要的雨水会被土壤和植物所吸收, 如果雨量过大以至于超过雨水花园的负荷, 外溢的雨水可通过排水口从雨水花园排出。
2.3.2 雨水花园的设计
与传统意义上的花园不同, 雨水花园在设计和植物选择时会充分考虑对暴雨径流的控制和利用, 雨水花园的五个组成部分必须符合环境保护署的最佳管理计划 (BMPs) 。BMPs对建设雨水花园给出了具体的策略指引:推荐边角斜度为3:1或者2:1 (空间受限的地方) , 此外还要求选择的本地植物应该适应不同的水环境条件, 蓄水深度达到9英寸, 草本植物的种植深度则应达到24英寸;每个月要对各类植物进行两次播种, 直到完全成熟方可停止;土壤应选择壤土和沙砾的混合物或者支持植物生长的砂质壤土, 同时保证孔隙密度可以实现对雨水的过滤。
3 对我国雨水花园建设的反思及发展展望
3.1 传统雨洪治理模式与LID雨洪治理模式的比较
传统雨洪治理是基于集中式的非源头治理思维, 实质是对生态危机的转移, 即通过利用“管道-池塘”系统, 实现洪涝、污染等问题的空间转移和集中处置。在大型洪涝灾害中, 水坝和防洪堤被用来削弱大型雨洪造成的损害, 然而适用于建水库的陆地比较少, 而防洪堤则把问题推向了上游, 增加了风险, 同时更多的土地开发透支了滨河地区土地的发展潜力, 也具有很强的破坏性。尽管如此, 不能仅仅因为上游地区过高的不透水率而限制现存滨水地区的发展, 基于LID措施的源头治理是较为理想的折衷方案:通过雨水花园等分散式的绿色基础设施 (GI) 进行源头治理, 将暴雨径流在地表汇聚前就进行有效的控制, 减少地表径流量并弱化引发的洪涝、污染效应, 减少对终端处理设施的投入, 实现对城市和区域环境的低影响开发。 (图6)
3.2 海绵城市背景下雨水花园建设面临的挑战
3.2.1 推广应用以实现整体效应最优化
雨水花园对小型降雨的防涝效果较好, 然而对大型暴雨的防洪作用并不明显 (比如50年一遇的降雨) 。通常来说, 利用LID技术仅可以截留1.25~5 cm的降雨, 但是有80%~90%的年降雨量小于4 cm, 这些是更常见的小型降雨事件[9]。所以LID对于小雨防涝来说是一种很经济的方法, 从资金成本投入的角度来看, LID可成为应对城市开发问题的系统解决方案的重要组成部分, 但不能完全替代传统灰色基础设施的疏解功能。
对于具有分散网络化特性的LID系统, 单独设置滞留设施的防洪效果不明显, 在径流量增大的同时限制流速会延长峰流的持续时间, 导致过程线的重叠和更多的洪流量以及冲刷。根据美国地质调查局的研究, 洪水会随着不透水率增加而增加[10]。美国联邦政府正在研究通过LID和GI来帮助缓解小规模的暴雨, 而缓解程度取决于LID的使用程度, 更加完整而严密的网络覆盖有利于整体系统性能的提升。
3.2.2 统筹规划及开发过程中的管理行为
生态学法则告诉大家, 系统内所有的事物都彼此相关, 生态系统中的局部反馈有可能会引发整个系统的混乱。在LID系统中, 由于构成系统的每个独立设施都具有自身特殊的使命和功能, 其在全生命周期内的管理碎片化倾向构成了整体规划和实施的最大障碍。在资金保障和管理方面, 统筹权责的专门性机构处于缺位状态, 交通、市政、公共管理及景观园林等部门的管理权限相对独立, 甚至存在职能上的冲突。
不仅管理主体不能明确, 在具体的技术层面也存在无法可依的问题。由于基于低影响开发的规划类型尚未纳入法定规划体系, 相关法律的缺位为雨水花园建设增加了困难, 目前新型规范仅有《海绵城市建设技术指南》, 既有的工程模式及业务都是围绕着灰色基础设施建设制定的, 对现有的技术路线、方法存在路径依赖, 绿色基础设施与灰色基础设施在多个层面的衔接问题仍然有待解决。
3.2.3 保障分布式设施的全过程监测与维护
在制定LID管理方案后, 应成立专门的部门或者赋予特定组织相应的管理权利具体落实。这样的组织可以是土地所有者或公共管理部门, 需要建立完整的管理日程表, 对不同生命周期的设施分类别实施动态监测、评估和维护, 确保LID设施网络的有效性。以土壤为例, 在LID开发区域的土地应予以明确的标识, 同时定时监测并维护, 以避免冗杂的人流交通对松散土壤结构的破坏, 保证LID设施的生态敏感性与韧性。
对于雨水花园而言, 维护压力集中于进水口、排水口的疏通以及当地植物的养护与补植。这些具体的技术细则取决于不同地区的水文、气候及地形条件, 具有浓厚的地域特色, 应由各地自行研究并制定相关标准。美国各个州都有颁布本地区的专项建设手册, 如威斯康辛州的《雨水花园:家庭使用手册》、夏威夷州的《夏威夷住宅雨水花园手册》等, 然而目前在我国相关细则仍是空白。
4 结语
雨水花园是一种兼备技术与景观艺术特性的低影响开发技术, 可在规避暴雨径流不利影响的同时提升生活环境品质。目前多数研究将雨水花园作为以减少径流量、缓解污染为目的的雨洪管理措施。然而值得注意的是, 雨洪缓解仅仅是附带的效益, 雨水花园还会带来显著的生态和经济价值:水质改善、河道和栖息地保护、地下水补给、生态灌溉等。
海绵城市可从大到小分为区域、城市、社区、建筑四个子系统[10], 而雨水花园则在城市建筑、广场、居住区有广泛的应用前景。当前基于风险管理的发展理念正越来越成为雨洪管理的共识, 大家应该发展更多基于自然的方法来降低雨洪风险, 逐步探索将雨水花园等LID技术措施融入海绵城市框架体系的实施路径。同时将水生态基础设施规划纳入法定规划体系, 摆脱对灰色基础设施的路径依赖, 走出中国特色海绵城市健康发展之路。
参考文献
[1]United States Environmental Protection Agenc (USEPA) .1996 National Water Quality Inventor Report to Congress[EB/OL].https://www.epa.gov sites/production/files/2015-09/documents/1996_na tional_water_quality_inventory_report_to_congress.pdf, 1996.
[2]Metro, P.Green Streets:innovative solutions fo stormwater and stream crossings[M].portland:ortland Metro, 2002.
[3]Masterson, J.P., &Bannerman, R.T.Impacts o stormwater runoff on urban streams in Milwauke County, Wisconsin[C]//National Symposium on Water Quality.American Water Resources Association, 1994.
[4]Chang, N.B.Hydrological connections between low-impact development, watershed best management practices, and sustainable development[J].Journa of Hydrologic Engineering, 2010, 15 (6) :384-385.
[5]董欣, 陈吉宁, 赵冬泉, 等.SWMM模型在城市排水系统规划中的应用[J].给水排水, 2006, 32 (5) :106-109.
[6]Flynn, K.M., &Traver, R.G.Green infrastructure life cycle assessment:A bio-infiltration cas study[J].Ecological engineering, 2013, 55, 9-22.
[7]Yang, H., Dick, W.A., Mc Coy, el al.Field evaluation of a new biphasic rain garden for stormwater flow management and pollutant removal[J].Ecological engineering, 2013, 54, 22-31.
[8]Cullison, T.Hawai'i Residential Rain Garden Manual[EB/OL].http://www.huihawaii.org/uploads1/6/6/3/16632890/raingardenmanual web res smaller pdf, 2013.