上海辰山植物園的“雨水管理”

茹雯美

（上海市園林設(shè)計院有限公司，上海200031）

0 引言

按照國家建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的要求，在上海辰山植物園的設(shè)計中引入了建設(shè)節(jié)約型綠地的理念，并將中國園林中的“理水”賦予了新的內(nèi)容，那就是雨水管理。簡而言之，雨水管理就是將綠地內(nèi)的雨水資源充分地收集和合理地使用。本文將針對上海辰山植物園雨水管理的設(shè)計思路、技術(shù)措施和修改完善等方面進(jìn)行逐一的探討和分析，從而探索出符合上海地區(qū)特點(diǎn)的雨水資源收集利用的技術(shù)措施。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目內(nèi)容

上海辰山植物園占地約207 hm2，選址于上海松江區(qū)佘山國家旅游度假區(qū)內(nèi)。整個工程的建設(shè)周期為4 a，2007年開工，2010年上半年竣工開園。屬上海2010年世博會的配套建設(shè)項(xiàng)目。

1.2 場地條件

1.2.1 地形

整個基地內(nèi)除了有一座占地12 hm2，海拔71.4 m的辰山外，大部分地形都非常平坦，海拔在2.8 m～3.2 m之間。

1.2.2 水系

基地內(nèi)水資源十分豐沛，河道魚塘眾多，地下水位頗高，水位變化在2.5 m～3.2 m之間，受區(qū)域水利工程控制，沒有洪澇災(zāi)害。

1.2.3 土壤

基地內(nèi)的土壤歷史上曾為“澤多菰草”之地，成土母質(zhì)，多數(shù)為湖泊沉積物和河流相沖積物。

1.3 功能定位

建成后的辰山植物園不僅將成為生物多樣保護(hù)和可持續(xù)利用的示范基地、國際性的植物引種和登錄資源圃，更是一個生態(tài)、休閑的旅游勝地。

1.4 總體布局

筑山理水是中國園林的特色，辰山植物園充分發(fā)揮了中國園林的特色，在布局上延續(xù)了原有辰山的脈絡(luò)，沿植物園邊界堆筑長約4 km，寬度從40 m到200 m不等，占地面積近40 hm2，高度在3 m到14 m之間的帶形環(huán)狀地形，此環(huán)狀地形和原有的辰山一起撐起了整個植物園的骨架。而在被綠環(huán)環(huán)抱的中心地區(qū)主要依托原有的地形地貌，梳理魚塘水網(wǎng)、疏竣河道、開挖水面，構(gòu)建了完整的生態(tài)水網(wǎng)系統(tǒng)。同時還在中心區(qū)域內(nèi)堆筑微地形，布設(shè)了25個專類植物園。

2 “雨水管理”設(shè)計思路

在設(shè)計中雨水管理主要有兩個方面的內(nèi)容，一是雨水收集，二是雨水使用。雨水收集可以采用建蓄水池和溝渠的“硬”收集，也可以采用通過土壤滲入補(bǔ)充地下水和地表徑流匯入水體的“軟”收集；雨水使用也有直接使用和間接使用之分，怎樣取舍應(yīng)根據(jù)工程情況和建設(shè)地域來確定。該工程所在地上海地區(qū)是水質(zhì)型缺水城市，非資源性缺水城市，建設(shè)場地內(nèi)外都有非常豐富的地表水資源可以滿足使用需求，不足只是水質(zhì)較差，為劣V類。另外，上海地區(qū)雨量充沛，年降雨量約有1 123 mm，如果進(jìn)行充分地收集和合理使用，應(yīng)該可以做到零排放和低能耗。設(shè)計時，雨水的收集設(shè)施和收集方法的選擇是一個難點(diǎn)，通過對大量工程的分析和多次的方案比較，最終確定了植物園的雨水管理方案，采用“軟”收集方法，詳見圖1所示。從圖1可以看出，雨水收集得越多，對園外補(bǔ)水的需求就越少，補(bǔ)水所需消耗的動力就可相應(yīng)減少。

圖1 雨水管理方案圖

3 “雨水管理”技術(shù)措施

在植物園的“雨水管理”中采取了以下三種技術(shù)措施：

3.1 創(chuàng)建雨水蓄存空間，建立集雨型綠地，向城市管網(wǎng)零排放

3.1.1 水體蓄存

通過豎向設(shè)計筑山挖湖，營造高低錯落、連綿起伏的山丘和緩坡，將植物園內(nèi)的地表雨水徑流匯集至園內(nèi)的各水體滯留蓄存，減少和降低雨水向城市管網(wǎng)的排放，削減城市洪峰流量，延緩洪峰時間。

上海地區(qū)雨量充沛，但在時間上并不均衡，有季節(jié)性。按照已確定的設(shè)計思路，必須在植物園中尋找雨水蓄存場所，將多余的徑流雨水存儲備用。通過對整個植物園豎向地形的進(jìn)一步分析，并對植物園水體水量進(jìn)行計算（見表1），發(fā)現(xiàn)可以充分利用園中的水體，來達(dá)到這一目的。

表1 植物園水體水量平衡表（單位：萬m3）

整個植物園有水面積約30 hm2，設(shè)計常水位在2.5 m～2.8 m之間。若將水體的溢水位或排澇水位設(shè)在常水位之上的某一標(biāo)高內(nèi)，則常水位和溢水位之間將是一個非常理想的蓄存雨水的空間。從植物園水體水量平衡表中可以看出，每個月的雜用水量幾乎都大于水體可收集的雨水量，只有六月份的雨水量多于該月的雜用水量0.64萬m3，而六月份的雨量也是最多的，這就意味著不需要考慮每月累積轉(zhuǎn)輸雨量的蓄存空間，只要滿足六月份的雨水量蓄存就能達(dá)到目的。在和景觀設(shè)計師溝通后決定將最高水位控制在常水位之上0.5 m，整個水體將有近15萬m3的蓄存空間，完全可以滿足儲存植物園的降雨量。為了不影響水岸景觀，景觀設(shè)計師將園中近70%的水岸設(shè)計成生態(tài)岸線，并在此區(qū)間內(nèi)按可淹要求設(shè)計（見圖2）。

圖2 可蓄水水岸剖面圖

3.1.2 溝管網(wǎng)絡(luò)蓄存

在綠地中徑流的雨水不斷地滲入地下，不僅可回灌和補(bǔ)充地下水，還改善了生態(tài)環(huán)境。

整個植物園種植面積約120 hm2，既有高臺地，又有低洼區(qū)。在利用地形疏導(dǎo)雨水徑流時，綜合考慮了雨水徑流的時間、場地、植被等，在大面積的綠地中設(shè)置明溝、草溝、盲溝等預(yù)處理溝，上下貫通，縱橫交錯織成立體的蓄排水網(wǎng)絡(luò)，對雨水進(jìn)行引導(dǎo)、凈化（見圖3）。全園的明溝約長13 000 m，盲溝約長15 000 m，形成了近5 000 m3的地下表層儲水空間。

圖3 植物園溝網(wǎng)平面圖

3.1.2.1 綠環(huán)區(qū)

綠環(huán)占地約40 hm2，以草地為主，并分別配植歐洲、美洲及亞洲等不同地理分區(qū)具代表性的植物。雨水排水主要以滲透排水為主，擬采用透氣、透水性能較好的建筑垃圾堆筑綠環(huán)，使降落在綠環(huán)上的雨水經(jīng)垂直滲透直達(dá)綠環(huán)底部的碎石排水層。另外，考慮到暴雨時約有0.72 m3/s雨水從綠環(huán)表面徑流而下，結(jié)合景觀方案和豎向設(shè)計在綠環(huán)內(nèi)側(cè)的坡腳下設(shè)置一條排水溝（見圖4），截流綠環(huán)表面的徑流雨水和綠環(huán)底部排水層的滲透雨水。

圖4 綠環(huán)徑流雨水收集剖面圖

3.1.2.2 中心區(qū)

中心區(qū)域地形基本以平地為主，場地設(shè)計標(biāo)高在3.5 m至4.0 m之間，少有起伏變化。中心區(qū)域主要布置了20 hm2左右的湖面和眾多的植物專類園。每個專類園的地形都高出周邊場地0.5～0.8 m，考慮到整個中心區(qū)場地排水坡度較小，表面徑流緩慢，因此，在低洼區(qū)、各專類園的坡腳下和園路邊布置盲溝（見圖5），收集和引流雨水。盲溝內(nèi)滿鋪碎石，并用無紡布包圍，表層是結(jié)構(gòu)良好的種植土。用盲溝匯集雨水不僅增大了土壤的雨水存儲空間，同時還增加了凈化水質(zhì)的功能。區(qū)域內(nèi)的盲溝和綠環(huán)下的明溝相互交織，組成了一張雨水的蓄積凈化網(wǎng)，溝內(nèi)的潔凈雨水流入湖中，降低了水體的面污染。

3.2 營造削減面源污染的生態(tài)岸線，降低初期雨水的凈化成本

利用覆蓋良好的植物根系和土壤的過濾功能和生態(tài)水岸的凈化功能，將雨水在下降過程和徑流過程中攜帶的污染物進(jìn)行截流和過濾，以達(dá)到凈化雨水尤其是初期雨水的目的，減少因雨水徑流造成水體的面污染源。

3.2.1 生態(tài)岸線

圖5 含透水管盲溝剖面圖

地表雨水尤其是初期雨水因在下降和徑流過程中受到污染，攜帶污染物的地表雨水直接進(jìn)入水體會造成水體的污染。植物園有近2萬m的水岸，在匯集地表雨水的同時，水體被污染在所難免。為凈化直接徑流入水體的水質(zhì)，結(jié)合水體蓄水要求，景觀設(shè)計師在水岸設(shè)計時引入了生態(tài)岸線的手法（見圖6），除了需考慮區(qū)域防汛泄洪通航要求的辰山塘以外，其余近14 000 m、約70%左右的水岸都建成了各種形式的生態(tài)水岸，其中以自然式斜坡駁岸居多，約占總量的65%。生態(tài)駁岸主要是在臨水處以天然卵石加以砌駁或直接緩坡入水并適當(dāng)散置景石，形成景點(diǎn)（見圖2）。在用地較為開闊的地段，將駁岸化為濕地緩坡，在水與岸之間用濕地系統(tǒng)形成自然過度區(qū)，種植水生、濕生植物，利用水生植物對水質(zhì)的凈化功能，以進(jìn)一步攔截和過濾直接進(jìn)入水體的地表徑流，保護(hù)水體的水質(zhì)不受污染。同時生態(tài)水岸的建造也滿足了創(chuàng)建水體蓄水空間的需要。

圖6 生態(tài)水岸剖面圖

3.2.2 排出口的生態(tài)處置

通過溝管匯集排入水體中的雨水，其水質(zhì)已在流動過程中通過盲溝、卵石等的截流和過濾得到了改善，為了進(jìn)一步凈化水質(zhì)，在出水端口，根據(jù)周圍環(huán)境的情況再使用各種景石、卵石和水生植物做圍護(hù)（見圖7），進(jìn)一步攔截入湖雨水中的污染雜質(zhì)，并利用在碎石上形成的生物膜對水體作進(jìn)一步的凈化，使進(jìn)入湖水的雨水得到了凈化處理。同時又起到了美化出水口的作用。

圖7 水岸排水管出口剖面圖

3.3 構(gòu)建水體生態(tài)系統(tǒng)，改善和維持水體水質(zhì)

不難看出，降落在植物園的雨水其徑流的過程也是一個對雨水預(yù)處理的過程（見圖8）。但由于植物園內(nèi)的水體是新開挖的，而且水體又相對封閉，本身缺乏水體自凈功能所必備的生態(tài)環(huán)境，基本潔凈的雨水進(jìn)入水體后水質(zhì)也會逐步惡化。通過在景觀水體中構(gòu)建具有自凈功能的完整的水體生態(tài)系統(tǒng)（見圖9），才有可能維持良好的景觀水質(zhì)。所謂完整的水體生態(tài)系統(tǒng)是指在水體中種植和養(yǎng)殖包括浮葉、挺水、沉水等水生植物和魚、蝦、貝類等水生動物，以及種類和數(shù)量眾多的微生物，并使這些水生生物種群的類型和數(shù)量相對穩(wěn)定，使其相互依存、相互制約、環(huán)環(huán)相扣、處于生態(tài)平衡狀態(tài)。

圖8 徑流雨水預(yù)處理流程圖

在水生生物物種的選擇上首先考慮它們的生態(tài)功能和水質(zhì)凈化作用：水生動物選取對水中藻類和碎屑等懸浮顆粒的去除效果明顯的種類；水生植物選取具有極好的吸收利用氮磷能力和很好的造氧功能，具有良好的景觀觀賞價值的種類。

圖9水體生態(tài)修復(fù)和維護(hù)流程圖

4 水資源的利用

建立雜用水管網(wǎng)系統(tǒng)，使雨水資源利用最大化。利用蓄存在園內(nèi)景觀水體中的雨水作為雜用水水源，解決園中大面積的植物灌溉用水、清潔園路、場地的用水和水景用水（見圖10）。

圖10 雨水使用方案圖

雨水的收集是為了更有效地使用，積蓄在水體中的雨水將是園中雜用水的最佳水源。在辰山植物園建立了雜用水管網(wǎng)系統(tǒng)，整個植物園的綠化澆灌、沖洗場地、車輛、水景補(bǔ)水等雜用水全部取用于園內(nèi)的湖水。

綜上所述，通過對辰山植物園雨水管理的設(shè)計，在沒有增加任何蓄水設(shè)施的情況下，已基本做到了植物園雨水的收集、利用、零排放，真正達(dá)到了建設(shè)節(jié)水、節(jié)能、環(huán)保、節(jié)約投資的節(jié)約型綠地的目標(biāo)。

5 主要問題和解決措施

在植物園的建設(shè)過程中，遇到了諸多在設(shè)計時不曾預(yù)見的問題。其中，土壤慢滲是比較突出的問題，通常在雨水收集時使用最多的方法就是土壤滲透回灌地下，但在辰山植物園建設(shè)之初，土壤滲透并不理想：樹穴積水、草地泥濘，究其原因有三：（1）地下水位高；（2）土壤結(jié)構(gòu)不良；（3）工程場地設(shè)計標(biāo)高較低。

5.1 高地下水位和粘壤土質(zhì)影響雨水正常滲透

在辰山山體和綠環(huán)圍合的中心展區(qū)，豎向設(shè)計時尊重原場地的特征和機(jī)理，依照規(guī)劃設(shè)置了25個專類植物園。中心展區(qū)地形平坦，場地設(shè)計標(biāo)高基本控制在3.0～4.0 m之間，由于場地土壤土質(zhì)為粘壤土，透水性較差，滲透系數(shù) Kf＜1×10-6m/s，再加上地下水位較高，在2.5 m～3.2 m之間，導(dǎo)致了樹穴積水，又難以較快滲漏，粘性土質(zhì)使整個綠地雨水入滲速度減慢，在雨過天晴的2～3 d內(nèi)土壤土層內(nèi)的含水量還是很高，對植物的成活造成了威脅。為了解決入滲慢導(dǎo)致樹穴積水的問題，設(shè)計已根據(jù)植物情況在土壤方面進(jìn)行了改良，在樹穴內(nèi)加拌介質(zhì)土，增強(qiáng)土壤疏松度和透氣性，并在樹穴下增加碎石排水環(huán)溝和透水管見圖11），加強(qiáng)引導(dǎo)排水，以解決樹穴積水問題。

圖11 樹穴排水剖面圖

5.2 綠環(huán)堆筑壓實(shí)影響土壤正常滲透

綠環(huán)在堆筑過程中，采用機(jī)械將土體進(jìn)行了全面的壓實(shí)，壓實(shí)度在80%～85%左右。同時，原定采用各項(xiàng)性能較好的建筑垃圾來堆筑土山，因換成了全土堆筑，使最終形成的綠環(huán)土體非常密實(shí)，透氣、透水能力很差，以至于整個綠環(huán)垂直滲透受阻，表面徑流大量增加，降雨時，在表面形成沖刷溝壑，造成泥土流失，并對受水水體造成污染。在建設(shè)初期，剛種植的植被根系還未發(fā)展，表面的沖刷使淺根系的草坪、地被等植物不易扎根生長。進(jìn)入樹穴的雨水因其垂直滲透和水平擴(kuò)散受阻而不易排出，導(dǎo)致植物根須長期浸泡水中而腐爛。為解決這一問題，在綠環(huán)內(nèi)增設(shè)了若干條含透水管的盲溝，同時，增加了喬木根部的排水措施（見圖11），樹穴排水和綠環(huán)排水溝通組成排水網(wǎng)絡(luò)（見圖12），改善和加強(qiáng)了綠環(huán)的排水條件。當(dāng)然，這并非永久之舉，只有在保證植物健康生長之后，借由植物發(fā)達(dá)的根系來改良土壤的性狀，以逐漸形成通透性良好的適合植物生長的土壤環(huán)境。

圖12 樹穴排水平面示意圖

6 結(jié)語

利用大面積的綠地回收積蓄雨水，就地使用雨水，減少對市政雨水系統(tǒng)的沖擊，是一個非常科學(xué)的合理的舉措，但是集雨的方法和措施應(yīng)因項(xiàng)目而異，處理不當(dāng)，將會使綠地變成沼澤。綠地一般是一個旅游休閑的場所，而游人的活動場地已不僅限于園路、廣場等硬質(zhì)場所，大量的草坪、綠林已然成為游人的活動場地，雨后的綠地不能很快干燥必將給游人帶來不便。因此，集水場地、匯流通道、停流時間和匯水范圍的合理設(shè)計是進(jìn)行雨水管理必須要考慮的。應(yīng)在項(xiàng)目設(shè)計的初期方案設(shè)計時就要明確建設(shè)的目標(biāo)，并將這一要求貫徹到所有的專業(yè)：總體設(shè)計時要合理布局集水范圍、匯流通道的區(qū)域；豎向設(shè)計時要合理營造地形來引導(dǎo)地表徑流；種植設(shè)計時要在滿足景觀要求的同時，考慮土壤的改良和相配的植物；結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)考慮土體堆筑的材料的性能和密實(shí)度等等。只有將雨水管理的目標(biāo)滲透到各專業(yè)各階段，才能在工程建設(shè)中真正落實(shí)雨水管理。