從景觀設(shè)計角度談城市雨水的生態(tài)利用★

曹 曄 武小鋼 楊秀云

(山西農(nóng)業(yè)大學林學院，山西太谷 030801)

城市雨水的管理可以從“硬質(zhì)工程(hard engineering)”和“軟質(zhì)工程(soft engineering)”兩個方面來處理。傳統(tǒng)的三種硬質(zhì)雨水管理理論包括雨水運輸(stormwater conveyance)、雨水滯留(stormwater detention)和雨水貯存(stormwater retention)，被證明對于復雜的雨水管理在一定程度上是有效的，但對于大雨量的管理是有缺陷的，會帶來新的雨水問題，而且沒有對雨水污染進行處理，沒有模擬自然的水文循環(huán)［1］。隨著人們對環(huán)境的日益關(guān)注，雨水處理的“軟質(zhì)工程”受到很大的關(guān)注，經(jīng)由景觀設(shè)計者分別可以從景觀的豎向設(shè)計、綠地設(shè)計和道路設(shè)計來實現(xiàn)雨水管理的生態(tài)化，更加接近自然的水文循環(huán)。生態(tài)的雨水利用“軟質(zhì)工程”包括雨水的過濾(stormwater filtration)、雨水的滲透(stormwater infiltration)和雨水的生態(tài)處理(stormwater treatment)［1，2］。

1 豎向設(shè)計

1.1 地形總體規(guī)劃

設(shè)計準備階段需要掌握場地的地形、土壤和水文特征，用整體的豎向設(shè)計來引導雨水流向和指導雨水匯集區(qū)的設(shè)計。在雨水流經(jīng)的區(qū)域設(shè)計生態(tài)洼地、雨水花園、滲透溝等一系列生態(tài)處理設(shè)施來截流、過濾、滲透和凈化雨水。在適宜的場地進行長期的計算機模擬，基于詳細的數(shù)據(jù)信息，進行雨水管理的設(shè)計。

如圖1所示，設(shè)計場地東高西低，由17棟住宅房屋圍合成一個內(nèi)向型空間。雨水的傳輸和補給就在這個空間進行，設(shè)計代替了傳統(tǒng)的“管道—水池”(即“pipe-and-pond”模式)處理方法［3］。雨水順著地形被生態(tài)洼地、過濾道、雨水花園、沉積過濾帶、綠色街道過濾、滲透和凈化，最后多余的雨水匯集到西側(cè)建造的濕地中。

圖1 綠色街區(qū)場地的雨水處理分析圖

1.2 階梯式雨水處理設(shè)計

階梯式雨水處理設(shè)施避免了雨水順著陡坡“一瀉而下”的狀態(tài)，延長了雨水在每個臺地中滯留的時間，增加了雨水的滲透量。階梯式設(shè)計既能反映地形特征(減少對原有地形的干擾)，又能處理雨水。在有地形高差時，階梯式設(shè)計是有效的雨水處理手段，如階梯狀種植池(見圖2)，將屋面雨水引入階梯狀種植池，雨水在種植池中被過濾和滲透，多余的雨水從第一個種植池跌落到第二個種植池，雨水得到進一步的凈化和吸收。階梯狀設(shè)計迎合街道的坡向，具有藝術(shù)氣息。階梯狀的雨水花園(見圖3)，美國“西雅圖公共事業(yè)自然排水系統(tǒng)”計劃通過縮小道路寬度，在開敞區(qū)沿路邊修建雨水花園或滲透單元來管理雨水［4］。階梯狀的雨水花園互相連接構(gòu)成植物淺溝，設(shè)計通過堰來滯留雨水。每一個滲透單元由河石和本土耐水濕植物構(gòu)成，共同組成了雨水凈化網(wǎng)絡(luò)。

圖2 階梯狀種植池

圖3 階梯狀的雨水花園

1.3 微小流域設(shè)計

微小流域是最有利于小雨量收集的形式，通過放緩雨水徑流，從而提高滲透率。它們可以直線布置或交錯布置。小型洼地常沿著等高線傾斜或垂直于徑流方向(見圖4)。微小流域可以是樹坑，或像綠色街道項目中允許雨水流入用界石圍成的種植島或接近走道和街道的小洼地［5］。

圖4 微小流域原理圖

通過掌握水文特征，對區(qū)域整體進行雨水徑流的豎向設(shè)計。在有地形高差時，可以采用臺地或石堰形式滯留雨水。局部綠地可以采用微小流域設(shè)計。這樣從整體到局部，實現(xiàn)不同區(qū)域?qū)哟蔚挠晁幚怼?/p>

2 道路設(shè)計

城市街道作為雨水徑流最重要的發(fā)生地、匯集地與排放地，雨水污染物的匯集地、中轉(zhuǎn)地與擴散地，挖掘、發(fā)揮街道雨水水量與水質(zhì)管理的功能［6］。而綠色街道(green street)模式將雨水的處理、停車場、人行道和交通道路結(jié)合在一起設(shè)計，起到降低雨水流速、過濾雨水、滲透雨水的功能。

2.1 道路的平面設(shè)計

2.1.1 道路交叉口設(shè)計

在道路的交叉口和道路端點設(shè)計雨水滲透池，通過縮小道路寬度來減緩車速，降低交通事故發(fā)生的頻率。在美國，6 m(20英尺)寬的道路上，平均每年每1 609 m(1英里)發(fā)生0.32個交通事故;而11 m(36英尺)寬的道路上，平均每年每1 609 m(1英里)發(fā)生1.21 個交通事故［7］。

雨水流經(jīng)滲透池速度減緩，同時得到滲透和凈化，這樣大大減輕了市政排水管道的壓力。但是，這樣的滲透設(shè)施要管理大的雨水事件是遠遠不夠的，還需要建立一個相互聯(lián)系的、相互貫通的、區(qū)域性的網(wǎng)絡(luò)滲透凈化系統(tǒng)。

2.1.2 道路側(cè)旁設(shè)計

在道路一側(cè)、兩側(cè)或道路分隔帶中設(shè)計一系列相互聯(lián)系的雨水收集過濾設(shè)施，可以高效地過濾和滲透雨水，避免了單一雨水收集過濾設(shè)施功能的不足。沿街道一側(cè)設(shè)計了4個連續(xù)的雨水收集池，每個收集池長5.4 m，寬1.5 m。在雨季，來自740 m2的雨水徑流順著2%的坡度和路牙石缺口流到第一個雨水收集池(在每一收集池中密植了耐干旱耐水濕的平展燈芯草(juncus patens)和多花藍果樹(nyssa sylvatica))，收集池能夠容納的水深為6 cm，水滲透到土壤的速度是10 cm/h［8］。如果雨量較大，水將從路牙石缺口流出，流回到街道上，沿著坡度流入第二個雨水收集池，以此進行雨水的過濾和滲透。多余的雨水被排進市政管道。

2.2 道路的豎向設(shè)計

通過豎向設(shè)計將非滲水區(qū)的雨水引入滲水區(qū)，雨水在滲水區(qū)通過植物、河石、土壤的過濾和凈化處理。同時，道路的坡度為雨水傳輸制造可能性，雨水可以被引入洼地、濕地、儲水設(shè)施或市政排水系統(tǒng)。

在道路側(cè)邊和道路分隔帶設(shè)計生態(tài)洼地或水池能很好的處理雨水(見圖5)，形成以道路為骨架的雨水處理系統(tǒng)。雨水從道路流向路邊洼地，在植物滯留和凈化作用下，慢慢入滲。高出邊緣的集水區(qū)可以為滯留的雨水提供更長的入滲時間，只有匯水深度達到一定高度，雨水才能進入集水區(qū)。多余的雨水排至市政排水系統(tǒng)或地下貯水系統(tǒng)。

圖5 道路剖面

2.3 道路的鋪裝材質(zhì)

在不影響道路實用性、耐久性的前提下，盡量使用透水鋪裝。透水鋪裝即將滲透良好、孔隙率較高的材料應用于道路的面層、基層甚至土基。常見的透水鋪裝有嵌草鋪地、植草磚、透水磚、透水瀝青等。

在道路的設(shè)計中，充分運用生態(tài)手段實現(xiàn)雨水的滯留、過濾和滲透。雨水處理設(shè)施(如路牙石擴展池、樹池、路旁洼地)應作為一個系統(tǒng)，相互關(guān)聯(lián)，形成以道路為骨架的雨水處理系統(tǒng)。

3 綠地設(shè)計

綠地能夠減緩雨水徑流、降低城市的熱島效應，另外綠地還可以吸引鳥類和昆蟲類生物，增加城市生物多樣性。在不透水硬質(zhì)景觀旁(道路旁或建筑旁)設(shè)置滲透性綠地，能快速處理雨水;在集中匯水區(qū)設(shè)計人工濕地，通過土壤、植物及植物根來涵養(yǎng)和凈化雨水。

3.1 增加綠地面積

植物可以截留雨水、減緩徑流、提高雨水的就地入滲量。同時，植物的根系有助于保持土壤孔隙的張開狀態(tài)，易于雨水滲透。再者，深根植物可以降低地下水位，增加土壤的滲透能力。因此，適宜地增加綠地面積，豐富綠地層次(喬灌草搭配)，能夠很好地處理雨水。

美國“西雅圖公共事業(yè)自然排水系統(tǒng)”計劃的Sea道路設(shè)計改建工程。設(shè)計后，道路的不透水面積縮小了11%。在道路變窄產(chǎn)生的敞開式區(qū)域種植植物(增加了100多株常綠植物和1 100多株灌木)和覆蓋高透水性的土壤。沒有設(shè)計路牙石(flat curbs)，道路中的雨水可以很快流入雨水花園。三年監(jiān)測結(jié)果表明，在多雨季節(jié)雨水徑流可減少98%，在干旱季節(jié)雨水徑流可減少 100%［9］。

3.2 道路綠地設(shè)計

道路綠地設(shè)計主要指在道路側(cè)邊設(shè)計雨水滲透洼地，滲透洼地可以將雨水就地入滲或作為雨水的傳輸介質(zhì)。洼地中可種植耐水濕的植物，也可堆置河石(見圖6)，必要的時候設(shè)計石堰來攔截雨水。

圖6 河石傳輸帶

圖7 綠色植物攔截屋面和人行道上的徑流

3.3 建筑旁綠地設(shè)計

建筑旁的綠地主要用來收集、過濾屋頂和街道中的雨水(見圖7)?？紤]到雨水處理設(shè)施引起的土壤收縮和膨脹對建筑的基礎(chǔ)不利，建筑旁的雨水處理設(shè)施應該謹慎考慮。一般靠近建筑旁的綠地主要功能是過濾雨水，而作為滲透功能的綠地要遠離建筑3 m以上(10 ft)［7］。離建筑5 m之內(nèi)不能種植大喬木，但可以種植小喬木和灌木。

3.4 綠地空間設(shè)計

3.4.1 微地形景觀

綠地應結(jié)合原有地形地貌做微地形處理，這樣可以延長雨水的滯留時間，增加雨水的滲透量。在洼地設(shè)計雨水花園，生物滯留池，植物過濾帶等一系列雨水處理設(shè)施來凈化和滲透雨水。而且，微地形的變化，可以增加人們的不同的空間體驗。

3.4.2 人工濕地

人工濕地系統(tǒng)是一個完整的生態(tài)系統(tǒng)，它形成了良好的內(nèi)部循環(huán)并具有良好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。具有投資低、出水水質(zhì)好、抗沖擊力強、增加綠地面積、改善和美化生態(tài)環(huán)境、視覺景觀優(yōu)異、操作簡單、維護和運行費用低廉等優(yōu)點。屋面雨水、道路雨水和綠地雨水被排放到濕地中，經(jīng)過沉淀、過濾、處理后，雨水得到凈化，在綠地需要灌溉季節(jié)，可以直接從濕地取水。

澳大利亞珀斯碼頭街人工濕地設(shè)計由不同的凈化區(qū)構(gòu)成，每個凈化區(qū)都承擔著不同的雨洪處理功能，而組合在一起形成豐富的生境空間，包括永久性開放水域和植被覆蓋地帶［2］。設(shè)計運用了適宜改善水質(zhì)和恢復場地多樣性的植物品種，多樣的植物種類和生長形式為動物提供了棲息環(huán)境。

4 結(jié)語

雨水處理正面臨著系統(tǒng)化，區(qū)域化，普遍化的變革，而景觀設(shè)計將是變革的一種“軟”途徑(soft engineering)。城市雨水景觀設(shè)計可以從地形處理、道路設(shè)計、綠地種植三方面出發(fā)，“你中有我，我中有你”共同完成雨水的收集、運輸、凈化過程。景觀設(shè)計需要結(jié)合水文學的基本原理，充分考慮城市當?shù)氐淖匀粴夂蚝蜕鷳B(tài)循環(huán)利用，尋找適于我國的城市雨水管理措施。

［1］Stuart Echols.Split-flow theory:Stormwater design to emulate natural landscapes［J］.Landscape and Urban Planning，2008(85):205-214.

［2］北京大學景觀設(shè)計學研究院.景觀設(shè)計學［M］.北京:北京林業(yè)出版社，2011:41，103-107.

［3］國際新景觀.區(qū)域規(guī)劃＆城市設(shè)計·美國［M］.武漢:華中科技大學出版社，2010:142-151.

［4］Stuart P.Echols.artful rainwater design［EB/OL］.http://www.artfulrainwaterdesign.net.

［5］希瑟·金凱德—萊瓦里奧.雨水設(shè)計——雨水收集·貯存·中水回用［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012:53-54，61.

［6］張善峰，王劍云.讓自然做功——融合“雨水管理”的綠色街道景觀設(shè)計［J］.生態(tài)經(jīng)濟，2011(11):182-189.

［7］University of Arkansas Community De.Low Impact Development:A Design Manual for Urban Areas［M］.University of Arkansas Community Design Center，2010.

［8］洪 泉，唐慧超.從美國風景園林師協(xié)會獲獎項目看雨水花園在多種場地類型中的應用［J］.風景園林，2012(1):109-112.

［9］http://www2.seattle.gov/util/tours/seastreet/slide4.htm.