基于LID的居住區(qū)景觀雨水系統(tǒng)構(gòu)建策略

蔡家珍，黃 靜，唐淑玲，江曉佟

(漳州職業(yè)技術(shù)學院 食品工程學院，福建 漳州 363000)

居住區(qū)環(huán)境是人為對場地開發(fā)后形成的人工環(huán)境，嚴重改變了開發(fā)前場地下墊面的組成，從而很大程度上影響了雨水自然循環(huán)過程。傳統(tǒng)的小區(qū)雨水處理采用“快速排除”和“末端集中”控制的模式，這種雨水輸送方式容易導致積水嚴重，水污染加劇，水資源浪費等問題。另一方面，居住區(qū)的生活用水、綠化澆灌、景觀用水、消防等又消耗大量的自來水資源，因此應(yīng)用低影響開發(fā)理念（LID）構(gòu)建居住區(qū)景觀雨水系統(tǒng)具有現(xiàn)實的迫切性和必要性[1]。居住區(qū)景觀雨水系統(tǒng)的構(gòu)建是要結(jié)合居住區(qū)各種綠地景觀元素，合理布局雨水花園、植被淺溝、下凹綠地、綠色屋頂、滲透鋪裝等景觀雨水設(shè)施，在場地尺度內(nèi)實現(xiàn)從源頭、中途和末端營造多功能景觀、實現(xiàn)削減徑流量和峰值流量、發(fā)揮生態(tài)效益等多重目標[2]。

1 基于LID的景觀設(shè)計理念

低影響開發(fā)（Low Impact Development，LID ）是指通過多種分散、小規(guī)模、低成本的源頭控制措施進行產(chǎn)流控制，盡可能維持場地開發(fā)前的水文特征[3-5]。這種雨水調(diào)蓄方式是依賴于對暴雨的源頭控制，提倡布設(shè)一定景觀雨水設(shè)施，引導雨水進入洼蓄地，利用洼蓄下凹空間和土壤下滲功能將雨水就地處理。大量的模型模擬研究和設(shè)施成效現(xiàn)場監(jiān)測都表明，LID能有效起到削峰減排，減少水污染，凈化雨水徑流等作用，并且因雨水下滲速率往往低于降雨速率，使得這種方法對暴雨第一階段產(chǎn)生的徑流及小型降雨事件攔截效果更顯著[6]?；贚ID的景觀設(shè)計理念下，居住區(qū)景觀環(huán)境設(shè)計應(yīng)遵循 “低影響開發(fā)”、“塑造多功能場地”、“模擬自然水文循環(huán)”的原則進行，在景觀設(shè)計初期，盡可能尊重居住區(qū)原有水系駁岸，并通過改變場地豎向，優(yōu)化場地雨水截留空間，賦予場地多重功能，實現(xiàn)景觀效果的附加功能，同時，針對居住區(qū)開發(fā)強度大的特點，應(yīng)充分利用景觀設(shè)計手法模擬自然水文過程，將場地各個水文環(huán)節(jié)景觀化，從而對居住區(qū)雨水實現(xiàn)源頭、中途、終端三個環(huán)節(jié)的設(shè)計和管控。

2 基于LID的居住區(qū)景觀雨水系統(tǒng)構(gòu)建目標

居住區(qū)環(huán)境開發(fā)強度大，住宅建筑工程建設(shè)中基坑降排水措施，疏干淺層地下水導致原先場地地下水空間的缺失，擾亂場地原先的自然水文循環(huán)。場地平整及地形塑造的客土過程和整體綠化更新，道路、廣場等硬質(zhì)場地及景觀水體的增加，改變原有場地的土壤性狀、植物群落和下墊面組成。新建居住區(qū)的地下空間通常被高度利用，高層住宅建筑及地下車庫是目前居住區(qū)的主流形態(tài)，這種土地的集約化利用使得組團綠地面積擴大，但綠地與土壤基底存在嚴重的割裂現(xiàn)象，使得雨水不能自由下滲[7]。另一方面，居住區(qū)人口密度高，對生活用水需求量大，而居住區(qū)雨水水質(zhì)較好，利用價值高。因此，城市居住區(qū)景觀環(huán)境是人工作用下的再創(chuàng)造，雨水利用景觀建設(shè)與住戶生活密切相關(guān)，這一特點決定居住區(qū)景觀雨水系統(tǒng)構(gòu)建的特殊性和多元目標。

居住區(qū)景觀雨水系統(tǒng)的構(gòu)建應(yīng)從雨水徑流產(chǎn)生、傳輸、儲存過程，以最大限度削減居住區(qū)向外排放地表徑流為原則，充分利用各種景觀雨水設(shè)施，實現(xiàn)場地徑流量、峰值流量、徑流歷時、水質(zhì)的雨洪控制目標。應(yīng)綜合考慮雨水過程、場地特征、成本投入等多方面因素，將景觀綠地與雨水設(shè)施從技術(shù)層面加以融合，從而實現(xiàn)居住區(qū)景觀雨水系統(tǒng)構(gòu)建的多元目標（圖1）[8]。

圖1 居住區(qū)景觀雨水系統(tǒng)構(gòu)建目標Figure 1 Construction goals of landscape rainwater system in residential areas

3 場地尺度的居住區(qū)景觀雨水系統(tǒng)構(gòu)建策略

景觀雨水系統(tǒng)通常應(yīng)用于源頭、場地、區(qū)域/流域三種尺度[9]，推動景觀雨水系統(tǒng)在居住區(qū)的應(yīng)用實踐，主要是通過在雨水產(chǎn)生的源頭布設(shè)景觀雨水設(shè)施從而探索場地尺度意義下的景觀雨水系統(tǒng)構(gòu)建，場地是居住區(qū)各類景觀雨水設(shè)施實施并產(chǎn)生一定綜合效益的應(yīng)用尺度，是衡量景觀雨水系統(tǒng)構(gòu)建成效的基礎(chǔ)。根據(jù)下墊面的不同，居住區(qū)通常由建筑屋面，中庭廣場、道路和停車場等硬質(zhì)鋪裝，建筑組團綠地、集中綠地三類場地構(gòu)成[10]。依據(jù)各類場地的地形標高和分區(qū)，合理布點串聯(lián)各類景觀雨水設(shè)施，通過景觀設(shè)計的手法使得場地特色與景觀雨水系統(tǒng)高度融合。

3.1 屋面雨水處理

LID設(shè)計理念下，應(yīng)以系統(tǒng)化的思路來解決屋面雨水處理問題。從基質(zhì)材料、植物種類到相關(guān)配套的地下調(diào)蓄設(shè)施，從屋頂景觀生境營造到建筑立面及地面雨水花園藝術(shù)造型，形成一套注重源頭到末端的綜合有效屋面雨水處理方案（圖2）。

3.1.1 綠色屋頂

居住區(qū)住宅建筑比重大，場地雨水徑流主要來自建筑屋面和道路雨水，要減少屋面雨水徑流可通過在建筑屋面、露臺種植植物，吸收和過濾雨水，起到源頭削減雨水的作用，這樣能使小區(qū)的綠化面積最大化，并有效減少地表徑流。綠色屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)主要是植被層、土壤介質(zhì)層、過濾排水層、結(jié)構(gòu)層等，確保建筑屋頂不漏水及減輕屋面荷載是布局設(shè)計的關(guān)鍵[11]。通常在屋面結(jié)構(gòu)層與種植區(qū)間考慮再增加一道防水措施，同時選用孔隙率高密度小的人工輕質(zhì)土壤介質(zhì)。根據(jù)建筑屋頂結(jié)構(gòu)與種植介質(zhì)的不同，綠色屋頂有簡單式和花園式。簡單式的綠色屋頂建筑荷載最小為100 kg/m2，利用低矮的植被、草坪、灌木進行營造。花園式的綠色屋頂建筑靜荷載至少為250 kg/m2，并種植小喬木，配置景觀設(shè)施，供人游賞，能發(fā)揮更大的生態(tài)效益。

無論哪種綠色屋頂，在植物種類都應(yīng)選擇根系淺、須根發(fā)達、耐移植、耐修剪、管理粗放、生長緩慢、抗風、耐旱耐夏季高溫等特點。而土壤介質(zhì)也應(yīng)以輕質(zhì)壤土為主，這樣能降低綠色屋頂厚度和荷載，減少建筑經(jīng)濟成本，同時應(yīng)將綠色屋頂?shù)挠晁占降叵聝λO(shè)施，經(jīng)凈化處理后可作為居住區(qū)居民生活用水，體現(xiàn)低影響開發(fā)的內(nèi)涵。

3.1.2 高位花壇

屋面雨水的處理除了采用綠色屋頂外，更需要營造一套綜合有效的屋面蓄水系統(tǒng)，包括屋頂雨水收集、輸水、凈化過濾系統(tǒng)。落水管是居住區(qū)屋面蓄水系統(tǒng)中的輸水設(shè)施，在景觀營造上具有多樣性和美觀性的要求，能起到豐富建筑立面的景觀效果。高位花壇是與建筑落水管直接相連，截取來自屋面雨水的地面種植池，臺層式的高位花壇種植池不僅能緩和雨水徑流、凈化水質(zhì)，也能在建筑附近營造戶外植物群落空間，豐富居住區(qū)建筑立面景觀效果，為居住區(qū)景觀空間組織提供靈感。

3.1.3 雨水花園

雨水花園是利用地形人工挖掘或自然形成的淺凹綠地，用于匯集屋面和地面的雨水，同時雨水花園具有管理簡單粗放，自然美觀、形式靈活、易于場地環(huán)境結(jié)合的特點，在豎向上低于周邊匯水面，對中小降雨的蓄滲效果顯著。它主要利用土壤和植物根部的吸附作用，凈化水質(zhì)，同時通過下凹空間滯留雨水，減少徑流量。建造在建筑住宅旁，不僅能起到收集雨水，削減徑流量，同時能凈化雨水，保證雨水的二次利用。

圖2 住宅建筑雨水處理示意圖Figure 2 Schematic diagram of rainwater treatment in residential buildings

3.2 中庭廣場、道路和停車場雨水處理

3.2.1 排水設(shè)計

道路廣場是居住區(qū)主要的硬質(zhì)場地，排水設(shè)計是重要的設(shè)計環(huán)節(jié)，低影響開發(fā)理念下的道路廣場排水設(shè)計是降低道路廣場兩側(cè)的綠地標高，降雨時，道路廣場的雨水徑流進入綠地并滲入土壤，當水量超過景觀雨水設(shè)施的蓄滲能力極限時，多余的雨水將通過溢流口排入市政管網(wǎng)，從而到達削減地面徑流量、延長徑流路徑的目的[12]。

3.2.2 材料設(shè)計

居住區(qū)的道路廣場通常采用花崗巖等硬質(zhì)鋪裝，雖然方便了人們活動，但切斷了雨水自然下滲的路徑，破壞了土壤生物的生存空間，因此，道路廣場應(yīng)多采用滲透路面，其設(shè)計的目的是減少路面積水和促進雨水集蓄、下滲。它的蓄水層由均勻的碎石構(gòu)成，表面由各種多孔結(jié)構(gòu)材料鋪設(shè)，如水泥孔磚、多孔混凝土、多孔瀝青等。居住區(qū)中的道路、停車場和中庭廣場是大面積硬質(zhì)場地，雨水匯流速度快，在車位之間設(shè)置生物滯留帶，能促進雨水入滲，居住區(qū)內(nèi)的慢行交通系統(tǒng)可全部采用透水鋪裝，設(shè)計中通過材料組合、鋪設(shè)方式變化、色彩搭配營造多樣的景觀藝術(shù)場景（圖3）。

圖3 透水材料的應(yīng)用Figure 3 Application of permeablematerial

3.3 建筑組團綠地、集中綠地雨水處理

綠地在居住區(qū)中所占比重大，利用綠地景觀結(jié)合雨水設(shè)施處理雨水徑流是低影響開發(fā)理念重要內(nèi)容，將住宅建筑、道路廣場周邊的綠地標高降低，通過高低起伏的地形，形成多處下凹洼地，用于儲存雨水。雨水花園和下凹綠地被廣泛應(yīng)用在居住區(qū)分散的景觀綠化節(jié)點中，它通過植物及有助于雨水凈化的過濾介質(zhì)來調(diào)控雨水徑流。

植草溝是開闊的景觀性地表明渠排水系統(tǒng)，沿居住區(qū)道路布設(shè)。作為一種線型低洼地，將毗鄰場地的雨水引導和傳輸至其他景觀雨水設(shè)施，是一種經(jīng)濟的代替?zhèn)鹘y(tǒng)雨水管道的輸送徑流設(shè)施[13]。造價低、布設(shè)靈活是其特點。為了提升景觀效果，可將植草溝設(shè)計為旱溪景觀，一般溪底采用卵石鋪設(shè)，溪中種植植物，間以巖石點綴，雨天能匯集雨水成溪，溪中卵石與植物搭配，能起到減緩雨水徑流速度，減少雨水對溪內(nèi)土壤的沖刷，延長徑流傳輸路徑的作用（圖4）。

圖4 旱溪景觀Figure 4 Dry river landscape

3.4 景觀雨水設(shè)施規(guī)模與用地比例

確定景觀雨水設(shè)施規(guī)模和面積比例是構(gòu)建居住區(qū)景觀雨水系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。實踐中，景觀雨水設(shè)施規(guī)模和面積比例的設(shè)計往往具有區(qū)域性，應(yīng)根據(jù)當?shù)氐慕涤陾l件、土壤特性和現(xiàn)狀條件設(shè)計設(shè)施的蓄水深度、介質(zhì)層厚度和材料、邊坡坡度、礫石排水層的厚度等，而雨水徑流處理效果和經(jīng)濟性是景觀雨水系統(tǒng)面積比例設(shè)置的依據(jù)。目前，確定景觀雨水設(shè)施規(guī)模和面積比例常用的計算方法有推理公式法、設(shè)計降雨徑流量法，提倡采用SWMM模型模擬的方法對設(shè)施規(guī)模及面積比例進行設(shè)計和校核[14]。

3.5 植物選擇策略

植物是影響景觀雨水設(shè)施功能的關(guān)鍵因素之一。居住區(qū)景觀雨水設(shè)施中的植物應(yīng)優(yōu)先選擇鄉(xiāng)土樹種確保植物正常生長。綠色屋頂注重選擇抗風性強耐旱又能耐短期水淹的小喬木、灌木和地被。高位花壇應(yīng)根據(jù)臺層的蓄水能力種植不同的植物，上層多配置灌木，下層種植季節(jié)性宿根花卉或觀賞草，以應(yīng)對季節(jié)性降雨。雨水花園在植物的設(shè)計上應(yīng)隨意而自然，根據(jù)不同水淹程度劃分為蓄水區(qū)、緩沖區(qū)和邊緣區(qū)[15]，蓄水區(qū)應(yīng)選擇耐淹喜水濕的植物，緩沖區(qū)對植物的抗沖刷性要求較高，而邊緣區(qū)無蓄水功能，應(yīng)選擇較耐旱的植物。

4 LID設(shè)計理念下的居住區(qū)景觀雨水系統(tǒng)構(gòu)建案例

4.1 背景介紹

漳州市某小區(qū)靠近郊區(qū)主干道，主要由高層住宅建筑、道路廣場和綠地組成，總面積為1.22 hm2，不透水面積為 0.65 hm2（屋面為 0.250 hm2，路面為 0.398 hm2），占總面積53.1%，綠地率為46.9%，面臨排水壓力大，耗水量大等問題。為了實現(xiàn)防洪排澇、美化環(huán)境、節(jié)水利用等目標，該小區(qū)以“源頭控制”為關(guān)鍵技術(shù)手段的雨洪控制方案，主要采用綠色屋頂、植草溝、生物滯留、透水鋪裝等景觀雨水設(shè)施，實現(xiàn)場地雨水的收集利用(圖5、表1)。

圖5 小區(qū)景觀雨水設(shè)施布局與徑流路徑Figure 5 Layoutof landscape rainwater facility and runoff path in residential areas

表1 小區(qū)景觀雨水設(shè)施規(guī)模及用地比例Table 1 Scale of rainwater facilities and proportion of land use in residential areas

4.2 效益分析

小區(qū)雨水回用主要是綠化澆灌、道路澆灑。小區(qū)綠地面積為0.574 hm2，根據(jù)《草坪節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)定》（DB11/T349-2006）結(jié)合當?shù)貪补鄬嶋H，按每平米每日用水2 L，平均養(yǎng)護時間間隔5天計算，則一年需水838.01m3，小區(qū)道路面積為 0.398 hm2，根據(jù)《建筑給排水設(shè)計規(guī)范》結(jié)合實際人工作業(yè)情況，按每次每平米用水0.5 L，三天沖洗一次計算，則一年需水約242.63m3。通過構(gòu)建LID景觀雨水系統(tǒng)后，該項目獲得了經(jīng)濟、環(huán)境等多方面效益。小區(qū)綠色屋頂面積為931.3m2，植草溝面積為616.3m2，生物滯留面積為1 432.1 m2，按各種景觀雨水設(shè)施的規(guī)模大小及漳州市年均降雨量1 612mm計算，年均利用雨水進行綠化澆灌和道路澆灑節(jié)約用水約549.7m3。同時，雨水經(jīng)過生物滯留截污凈化，有效減少了面源污染，利用植被淺溝等景觀雨水設(shè)施代替部分雨水管道，節(jié)省了管道投資。

表2 小區(qū)綠化澆灌、道路沖洗用水量Table 2 Greeningwater and road irrigation water consumption in residential area

5 結(jié)論

居住區(qū)景觀雨水系統(tǒng)的構(gòu)建，并不是一個全新的體系介入，更需要思考的是各種場地尺度下的景觀雨水設(shè)施如何嫁接在居住區(qū)各類綠地設(shè)計中，如停車場設(shè)計、中庭景觀營造、建筑組團綠化等。綜合考慮經(jīng)濟效益和徑流處理效果，合理設(shè)計景觀雨水設(shè)施的規(guī)模和在居住區(qū)中的用地比例，發(fā)揮景觀雨水系統(tǒng)的雨水徑流管理功能?？傮w上，居住區(qū)景觀雨水系統(tǒng)相關(guān)方面的研究和工程實踐處于起步階段，相關(guān)技術(shù)規(guī)范也有待完善，需要多部門多專業(yè)的配合，以切實推動水文友好的宜居環(huán)境建設(shè)。

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．海綿城市建設(shè)技術(shù)指南[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2014．

[2]劉麗君,王思思,張質(zhì)明,等.多尺度城市綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃實現(xiàn)途徑探討[J].風景園林,2017（1）：123-128.

[3]MICHAEL E，DITEZ C.Low Impact Development Practices：A review of current research and recommendations for future directions[J].Water Air Soil Pollution，2007(186)：351-363.

[4]JAMES M B，DYMOND R L.Bioretention hydrologic performance in an urban storm water network[J].Journal of Hydrologic Engineering，2011，17(3)：431-436.

[5]FRANKLIN J C.Improving urban watershed health through suburban infilldesign and development[D].Virginia：VT，2011.

[6]李春林,劉淼,胡遠滿,等.基于暴雨徑流管理模型(SWMM)的海綿城市低影響開發(fā)措施控制效果模擬[J].應(yīng)用生態(tài)學報,2017,28(8):2405-2411.

[7]吳淑君,李欣昀,李曉英,等.城市小區(qū)景觀雨水利用研究:杭州一典型性居民區(qū)為例[J].給水排水，2016(42)：237-241．

[8]吳文洪,王思思,李俊奇,等.寧波市海綿城市實施方案中的若干關(guān)鍵技術(shù)問題分析[J].中國給水排水,2017,33(6):1-6.

[9]王思思,蘇義敬,車伍,等.景觀雨水系統(tǒng)修復(fù)城市水文循環(huán)的技術(shù)與案例[J].中國園林,2014（1）：18-22．

[10]范文婷.居住區(qū)景觀設(shè)計中雨水利用探討[D].北京：北京林業(yè)大學,2013.

[11]陳小平,黃佩,周志翔,等.綠色屋頂徑流調(diào)控研究進展[J].應(yīng)用生態(tài)學報,2015,26(8):2582-2589.

[12]蔡家珍,李招蓮,黃寶華,等.景觀雨水設(shè)施對城市道路徑流削減效果評價[J].南昌工程學院學報,2017,36(3):37-40.

[13]黃俊杰,沈慶然,李田.植草溝控制道路徑流污染效果的現(xiàn)場實驗研究[J].環(huán)境科學,2015,36(6):2110-2113.

[14]陳虹,李家科,李亞嬌.暴雨洪水管理模型SWMM的研究及應(yīng)用進展[J].西北農(nóng)林大學學報（自然科學版）,2015,43(12):225-234.

[15]王佳,王思思,車伍.低影響開發(fā)與綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施的植物選擇與設(shè)計[J].中國給水排水,2012,28(21):45-50.