東北地區(qū)雨水花園植物設(shè)計(jì)研究

葉 程，張 鑫，陸 海

（1.吉林建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118；2.長(zhǎng)春科技學(xué)院 建筑工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130022）

隨著城市非滲透鋪裝路面面積的逐漸增加以及大氣污染的愈發(fā)嚴(yán)重，大中型城市的面源污染情況日益惡劣，有些城市甚至一到夏季暴雨時(shí)段便洪澇災(zāi)害頻發(fā)。這不僅造成了城市雨水資源的浪費(fèi)，也給城市造成了經(jīng)濟(jì)上的巨大損失。

雨水資源利用是一個(gè)綜合考慮城市防洪、雨水徑流污染控制以及生態(tài)環(huán)境改善等要求的雨水保護(hù)和利用的過(guò)程。在諸多雨水利用的手段中，雨水花園是目前較為普遍的技術(shù)措施。利用雨水花園，可通過(guò)植物的蓄水含水功能來(lái)實(shí)現(xiàn)徑流水量的控制，也可通過(guò)植物、微生物以及土壤的綜合作用去除徑流中的污染物，實(shí)現(xiàn)徑流水質(zhì)的控制。鑒于雨水花園在雨水資源利用中的重要作用，現(xiàn)在許多新城建設(shè)項(xiàng)目中雨水花園設(shè)計(jì)出現(xiàn)的頻率也越來(lái)越高。雨水花園在國(guó)外已經(jīng)得到了很好的實(shí)踐，如愛(ài)丁堡的雨水花園、美國(guó)的54廣場(chǎng)和賓夕法尼亞的雨水花園等。雨水花園在我國(guó)也正在逐漸被設(shè)計(jì)者所采用。

1 雨水花園主要功能以及植物的功能

根據(jù)不同地區(qū)的雨水特征以及雨水的不同用途與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，雨水花園所起到的主要功能也不同。在面源污染嚴(yán)重的地區(qū)，其主要功能為控制徑流水質(zhì)，減小污染；在暴雨洪澇災(zāi)害嚴(yán)重的地區(qū)，其主要功能為削減雨水徑流量。雨水花園中的植物功能主要包括污染物吸收與凈化、雨水滯留與滲透、生態(tài)功能及環(huán)境美化功能等。

1.1 雨水花園主要功能

雨水花園的主要功能包括以下四點(diǎn)：一是通過(guò)填料的物理過(guò)濾、化學(xué)吸附、生物作用和植物的吸收來(lái)控制徑流水質(zhì)，減少污染；二是通過(guò)雨水花園的下滲和蒸發(fā)作用削減雨水徑流量和峰值流量；三是增加地下水補(bǔ)給，減少城市化對(duì)原有水文條件的影響；四是改善景觀生態(tài)質(zhì)量[1]。

1.2 雨水花園中植物的功能

植物在雨水花園中的功能多種多樣，主要包括：污染物吸收與凈化、雨水滯留與滲透、生態(tài)功能及環(huán)境美化功能等[2]。

植物對(duì)于污染物的吸收與凈化功能主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是利用植物根莖對(duì)懸浮污染物、重金屬等物質(zhì)的攔截與吸附作用；二是植物利用光合作用吸收雨水中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；三是植物在呼吸作用下在根系周?chē)纬纱┎宓挠醒鯀^(qū)與無(wú)氧區(qū)，使好氧與厭氧微生物發(fā)揮作用，降解污染物。

植物對(duì)于雨水的滯留與滲透起到至關(guān)重要的作用。植物可以通過(guò)根莖葉的作用來(lái)滯留雨水，并且通過(guò)根莖吸收雨水然后經(jīng)過(guò)蒸騰作用將吸收的雨水釋放。植物根莖在地下的生長(zhǎng)可以增強(qiáng)土壤的滲透能力，從而增加雨水在土壤中的滲透量，減緩非滲透鋪裝路面所帶來(lái)的積水問(wèn)題。

在生態(tài)功能及環(huán)境美化功能方面，快速城市化導(dǎo)致城市內(nèi)部的生態(tài)環(huán)境日益惡劣，例如，熱島效應(yīng)、霧霾與生物種類(lèi)銳減等生態(tài)問(wèn)題層出不窮。雨水花園中的植物可以通過(guò)光合作用吸收空氣中的污染物以緩解霧霾問(wèn)題，通過(guò)蒸騰作用增加空氣濕度來(lái)緩解熱島效應(yīng)與高溫天氣。同時(shí)，雨水花園中的植物也為其他生物提供棲息地。

雨水花園中植物可以吸收與凈化雨水中的污染物，通過(guò)雨水滯留與滲透減小地表徑流量，增強(qiáng)城市生態(tài)功能。而合理地對(duì)雨水花園中的植物進(jìn)行選擇與布置是優(yōu)化雨水花園設(shè)計(jì)，強(qiáng)化雨水花園功能的一種有效方式。

2 東北地區(qū)雨水花園植物設(shè)計(jì)分析

東北地區(qū)地處高緯度地帶，春秋季時(shí)長(zhǎng)較短。夏季溫暖濕潤(rùn)且短，降水量大且降水時(shí)段集中，容易在強(qiáng)降雨條件下造成洪澇災(zāi)害，雨水花園中植物的根系易因長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中而死亡。冬季寒冷干燥且長(zhǎng)，氣溫極低，冰雪不易消融，降水方式以降雪為主，植物易因低溫而死亡。然而，東北地區(qū)的自然土壤以黑土為主，土壤肥沃，易于栽培植物。

在雨水花園設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意結(jié)合該地區(qū)的雨水特征以及雨水利用途徑，依據(jù)其突出點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)，還應(yīng)將雨水花園的其他功能有機(jī)地結(jié)合考慮。因此，正確選擇植物并進(jìn)行合理的植物布置，將為東北地區(qū)雨水花園各項(xiàng)功能的正常實(shí)現(xiàn)提供基本保障。

2.1 東北地區(qū)植物選擇原則

基于東北地區(qū)獨(dú)特的氣候與土壤條件，同時(shí)考慮其植物污染物去除、景觀優(yōu)化以及植物生長(zhǎng)繁殖等綜合因素，雨水花園植物的選擇應(yīng)符合以下原則。

2.1.1 選用耐旱、耐澇、抗寒的植物

東北地區(qū)年降雨量自東南向西北遞減，在600～1 000 mm，水量分布不均。夏季，東北地區(qū)降雨集中且降雨量大，因此可能會(huì)有干旱與洪澇自然情況交替進(jìn)行。冬季，東北地區(qū)氣候嚴(yán)寒，植物在低溫與嚴(yán)寒天氣的雙重影響下容易死亡。因此，為了保證東北地區(qū)雨水花園的功能與降低后期的維護(hù)成本，應(yīng)優(yōu)先選用耐旱、耐澇、抗寒的植物。

2.1.2 當(dāng)?shù)刂参飪?yōu)先考慮，適當(dāng)輔以外來(lái)品種

東北地區(qū)本土植物在當(dāng)?shù)氐某苫盥矢撸耶?dāng)?shù)刂参锬苓m應(yīng)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)條件，能與當(dāng)?shù)厣镄纬闪己玫幕ドc共生關(guān)系，因此應(yīng)優(yōu)先考慮選用當(dāng)?shù)刂参?。同時(shí)，可以適當(dāng)引入外來(lái)樹(shù)種，增加生態(tài)多樣性和景觀多樣性[3]。

2.1.3 選取根莖發(fā)達(dá)、處理污染能力強(qiáng)和枝葉較大的植物

雨水花園中的植物通過(guò)根莖吸收雨水中的無(wú)機(jī)污染物與有機(jī)污染物，以降低地表徑流雨水中化學(xué)需氧量（COD）、水中懸浮物（SS），水中含氮量（TN）、含磷量（TP）等指標(biāo)[4]。由此可知，根莖發(fā)達(dá)、枝葉較大的植物一般擁有較強(qiáng)的污染物處理能力。因此，選取根莖發(fā)達(dá)的植物可以有效提高雨水花園單位面積的雨水凈化量，提高凈化后的雨水水質(zhì)。

2.2 雨水花園植物布置

雨水花園由外向內(nèi)植物布置區(qū)域可分為邊緣區(qū)、過(guò)渡區(qū)與蓄水區(qū)。東北地區(qū)屬于半濕潤(rùn)地區(qū)，春季干旱嚴(yán)重，夏季降雨集中，冬季降雪嚴(yán)寒。依據(jù)這些特點(diǎn)，應(yīng)針對(duì)不同植物布置區(qū)域分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2.1 邊緣區(qū)植物布置

雨水花園邊緣區(qū)的植物蓄水能力較弱，主要起到花園中雨水污染物凈化與景觀美化作用。因此，邊緣區(qū)原則上選取植株較高、枝葉較為繁茂的旱生植物。由于東北地區(qū)冬季嚴(yán)寒，邊緣區(qū)植物須耐寒，以保證冬季時(shí)雨水花園邊緣區(qū)植物不被凍死，保持景觀美化功能。綜上，東北地區(qū)雨水花園邊緣區(qū)可選取銀杏、香椿、水杉和白楊等植物。

2.2.2 過(guò)渡區(qū)植物布置

雨水花園過(guò)渡區(qū)需要設(shè)置一定坡度，以便降落在雨水花園內(nèi)的雨水由邊緣區(qū)向蓄水區(qū)匯流。過(guò)渡區(qū)植物主要起到雨水的滲透與截流作用，因此植物深根系需要發(fā)達(dá)。相關(guān)試驗(yàn)表明，根系較發(fā)達(dá)的植物其雨水截流能力與滲透能力均較強(qiáng)[5-6]。過(guò)渡區(qū)在暴雨時(shí)期也有可能淹水，植物需要有短期耐水淹能力。綜上，過(guò)渡區(qū)植物主要選取濕地植物與耐水濕植物，如濕地松、水松、水杉、河柳、垂柳與旱柳等。

2.2.3 蓄水區(qū)植物布置

雨水花園蓄水區(qū)在暴雨期將雨水收集在花園內(nèi)的匯流區(qū)域，在干旱期將收集的雨水以蒸發(fā)形式向空氣中揮發(fā)，另外蓄水區(qū)還可以起到極好的景觀美化作用。但是，若植物選擇不當(dāng)，冬季絕大多數(shù)水生植物都會(huì)死亡，喪失植物效應(yīng)，雨水花園的水質(zhì)凈化和景觀效果會(huì)受到影響。因此，蓄水區(qū)植物需要選取有較好耐寒性與觀賞性的水生植物，如美人蕉、菖蒲、風(fēng)車(chē)草、燈心草、香蒲與蘆葦?shù)取?/p>

3 結(jié)論

作為一種有效的雨水資源利用低影響開(kāi)發(fā)措施，雨水花園能有效地控制面源污染、削減洪峰徑流流量。在城市發(fā)展過(guò)程中，它能夠緩解洪澇作用，減少城市經(jīng)濟(jì)損失。然而，由于東北地區(qū)特殊的自然環(huán)境條件，在進(jìn)行雨水花園植物設(shè)計(jì)時(shí)，需要因地制宜，選擇適宜的植物，合理布置植物。

東北地區(qū)具有降雨時(shí)段集中，降雨量不均勻，夏季多雨溫暖，冬季寒冷降雪，面源污染嚴(yán)重的特征。雨水花園植物需要有較好的耐旱、耐寒、耐澇的性能，并且根莖須發(fā)達(dá)，有較強(qiáng)污染物處理能力。另外，應(yīng)根據(jù)雨水花園邊緣區(qū)、過(guò)渡區(qū)與蓄水區(qū)的作用與不同植物的特性，正確進(jìn)行雨水花園植物布置設(shè)計(jì)。

1 王建軍，李 田.雨水花園設(shè)計(jì)要點(diǎn)及其在上海市的應(yīng)用探討[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2013，36（7）：164-165.

2 王 佳，王思思.雨水花園植物的選擇與設(shè)計(jì)[J].北方園藝，2012，（19）：77-80.

3 張倩倩，王云中.水文條件下的城市雨水花園植物配置研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2016.

4 李家科，李亞嬌.基于SWMM模型的城市雨水花園調(diào)控措施的效果模擬[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2014，33（4）：62-63.

5 唐成雙，羅 紈.雨水花園對(duì)暴雨徑流的削減效果[J].水科學(xué)進(jìn)展，2015，26（6）：788-789.

6 李俊奇，李寶宏.雨水花園蓄滲屋面徑流案例分析[J].中國(guó)給水排水，2010，26（10）：130-131.