基于海綿城市的雅安雨水花園植物材料綜合評價

韓君偉

（西南交通大學(xué) 建筑與設(shè)計學(xué)院，四川 成都 610031）

我國是水資源大國同時也是水資源嚴(yán)重緊缺的國家，如何在城市的有限空間中實現(xiàn)雨水收集利用已經(jīng)成了亟待解決的問題。海綿城市的建立，是從解決城市雨澇問題出發(fā)，完善城市雨水管理體系，涵養(yǎng)地下水資源，形成良性水循環(huán)，最大程度的修復(fù)生態(tài)環(huán)境。作為海綿城市的實體單元——雨水花園，承載著控制雨洪和優(yōu)化生態(tài)、促進水凈化循環(huán)等主要任務(wù)。而如何有效地選擇適宜的植物材料，通過構(gòu)建高效的群落生態(tài)系統(tǒng)達到預(yù)期效益具有重要的理論與現(xiàn)實意義。海綿城市的國際通用術(shù)語為“低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建”，是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用[1-2]。雨水花園是眾多生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施中的一種，集雨水利用及景觀效果于一體，是一種生態(tài)高效的雨水利用措施。雨水花園能夠收集滯留雨水，緩解雨水徑流量，降低城市洪澇災(zāi)害，雨水花園作為LID技術(shù)有效的措施之一，具有削減徑流量、調(diào)峰、延緩徑流速度、雨水凈化的作用，擁有很好的經(jīng)濟、美學(xué)、生態(tài)效益。植物由于其同時具有凈化雨水和景觀提升的功能，所以由植物營造的雨水花園成為生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施中重要的角色。

國外對雨水花園的研究主要集中在水文模擬研究、土壤滲透力研究、污染物滯留能力研究、不同植物應(yīng)用對水文的影響、雨水花園的建造及應(yīng)用研究等方面。國內(nèi)對雨水花園的研究主要集中在雨水花園的起源與發(fā)展研究、國外優(yōu)秀雨水花園案例介紹、雨水花園的營造技術(shù)研究、雨水花園場試驗及模型構(gòu)建等方面[3-5]。由于雨水花園植物地域性較強，國內(nèi)對雨水花園的植物選擇與設(shè)計研究較薄弱，對雨水花園植物選擇多為定性研究，定量化研究更少，采用AHP（層次分析法）法，通過定性指標(biāo)的定量化，對于綜合、科學(xué)化選擇雨水花園植物具有指導(dǎo)意義。蔡妤、董麗應(yīng)用AHP方法，研究北京地區(qū)的雨水花園植物選擇，對北京地區(qū)的雨水花園植物選擇提供大量數(shù)據(jù)支撐。本研究應(yīng)用AHP方法，對雨水花園植物選擇性指標(biāo)進行量化，選擇合適的雨水花園植物，對指導(dǎo)四川盆地乃至川蜀地區(qū)雨水花園的植物營造和設(shè)計具有指導(dǎo)意義，對實現(xiàn)海綿城市建設(shè)具有舉足輕重的作用。

1 研究區(qū)概況

雅安，四川省地級市，原為西康省省會，位于四川盆地西緣、邛崍山東麓，東靠成都、西連甘孜、南界涼山、北接阿壩，距成都僅115 km。素有“川西咽喉”、“西藏門戶”、“民族走廊”之稱。氣候類型為亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年均氣溫在14.1～17.9 ℃間，降雨多，多數(shù)縣年降水1 000～1 800 mm以上，有“雨城”、“天漏”之稱。濕度大，日照少。年均降水量1 800 mm左右，民間有“雅安天漏”的說法，有雨城之稱，是四川降雨量最多的區(qū)域。除高寒山地外，一般冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，春季回暖旱，降水集中于夏季，多夜雨，但大相嶺南北氣候有顯著差異。以雨城區(qū)、漢源城區(qū)為例：前者年均溫16.2 ℃，后者18.0 ℃。前者的一月均溫為6.1 ℃，后者為8.3 ℃。前者的七月均溫為25.4 ℃，后者為26.0 ℃。前者日照1 005 h，后者1 451 h。全市河谷帶無霜期280～310 d，年降水量南北差異顯著。北部多在1 250～1 750 mm之間，南部僅740～760 mm。雨城區(qū)、天全一帶某些年份降水量可多達2 000 mm，為全川多雨中心，故有“雨城”之稱。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

選擇雅安地區(qū)內(nèi)的雨水花園植被進行實地抽樣調(diào)查，選取10 m×10 m的樣方20個，樣地包括北緯30度公園，熊貓綠島公園，姚橋新區(qū)濱江公園，喇叭河森林公園，張家山東城公園等。記錄雨水花園的植物種類、生物學(xué)特性、生態(tài)學(xué)特性、觀賞特性、抗逆性、去污降污能力等。

2.2 層次分析法

層次分析法（簡稱AHP法），是美國運籌學(xué)家匹茲堡大學(xué)教授 A.L.Saaty 于70年代初提出的，旨在建立一種能模擬人的思維邏輯 ，將定性分析與定量分析，將主觀判斷與客觀實際有機結(jié)合起來的 一種決策理論方法，使用AHP法分析，首先要把問題層次化 ，構(gòu)成不同等級的一個多層次結(jié)構(gòu)模型[6]。該法也適用于公園、居住區(qū)及道路綠地等園林植物景觀的評價，主要用于確定綜合評價的權(quán)重系數(shù)[7]。

2.3 準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的確定

為確定雨水花園植物選擇的指標(biāo)體系，課題組邀請了多位長期從事園林植物應(yīng)用的高級工程技術(shù)人員和高校教師進行各指標(biāo)體系的確定。將觀賞特性、生態(tài)特性、環(huán)保特性3項作為評價體系的準(zhǔn)則層，每項再細(xì)分，觀賞特性可再分為綠化美化特性、景觀時序性兩個指標(biāo)層，生態(tài)特性可再分為根系發(fā)達程度、抗旱性 、抗?jié)承浴⒆晕曳敝衬芰?個指標(biāo)層，環(huán)保特性可再分為鄉(xiāng)土植物、去污降污能力、植物對雨水的截流3個標(biāo)準(zhǔn)層（見表1）。

表1 雨水花園植物評價體系的層次結(jié)構(gòu)模型Table 1 Hierarchical structure model of rainwater garden plant evaluation system

2.4 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

采用二元相對比較的1-9標(biāo)度法，判斷各指標(biāo)相對重要性，構(gòu)建雨水花園植物評價體系的判斷矩陣C-A、A1-（D1-D2）、A2-（D3-D6）、A3-（D7-D9）（表2～5），并確定判斷矩陣的一致性。設(shè)λmax是判斷矩陣A的最大特征根，W是其對應(yīng)的特征向量，求解向量的特征根，所得W經(jīng)歸一化后就得到該層元素相對于上一層某一因素的相對權(quán)重。元素的單層排序權(quán)重和該元素對應(yīng)的上一層元素的單層排序的乘積即是該元素的總權(quán)重。

2.5 判斷矩陣的一致性檢驗

為保證結(jié)論的合理性和可靠性，結(jié)合專家問卷調(diào)查結(jié)果，對所構(gòu)建的判斷矩陣進行一致性檢驗。

計算公式如下：

RI是平均隨機一致性指標(biāo)，可查表求得。

當(dāng)CR＜0.1時，認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的。

表2 C-Ai一判斷矩陣及一致性檢驗?Table 2 Judgment matrix and consistency test

表3 A1- Di判斷矩陣及一致性檢驗?Table 3 A2-Di Judgment matrix and consistency test

3 結(jié)果與分析

3.1 評價指標(biāo)選擇結(jié)果與分析

根據(jù)上述研究方法可知，對構(gòu)建雨水花園植物評價體系的判斷矩陣進行一致性檢驗，所有矩陣的CR值均小于0.1，判斷矩陣具有一致性，說明雨水花園的評價體系模型和權(quán)重結(jié)果的確定有有效的，可信的。雅安地區(qū)雨水花園植物選擇與評價指標(biāo)體系與權(quán)重計算結(jié)果如下（表6），從表6可看出準(zhǔn)則層權(quán)重從高到低的排序為生物學(xué)生態(tài)特性（0.718）＞觀賞特性（0.156）＞環(huán)境保護功能（0.127）。這說明雨水花園植物的選擇首先考慮的是生物學(xué)生態(tài)學(xué)特性，兼具生態(tài)學(xué)特性和生物學(xué)特性的雨水花園植物有利于雨水花園的生態(tài)平衡，其次是植物的觀賞特性。在指標(biāo)層中，排名前四的是抗旱性（0.370）、抗?jié)承裕?.214）、綠化美化特性（0.099）、去污降污能力（0.098）。說明抗旱性在四川盆地雨水花園植物的選擇中具有重要作用，因為四川盆地春、秋、冬季干旱少雨，雨水主要集中在夏季；抗?jié)承晕痪拥诙?，因為雨水花園的植物要求有短暫的耐水濕特性。同時雨水花園植物屬于景觀營造的重要組成部分，綠化美化特性也具有舉足輕重的作用，植物的去污降污能力對于雨水的凈化吸收，重復(fù)利用也具有較重要的生態(tài)學(xué)意義。

表4 A2- Di判斷矩陣及一致性檢驗?Table 4 A2-Di Judgment matrix and consistency test

表5 A3- Di判斷矩陣及一致性檢驗?Table 5 A3-Di Judgment matrix and consistency test

表6 雨水花園植物評價體系各層級權(quán)重?Table 6 Layers sorted weights of rain garden plants evaluation system

3.2 賦值的確定與實例分析

在對雅安種植的雨水花園植物進行實地調(diào)研的基礎(chǔ)上，選擇29種已經(jīng)種植的雨水花園植物進行綜合評價。邀請相關(guān)行業(yè)專業(yè)人員和景觀設(shè)計人員按照很好（10分）、較好（8分）、一般（6分）、較差（4分）四個級別對9個指標(biāo)層進行逐一打分并求平均值，再結(jié)合每項指標(biāo)的權(quán)重值進行加權(quán)，最后得出每種雨水花園植物的綜合評價值[8-9]。并將總評價值分為4個等級，一級（≥9），一級為雨水花園的首選植物，適應(yīng)干旱、積水環(huán)境，具有較強觀賞價值，管理容易；二級（7.5～9），雨水花園的較優(yōu)品種，適應(yīng)性稍差，具有一定的觀賞價值；三級（6～7.5），雨水花園栽植的一般品種，耐水濕和耐干旱能較差，但也可以正常生長；四級（≤6），生長狀況不良，有些甚至是外來入侵的風(fēng)險，如再力花（表7）。

表7 雅安雨水花園植物綜合評價值Table 7 Comprehensive evaluation of rain garden plants in Ya'an area

4 結(jié)論與討論

在搜集查閱資料的基本上，對雅安境內(nèi)的典型雨水花園進行調(diào)查，采用AHP層次分析法對29種雨水花園植物進行綜合評價并得分，將雨水花園植物分為4級，1級的千屈菜、紅蓼、東方狼尾草、鳶尾、細(xì)葉芒、花葉芒是雅安地區(qū)建設(shè)雨水花園的首選植物；4級的再力花、常夏石竹、八寶景天、美人蕉、金雞菊、馬鞭草、大麗花是建設(shè)雨水花園慎重選擇的植物材料；2級和3級的植物根據(jù)雨水花園種植區(qū)不同的水淹情況，選擇合適的區(qū)域如蓄水區(qū)、緩沖區(qū)、邊緣區(qū)進行雨水花園植物的種植[10]，邊緣區(qū)一般種植耐旱的植物，緩沖區(qū)選用有一定的耐淹能力，又有一定耐旱能力的植物品種，蓄水區(qū)種植耐淹能力較強和抗污染能力較好的植物品種。

“海綿城市”推行的雨水景觀工程建設(shè)，正是一種以自然積存、自然滲透、自然凈化為目標(biāo)來解決城市雨洪問題的新方法，而園林植物作為海綿城市建設(shè)的重要組成部分，對雨水景觀工程功能的實現(xiàn)具有十分關(guān)鍵的作用。因此，在進行海綿城市建設(shè)時應(yīng)充分考慮植物的耐水濕能力，通過植物的耐水濕實驗成果為雨水景觀工程科學(xué)合理的進行植物選擇與設(shè)計提供重要的技術(shù)依據(jù)，同時也是海綿城市能夠更好地發(fā)揮并長期維持其功能的關(guān)鍵。其次，為了實現(xiàn)雨洪控制目標(biāo)在進行植物配置時應(yīng)以本地的耐水植物為主，重視對鄉(xiāng)土植物的開發(fā)，還應(yīng)考慮植物的多樣性、生長環(huán)境、徑流凈化效果和生態(tài)功能，強化植物的造景功能等，營造物種穩(wěn)定、功能健全的生態(tài)系統(tǒng)[2]。

基于AHP方法的綜合評價體系，相對于依據(jù)理論經(jīng)驗的植物選擇，具有易于量化、簡單易行的優(yōu)點[6]，對于雨水花園植物選擇量化綜合研究具有指導(dǎo)意義。但AHP層次分析法在權(quán)重賦值，植物綜合得分方面具有一定的主現(xiàn)性和片面性，雨水花園植物的抗逆性固然重要，但雨水花園作為有效的雨水收集和凈化系統(tǒng)，植物的納污吸污能力在實踐中應(yīng)綜合考慮。同時，還應(yīng)清醒認(rèn)識，雨水花園是一個龐大的系統(tǒng)工程，對花園設(shè)計中鋪裝[2]、綠地[6]、水體[9]、建筑[7]和其他雨水利用設(shè)施[10]提出相應(yīng)的雨水設(shè)計方案，使各個要素的雨水利用設(shè)施有機的統(tǒng)一起來，共同形成一個更加科學(xué)、合理、生態(tài)的雨水利用系統(tǒng)，這樣才能為海綿城市建設(shè)提供強有力的技術(shù)支撐。