基于植草溝設(shè)施構(gòu)建的水陸兩棲型花境的研究

王博婭 劉志成

摘要：文章通過(guò)對(duì)綠地中植草溝設(shè)施與花境景觀結(jié)合途徑的研究，首先界定了水陸兩棲型花境的概念與類型，明確了水陸兩棲型花境是一種具有雨水傳輸作用和花境藝術(shù)價(jià)值并助于雨水滲透和凈化的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施;然后從種植基質(zhì)、植物材料、設(shè)計(jì)特征3方面闡述了水陸兩棲型花境的構(gòu)建途徑，同時(shí)結(jié)合太陽(yáng)宮公園改造過(guò)程中的研究性應(yīng)用，討論其在城市雨洪管理體系內(nèi)各個(gè)階段的延伸性;最后對(duì)水陸兩棲型花境建設(shè)提出建議。

關(guān)鍵詞：植草溝，水陸兩棲型花境，構(gòu)建途徑

DOI：10.3969/j.issn.1672-4925.2019.00.009

1 研究背景

城市化過(guò)程中下墊面屬性的改變使城市涵養(yǎng)水源能力下降，受暴雨洪澇災(zāi)害的威脅程度上升，并已成為影響地區(qū)水文狀況的最主要因素之一。統(tǒng)計(jì)表明，自1951年以來(lái)北京極端降水事件明顯增多[1]，“7.21”特大暴雨導(dǎo)致城區(qū)內(nèi)澇，造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，影響了城市安全。在城市雨洪問(wèn)題亟待解決的背景下，源頭削減、中途傳輸、末端調(diào)蓄的城市雨洪管理策略被提出，生物滯留設(shè)施、透水鋪裝、植草溝、雨水花園、濕塘等相應(yīng)的雨洪管理工程設(shè)施應(yīng)運(yùn)而生。

其中植草溝屬于景觀性地表溝渠排水系統(tǒng)，主要應(yīng)用于雨水傳輸階段，具有收集、滯留、運(yùn)輸和排放等調(diào)蓄雨水的功能：還可通過(guò)植物的過(guò)濾、滲透作用有效去除雨水徑流中的多數(shù)懸浮顆粒和部分溶解態(tài)污染物，達(dá)到凈化雨水的效果，應(yīng)用前景廣闊。目前，植草溝在綠地建設(shè)的實(shí)踐中依然存在一些問(wèn)題：為保證調(diào)蓄、凈化功能而調(diào)整不同結(jié)構(gòu)參數(shù)[2]（如橫斷面面積、縱向坡度和溝底寬度等[3]），繼而導(dǎo)致工程復(fù)雜、開(kāi)發(fā)強(qiáng)度超出需要;對(duì)植物材料的選擇缺乏系統(tǒng)的研究梳理，造成植物種類單調(diào)，影響建成景觀效果。因此，如何使這些雨洪管理工程設(shè)施成為兼有生態(tài)服務(wù)功能和景觀美化效果的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施是我們研究的重點(diǎn)。本文結(jié)合植草溝與花境提出了適用于綠地設(shè)計(jì)的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施——水陸兩柄型花境，以期對(duì)雨洪問(wèn)題的解決提出新視角。

2 水陸兩棲型花境的概述

2.1水陸兩棲型花境的內(nèi)涵

花境是一種利用植物形態(tài)、色彩、質(zhì)感、體量等特征，使植物呈現(xiàn)層次豐富、步移景異、季相變幻等多種藝術(shù)效果[4]的花卉景觀，在植物材料、立地條件、景觀效果等方面均有完善的理論體系和豐富的實(shí)踐案例。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)把花境與綠地中的雨水傳輸設(shè)施結(jié)合應(yīng)用。上海辰山植物園雨水花園和綠環(huán)體系主要由旱溪花境構(gòu)成，不僅提高了植物群落美景度，還能防止水土流失、滯留雨水、促進(jìn)地表徑流下滲[5]。

諸多實(shí)踐案例與理論研究表明，將獨(dú)具特色的花境運(yùn)用到植草溝設(shè)計(jì)中，構(gòu)建水陸兩棲型花境，不僅可以有效提高綠地景觀效果，還能簡(jiǎn)化工程構(gòu)造，方便管理維護(hù)，是一種適用于綠地建設(shè)的雨洪調(diào)蓄手段。因此，水陸兩棲型花境可以被認(rèn)定是一種具有雨水傳輸作用和花境藝術(shù)價(jià)值并有助于滲透和凈化雨水的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施。

2.2水陸兩棲型花境的類型

基于雨水傳輸在不同階段的功能，可將水陸兩棲型花境分為收集型、滯留型、運(yùn)輸型、滲透型和凈化型5種類型。

收集型花境（圖1）用于雨水的收集和短暫儲(chǔ)存，同時(shí)去除懸浮顆粒物等大塊雜質(zhì)。因此可選擇根系發(fā)達(dá)、抗沖擊能力強(qiáng)，葉片密集、可過(guò)濾大顆粒雜質(zhì)的植物材料;下墊面增加大顆粒石塊、卵石和樹(shù)皮等進(jìn)行初級(jí)過(guò)濾;在場(chǎng)地中可結(jié)合水池、下凹式綠地布置。

滯留型花境（圖2）是對(duì)迅速進(jìn)入場(chǎng)地內(nèi)雨水的緩沖，經(jīng)過(guò)該階段處理后可以減緩徑流速度，保證下一階段的有效運(yùn)輸。植物材料和收集型相似，且所選植株應(yīng)低矮抗倒伏;種植基質(zhì)宜采用大顆粒粗糙石塊結(jié)合小卵石的組合;設(shè)計(jì)上可利用微地形與砂石的結(jié)合，減緩徑流速度。

運(yùn)輸型花境（圖3）主要承擔(dān)雨水傳輸?shù)墓δ?，植物材料、種植基質(zhì)的選擇比較靈活，但對(duì)植物的管理維護(hù)要求較高，需定期清理下墊面沉淀物等。

滲透型花境（圖4）以增加雨水滲透量為首要目標(biāo)。為縮短滲入基質(zhì)的時(shí)間，提高滲透能力，需選擇水源涵養(yǎng)能力強(qiáng)、枝葉密集的植物材料;調(diào)整種植基質(zhì)的配料配比增加滲透系數(shù);另外，還可增長(zhǎng)水流路徑來(lái)延長(zhǎng)雨水在地表的

凈化型花境（圖5）則是通過(guò)物理、化學(xué)和生物凈化過(guò)程對(duì)雨水深度凈化，改善水質(zhì)。美國(guó)學(xué)者Lucas等[6]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明種植植物的土壤能夠更有效地吸收、凈化雨水中的污染物，且去污效果與生長(zhǎng)速度和生物量正相關(guān)。此外，由于發(fā)達(dá)的植物根系已被多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)[7-8]證實(shí)其在雨水污染物的去除中具有決定性作用，所以凈化型花境的構(gòu)建應(yīng)首選菖蒲、蘆葦?shù)雀蛋l(fā)達(dá)、生長(zhǎng)較快的植物材料。凈化型花境多結(jié)合水池設(shè)計(jì)，以種植水深50cm左右的水生植物為主，下墊面可鋪設(shè)土工膜，并用砂或礫石覆蓋，維持局部區(qū)域在雨季的盛水狀態(tài)[9]。

2.3水陸兩棲型花境的特點(diǎn)

通過(guò)分析研究水陸兩棲型化境的內(nèi)涵，可以總結(jié)水陸兩棲型花境4方面的特點(diǎn)。1）具有雨水傳輸、凈化功能：通過(guò)選用豐富的植物材料來(lái)調(diào)節(jié)雨水、涵養(yǎng)水源、降低污染，采用合適配置的基質(zhì)來(lái)增加滲透、過(guò)濾凈化雨水，并根據(jù)需求進(jìn)行植物和排水通道的合理布置。2）植物豐富、景觀效果良好：根據(jù)花境功能和生長(zhǎng)環(huán)境的要求，選取適合的植物材料，營(yíng)造豐富的植物景觀，形成干濕兩種景觀效果。3）工程構(gòu)造簡(jiǎn)單：相較于植草溝，水陸兩棲型花境對(duì)工程構(gòu)造的要求較簡(jiǎn)單，在設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)對(duì)整體高程走勢(shì)、入水口處及轉(zhuǎn)彎處底部寬度，鋪設(shè)卵石或石塊的尺寸及紋理等方面的控制來(lái)減緩徑流入流及轉(zhuǎn)彎時(shí)對(duì)底部的沖刷。4）易于管理和養(yǎng)護(hù)：花境多以卵石、樹(shù)皮等廉價(jià)、易獲取的材質(zhì)鋪設(shè)地表，既能適應(yīng)潮濕、干燥、背陰的環(huán)境條件，還可有效減少蚊蟲異味的產(chǎn)生。

3 水陸兩棲型花境的構(gòu)建

3.1統(tǒng)一的構(gòu)建前提

花境和植草溝在植物生境和平面布局上具有統(tǒng)一的構(gòu)建前提。首先，花境有旱地花境、中生花境、濱水花境3類[10]，其中濱水花境通常指位于水塘、溪流和濕地中的花境，這與植草溝的水分條件具有統(tǒng)一性。其次，植草溝本身也是植物生長(zhǎng)的基底之一，因此在種植基質(zhì)上具有統(tǒng)一性。再次，花境是一種帶狀花卉景觀，線性的平面布局與植草溝相一致，二者在平面布局上具有統(tǒng)一性。此外，花境一次投入，多年可賞，具有景觀持續(xù)性;而植草溝作為一種工程設(shè)施，也需要減少維護(hù)成本，二者在管理維護(hù)上具有統(tǒng)一的前提。

3.2特定的構(gòu)建條件

除統(tǒng)一的構(gòu)建前提外，植草溝還為花境提供了土壤、水文等特殊的生境條件。本文結(jié)合相關(guān)基礎(chǔ)資料的研究，從種植基質(zhì)的配比、植物材料的選擇以及花境形式的布局等3方面著手構(gòu)建水陸兩棲型花境。

1）種植基質(zhì)。水陸兩棲型花境要求種植基質(zhì)除了能滿足植物的正常生長(zhǎng)以外，還應(yīng)最大限度地具有滲透和凈化能力。因此，一方面要確保種植基質(zhì)能滿足植物正常的生長(zhǎng)需求[11];另一方面要增強(qiáng)種植基質(zhì)的滲透能力。綜合研究發(fā)現(xiàn)，組分、顆粒、貯存時(shí)間、試樣齡期、飽和度等都是影響基質(zhì)滲透系數(shù)的因子[12]，不同基質(zhì)的滲透系數(shù)有差異，多種基質(zhì)組合也會(huì)影響滲透系數(shù)[13-14]。此外，還要提高種植基質(zhì)的凈化能力。不同基質(zhì)對(duì)污染物的凈化能力不同（表1），還存在有些基質(zhì)的滲透系數(shù)與吸附污染物能力呈負(fù)相關(guān)的現(xiàn)象[15]。

2）植物材料。根據(jù)水陸兩棲型花境提供的植物生境和所需功能，制定出較明確的植物材料選擇標(biāo)準(zhǔn)。一是由于土壤和水分條件的不穩(wěn)定，所選種的植物材料應(yīng)具有較強(qiáng)的抗沖擊能力、耐貧瘠能力，并兼有一定耐淹性[16]。對(duì)植物耐淹性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，鳶尾屬類植物、芒屬類的觀賞草以及景天屬中的佛甲草、八寶景天等都具有良好的耐淹性[17]。二是選擇具有削減徑流、增加滲透作用的植物材料來(lái)實(shí)現(xiàn)花境的雨洪調(diào)蓄功能。三是被應(yīng)用的植物應(yīng)具有較強(qiáng)的凈化能力和較廣的凈化范圍。實(shí)驗(yàn)證明，不同植物對(duì)不同污染物的凈化能力不同，不同植物組合的凈化效率也不同，相同植物在不同的污染物濃度、不同的水負(fù)荷、不同的溫度的凈化效果也不同[16]。本文綜合前人的研究成果總結(jié)出具有凈化能力的植物材料和組合情況見(jiàn)表2。

3）設(shè)計(jì)特征。水陸兩棲型花境的構(gòu)建應(yīng)遵循兩方面原則：一方面在形態(tài)上，通過(guò)對(duì)水流形態(tài)的把控減緩徑流，例如在花境體系的入水口處及轉(zhuǎn)彎處增加底部寬度，利用現(xiàn)狀谷地、沖溝或斜坡設(shè)置蜿蜒的路徑，延長(zhǎng)水流路徑。另一方面在材料上，利用置石、鋪裝等材料的選擇增強(qiáng)雨水調(diào)蓄功能，例如鋪設(shè)較大粗糙卵石或石塊，減緩徑流對(duì)底部的沖刷;采用石塊、卵石和樹(shù)皮等減緩徑流流速，減輕沖刷侵燭，石塊與卵石間的縫隙為更多的動(dòng)植物提供了生存空間，利于提升環(huán)境的生物多樣性;在出水口處鋪設(shè)細(xì)卵石，增加沉淀作用?？傊?，在水陸兩棲型花境設(shè)計(jì)中，雨水處理盡量少和管道相接，減少工程造價(jià)和生態(tài)破壞，增加雨洪管理的可操作性。

4 水陸兩棲型花境的應(yīng)用

4.1應(yīng)用背景

太陽(yáng)宮公園位于北京市朝陽(yáng)區(qū)東北三環(huán)的核心位置，面積約24 hm，位于望和橋下壩河流域內(nèi)，市規(guī)委將該地作為綠色生態(tài)調(diào)蓄綠地用以改善周邊的積水問(wèn)題。本文結(jié)合場(chǎng)地現(xiàn)狀，提出建設(shè)水陸兩棲型花境體系，用于解決雨水的傳輸、滲透和凈化問(wèn)題，同時(shí)營(yíng)造特色花境景觀。

4.2具體應(yīng)用

1）水陸兩棲型花境體系設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)北京市城區(qū)道路雨水徑流污染物的相關(guān)研究[18]可知，道路雨水徑流以COD和SS污染為主，同時(shí)含有部分氮、磷、有機(jī)物質(zhì)等雜質(zhì)，重金屬離子含量較低。針對(duì)研究地區(qū)內(nèi)雨水污染物特點(diǎn)，確定水陸兩柄型花境的植物材料和種植基質(zhì)：根據(jù)調(diào)蓄水量（11000m）和其他雨洪處理設(shè)施的情況，設(shè)計(jì)規(guī)模，最終確定花境總體長(zhǎng)度（3100m）及各類型規(guī)模（表3）。

2）水陸兩棲型花境體系景觀效果。根據(jù)場(chǎng)地現(xiàn)狀情況并結(jié)合前文研究，提出以下改造策略從而實(shí)現(xiàn)其景觀優(yōu)化的目的。利用現(xiàn)狀花壇增加植物材料，改造成收集型花境，使其收集草坡、道路和場(chǎng)地中的雨水。針對(duì)現(xiàn)狀道路場(chǎng)地增加微地形、設(shè)置砂石，營(yíng)造滯留型花境（圖6），降低雨水徑流速度。保留原有水系，將建筑前的旱溪改造為運(yùn)輸型花境（圖7），傳輸雨水。充分利用現(xiàn)狀地形，在地勢(shì)較低的綠地內(nèi)設(shè)置滲透型花境（圖8），增加雨水的滲透;加入棧道、疊水等景觀要素，使其成為可觀、可賞、可體驗(yàn)的景觀，提高景觀品質(zhì)（圖9）。將現(xiàn)狀水體改造成為凈化型花境（圖10），提高凈化效率，營(yíng)造別致景觀。

5 建議

本文通過(guò)對(duì)綠地中植草溝設(shè)施與花境景觀結(jié)合途徑的研究，界定了水陸兩棲型花境的概念與類型，明確了水陸兩柄型花境所具有的功能，并在進(jìn)行應(yīng)用性研究的基礎(chǔ)上對(duì)水陸兩棲型花境建設(shè)提出以下3點(diǎn)建議。

1）各相關(guān)專業(yè)研究應(yīng)持續(xù)跟進(jìn)。本文研究發(fā)現(xiàn)，各相關(guān)專業(yè)雖然有大量的種植基質(zhì)和植物材料的研究，但是值物材料與種植基質(zhì)的關(guān)系尚不明確，需進(jìn)一步研究。同時(shí)植物生長(zhǎng)組團(tuán)的凈化效率和滲透效率需要定量研究。

2）建設(shè)示范型的水陸兩棲型花境。水陸兩棲型花境概念在本文中首次使用，文章通過(guò)大量的文獻(xiàn)資料和研究性應(yīng)用證明了其可行性和必要性。綠地中需要建設(shè)示范性水陸兩棲型花境進(jìn)行推廣和研究，建議有條件的場(chǎng)地，在城市雨洪管理問(wèn)題的處理中進(jìn)行嘗試。

3）推廣其應(yīng)用范圍。文中只針對(duì)綠地中的設(shè)施進(jìn)行了研究，但在研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)水陸兩棲型花境還可以適用于居住區(qū)、商業(yè)區(qū)、道路等多種類型用地;同時(shí)根據(jù)研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)水陸兩棲型花境不僅適用于雨洪管理過(guò)程中的雨水傳輸階段，還可以借助后續(xù)研究使其適用于雨洪管理的各個(gè)階段，這也是我們未來(lái)的研究方向。

致謝：本文選題來(lái)源于風(fēng)景園林設(shè)計(jì)（一）的課程研究，感謝李雄、朱建寧、戈曉宇、王應(yīng)臨、劉利剛、劉祎裶等任課教師在授課過(guò)程中的指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[l]諶蕓，孫軍，徐瑁，等.北京7.21特大暴雨極端性分析及思考（一）觀測(cè)分析及思考[J].氣象，2012，38（10）：1255-1266.

[2]沈子欣，闞麗艷，車生泉.生態(tài)植革溝結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)降雨徑流調(diào)蓄凈化效應(yīng)的影響[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)科學(xué)版），2015，33（6）：46-52.

[3]劉燕，尹澄清，車伍.植草溝在城市面源污染控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2008（3）：334-339.

[4]白凈.花境景觀藝術(shù)對(duì)雨水花園植物配置的啟示[J].中華建設(shè)，2015（1）：96-99.

[5]闞麗艷，陳偉良，李婷婷，等.上海辰山植物園雨水花園營(yíng)建技術(shù)淺析[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2012，24（12）：70-73，80.

[6]LUCAS WC，GREENWAY M.Nutrient retention in vegetated andnonvegetated bioretention mesocosms[J].Joumal of Irrigation andDrainage Engineering， 2008， 134（5）：613-623.

[7]王艷英，王曉磊，郜愛(ài)玲，等.水生植物凈化水質(zhì)功能研究進(jìn)展[J].中國(guó)城市林業(yè)，2017，15（4）：6-10.

[8]READ J， WEVILL T，F(xiàn)LETCHER T，et al Variation among plantspecies inpollutant removal from stormwaterin biofiltration systems[J].Water Research， 2008（42）： 893-902.

[9]劉家琳.基于雨洪管理的節(jié)約型園林綠地設(shè)計(jì)研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2013.

[10]魏鈕，張佐雙，朱仁元.花境設(shè)計(jì)與應(yīng)用大全[M].北京：北京出版社，2006.

[11]朱木蘭，郭燕萍，黃曉鳴，等.3種水陸兩棲植物在LID技術(shù)措施中的適宜性研究[J].水資源保護(hù)，2016，32（1）：46-50.

[12]張瑞榮，候浩波.固體廢物填埋場(chǎng)粉煤灰襯墊滲透系數(shù)的影響因素分析[J].粉煤灰綜合利用，2002（4）：44-46.

[13]羅紅梅，車伍，李俊奇，等.雨水花園在雨洪控制與利用中的應(yīng)用[J].中國(guó)給水排水，2008（6）：48-52.

[14]徐德福，李映雪.基質(zhì)滲透系數(shù)分析及其應(yīng)用研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（34）：15192-15193，15262.

[15]崔理華，朱夕珍，駱世明.人工濕地基質(zhì)磷吸附特性與其物理化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2007（2）：250-254.

[16]馬安娜.北京地區(qū)人工濕地優(yōu)勢(shì)植物篩選及凈化效果研究[D]北京：首都師范大學(xué)，2007.

[17]王佳.基于低影響開(kāi)發(fā)的場(chǎng)地景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)方法研究[D]北京：北京建筑大學(xué)，2013.

[18]張亞?wèn)|，車伍，劉燕，等.北京城區(qū)道路雨水徑流污染指標(biāo)相關(guān)性分析[J].城市環(huán)境與城市生態(tài)，2003（6）：182-184.

收稿日期： 2018-06-22

基金項(xiàng)目：國(guó)家重大科技專項(xiàng)獨(dú)立課題“永定河（北京段）河流廊道生態(tài)修復(fù)技術(shù)與示范（2018ZX07101005）”“城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境北京實(shí)驗(yàn)室”，北京市共建項(xiàng)目專項(xiàng)資助

第一作者：王博婭（1990-），女，博士，研究方向?yàn)轱L(fēng)景園林規(guī)劃與設(shè)計(jì)。E-mail.739487083@ qq.com

通信作者：劉志成（1964-），男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)轱L(fēng)景園林規(guī)劃與設(shè)計(jì)。E-mail. 780256337@ qq.com