城市生態(tài)森林公園中雨水花園實施技術研究

丁娟

海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應環(huán)境變化和應對自然災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。而雨水花園是構建海綿城市的主力軍，一個與自然地理條件相適應的雨水調(diào)蓄裝置，可以實現(xiàn)雨水的資源化管理。同時，進行景觀的規(guī)劃設計，使植物與材料成為花園主角，讓整個設施除了具有實實在在的雨水調(diào)蓄功能外，還具有較高的觀賞價值。所以雨水花園其實是一個解決城市雨洪問題、構建海綿城市的基本單元。

雨水花園在雨洪的控制與利用上有著諸多優(yōu)點，如能有效去除徑流中的懸浮顆粒、有機污染物以及重金屬離子等有害物質(zhì)，且維護與管理簡單、建造和養(yǎng)護成本較低、較易融合環(huán)境，兼顧了生態(tài)效益和觀賞效益。從相關的實踐與研究中說明，雨水花園往往囊括多重效益，具有在不同種類的場地內(nèi)應用的可能性[1]。對其所具備的功能來說，除了能夠吸收、利用雨水外，還可以很好地控制雨洪，是一種可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)化設施。

1 雨水花園概況

目前，雨水花園的建設已經(jīng)在全球各地大范圍的展開，國外也已經(jīng)出現(xiàn)了很多成功的經(jīng)典案例，如德國漢諾威Kronsberg的雨水花園、美國唐納德溪水公園的生態(tài)公園，以及波特蘭的綠色街道[2]。

對于中國來說，雨水花園景觀營建的實施技術尚處于理論階段，還沒有真正用于實際建設雨水花園工程的體系，須進一步實踐與完善?，F(xiàn)已完成修建的大型的景觀項目，如北京的奧體中心、上海的世界園藝博覽園等，因它們的地理位置特殊，可以將其外部環(huán)境和內(nèi)部雨水收集系統(tǒng)分隔，干擾因子不多。所以，盡管這些項目已經(jīng)能夠成功完成雨水的收集與利用，而且能夠?qū)τ旰檫M行高效利用，但是對于這種景觀形式的生態(tài)而言，雨水花園追求的效益并未在其身上得以全面體現(xiàn)[3]。而對于綠地公園等一些范圍不大、環(huán)境較復雜的地區(qū)來說，雨水花園體系的建立是它們更加需要營造實施的，然后從點到面，推廣至城市的各個方面，發(fā)揮出最佳的生態(tài)與景觀效益。

2 雨水花園技術原理

雨水花園也被稱為生物滯留區(qū)域（Bioretention Area），是自然形成的或人工挖掘的低洼綠地，被用于匯聚并吸收來自屋頂或地面的雨水，通過植物、沙土的綜合作用使雨水得到凈化，并使之逐漸滲入土壤，涵養(yǎng)地下水，是一種生態(tài)可持續(xù)的雨洪控制與雨水利用設施。同時處理達標的水還可用于綠植澆灌、廁所用水等城市用水，提升水資源的再利用率。

2.1 雨水花園的類型

2.1.1 以控制徑流污染為目的

針對雨水徑流初期所造成的污染進行控制，往往運用于較重污染區(qū)域，例如廣場、道路的周圍?？梢栽谶@些生物滯留地區(qū)有選擇地栽種植物以及改良土壤，使得初期被較重污染的雨水得到更有效的治理[4]。因為要對夾雜于雨水中的污染物進行清除，所以在改良土壤上的實際配比、雨水花園的底層結構設計，以及適宜的植物選用等方面均要進行嚴謹且全面的設計。

2.1.2 以控制徑流量為目的

以控制集水區(qū)地表徑流產(chǎn)流控制為主要目的，是降低場地開發(fā)硬質(zhì)地表造成內(nèi)澇災害風險，體現(xiàn)海綿城市“滯、蓄、滲”的核心功能。該類型雨水花園規(guī)劃設計強調(diào)場地集水區(qū)的產(chǎn)匯流水文調(diào)蓄作用，結構上強調(diào)滲水、滯水、蓄水等功能導向，在景觀規(guī)劃設計方面具有較大美學挖掘潛力。

2.2 雨水花園的構造

雨水花園由內(nèi)而外一般由五個部分構成：礫石層、人工填料層、種植土層、樹皮覆蓋層、蓄水層（圖1）。礫石層與填料層之間，往往是將一層砂，亦或是土工布鋪設在中間的空隙處。就雨水花園與附近建筑之間的實際距離，以及環(huán)境方面的條件來說，其通常采用不防滲的手段。因為其在回用上有著相應的要求，因此將其排至水體中時，往往將具備集水與穿孔功能的集水穿孔管埋設在礫石層中。

2.2.1 蓄水層

當發(fā)生暴雨時，蓄水層為儲存水源提供一個暫時的空間，并會過濾掉一些沉淀物。就其具體高度而言，往往取決于當?shù)亟涤甑奶匦?，以及附近的地形環(huán)境等相關因素。

2.2.2 樹皮覆蓋層

1. 雨水花園結構示意圖

2. 現(xiàn)場填料圖

樹皮覆蓋層對森林公園的雨水花園起著很重要的作用。其可以保持土壤的濕度，形成于表層的土板結會使得整個系統(tǒng)在滲透上處于較低的性能狀態(tài)[5]。就此一個微生物環(huán)境形成于土壤與樹皮之間，不僅能對微生物的繁殖，以及降解相關的有機物造成積極的影響，與此同時，其還能夠使得森林公園加強徑流雨水侵蝕的抵抗性能。森林公園樹皮覆蓋層的深度大概為700 mm。

2.2.3 植被及種植土層

植被及種植土層對森林公園有很好的吸附和過濾作用，種植土層為植物的根部吸附和微生物對碳氧化合物、金屬離子、營養(yǎng)物質(zhì)及其他污染物的降解提供了良好的場所[6]。種植土層的厚度可按照植物的具體種類來確定。雨水花園植物的一般選擇原則：為維持較高適應能力的同時保證多樣性，優(yōu)先選用本土植物，適當搭配外來物種；為符合雨水花園對降解能力、吸附作用的要求，選用根系發(fā)達、莖葉繁茂、凈化能力強的植物；選用既可耐澇又可抗旱的植物，應對枯水期與汛期的交替；選擇可互相混合種植的植物，提高去污性和觀賞性。常見的雨水花園植物如表1所示。

2.2.4 人工填料層

人工填料層的建造往往使用具有較強滲透力度的材料，而這些材料則主要是由人工合成的，結合森林公園的實際面積，以及區(qū)域降雨方面的有關特性，通常將其實際厚度設置為1 m（圖2）。

2.2.5 礫石層

雨水花園中在此層的鋪設上，具體采用直徑為50 mm、厚度為250 mm的礫石。這種尺寸的礫石能夠使得雨水得以更好地滲漏。往往有很多小空間存在于礫石層當中，便于存水，因為水需要利用或禁止下滲，所以在礫石層鋪水管接到蓄水池內(nèi)（圖3）。

3 技術實施

城市生態(tài)森林公園雨水花園的技術目的是提供一種能夠節(jié)省大量人力完成對雨水花園澆灌過程的雨水花園[7]。森林公園中雨水花園的目的通過以下技術方案得以實現(xiàn)：位于較低水平面處設計為淺槽，內(nèi)設有人工種植的種植層，淺槽兩端在沿豎直方向向上延伸處設有支撐部，支撐部上再設有能夠?qū)⒎N植層內(nèi)的積水抽取并重新澆灌種植層的灑水配件。在技術實施方面，雨水花園的建設要注意以下幾點：（1）除雜，每隔兩周進行一次雜草的清除工作；（2）種植說明，每個參加種植的人都要有一份完備的種植說明；（3）實用標簽，有關綠化的管理部門要在植物上貼標簽；（4）防止侵略性植物，如栽植的植物屬于侵略性品種，則進行分離和修剪，或者干脆不用于雨水花園設計中。

表1 常見的雨水花園植物

3. 雨水花園的構造

4. 蓄水池

4 雨水花園的結構分析

4.1 雨水花園的水體系

雨水花園的設計中，通常以串聯(lián)的方式將各個水池相連接，通過設計一系列假山、植被甚至是一些具有高低落差、被分隔的緩沖帶等減弱雨水的下落速度，當發(fā)生強降雨時，防止地面上的土地因為雨水的沖刷與侵蝕與而受到損害。只有水池蓄滿水之后（圖4），其蓄水池的邊緣處才會有雨水溢出，隨后溢出的這部分雨水從高度為0.46 m的位置處落至下一個水池當中。而被植物根系、砂石和土壤的過濾下來的沉淀物則滯留在水池中[8]。

城市生態(tài)森林公園通過自然的景觀材料與來源于大自然瀑布或溪流般的跌水形式將其與周邊的自然景物形成一種緊密的聯(lián)系，形成一片獨具匠心的特色空間。而在設計的過程中，一系列不規(guī)則跌落的緩沖帶相互間進行結合，整體形成一個立體化的連續(xù)性區(qū)域，最終一并歸入到一片地勢相對較低的水池中，與此同時，此水池中也會囊括一部分聚集于附近機動車道上的雨水。

4.2 雨水花園的石材體系

城市生態(tài)森林公園的雨水花園技術實施的景觀材料主要使用的是不同種類的石頭，鋪設工程中主要采取柔性的工程構造，技術實施的目的是為了能夠?qū)⒂晁南聺B量更大化，設計手法比較獨特簡易，而泥沙又能實現(xiàn)最大化的保留，避免強烈地遭受沖刷；砂石層的吸水性比較好，在降雨相對較少的情況下，雨水能夠完全滲入砂石層的同時，還能過濾掉水中的枝葉、泥土等。

4.3 雨水花園的收集利用體系

城市內(nèi)的森林公園場地可以收集雨水并對其進行其他利用，其最為基本的入手點便是采取滯留的手段，特別是此類雨水花園的系統(tǒng)，經(jīng)由針對性地設計之后，在徑流上形成更緩且更長的路線。關于場地內(nèi)部的徑流，增加水力停留時間，致使水流的實際流速得以降低，最后，當發(fā)生暴雨時，使得其實際峰值的流量降低，對地表徑流以顆粒物為載體的有機物、氮、磷等目標污染物進行削減，發(fā)揮人工構建自然系統(tǒng)的水質(zhì)凈化功能。

4.3.1 雨水收集體系

森林公園雨水的收集主要是利用微地形與雨水就地下滲，在透水上增大相應的面積，以及截斷水流致使其不外流等各項有效手段。而對于雨水的集蓄系統(tǒng)而言，往往采用以下三種不同類別的模式：

（1）草坡—生態(tài)溪溝—植物過濾帶—雨水花園—匯水渠—地上（下）滲透池。針對森林公園地勢變化坡度較大的地區(qū)。處于原先具備匯水溝的前提條件下，將由卵石所組成的墊層鋪設于其中。與此同時，將草坡鋪設于道路與水溝之間的地區(qū)內(nèi)，雨水順著溝渠的坡度流入溪溝，部分固體垃圾被攔截下來。將雨水花園設計于較低的地勢處，溢出的這部分雨水經(jīng)由滲透淺溝匯入到池塘中，最終得以實現(xiàn)雨水的集蓄。

（2）道路綠化隔離帶—開放式植物過濾帶—礫石過濾帶—雨水花園—地下滲透池。關于居民區(qū)的主體地段。這些地段內(nèi)往往有著大量的人流量，因此在對雨水進行收集時，還要顧及景觀上的實際效果。結合開放式的植栽溝與安設于道路上的綠化隔離帶，沿著道路的具體路線對這兩者進行安設，使得污染成分被攔截并積累，隨后經(jīng)過鋪設有礫石的過濾溝，將其引入安置于地下的滲透池。

（3）落水管—滲透淺溝—開放式植栽帶—沙地過濾池—雨水花園—地下滲透池。此模式針對的主體對象是新開設河道附近所建成的綠地與荷花塘。此區(qū)域是不允許進入的，因此更易于雨水的收集工作。降落的雨水通過落水管道，流經(jīng)建成于新開設河道中的滲透溝渠，流經(jīng)荷花塘與利用植物建成的過濾帶，引入至沙地過濾池以及雨水花園中，隨后逐級對這部分雨水進行滯留。

4.3.2 雨水濾凈體系

由雨水降落所形成的徑流，其中往往存在有復雜的污染成分。當森林公園實施有關的技術時，主要針對的主體對象便是雨水的遷移與傳輸，利用源頭的處理體系，以及植物體系與疊水體系等，使得水質(zhì)得以真正地凈化。

（1）源頭處理體系。該體系針對的是暴雨的生成階段。將分離油類物質(zhì)的分離器與沉淀的有關裝置安置于源頭位置處，使得水質(zhì)得以初步的凈化，并將這種棄流類型的裝置安置于臨街位置處，針對污染較為嚴重的雨水，選擇對其進行棄流，隨后將其引入污水管道流至落水井當中。

（2）植物體系。該體系是將雨水花園作為重要的載體，其在凈化雨水方面有著不可磨滅的作用。經(jīng)由篩選所得出的這部分植物，其絕大多數(shù)均為鄉(xiāng)土類型的品種，在養(yǎng)護上有著較為低廉的成本。其主體部分則是多年生的喬灌草，當發(fā)生洪澇與干旱災害時，其可以在短時間內(nèi)適應其環(huán)境。通過植物線性的搭配，以及利用實際的色彩與高度方面所發(fā)生的變化，在景觀上呈現(xiàn)出非同凡響的效果。

（3）疊水體系。在完成對雨水花園場地的微地形處理之后，該地區(qū)內(nèi)會形成諸多個緩坡，并在匯水與生態(tài)方面分別生成相應的溝渠與溝溪。雨水逐層滴落于場地內(nèi)，隨后流入池塘中，而對于溢出的這部分雨水來說，其則是流經(jīng)附近的下凹過濾溝，以及沙地過濾池等各個場地之中?？沙两档倪@部分污染物受到重力作用開始跌落，此過程中微生物會進行代謝與分解，并且各個土壤顆粒相互之間作用的引力最終實現(xiàn)凈化的預期效果。

5 雨水花園的形態(tài)營造

5.1 面積

城市的實際降雨量通常與雨水花園的實際面積有著密不可分的關聯(lián)。因此在設計時需要充分考慮到經(jīng)濟上所承擔的成本，以及后期的運營，在基于匯水面積的前提條件下，采用這種精確度適中的比例估算法。

5.2 形態(tài)結構

城市內(nèi)的生態(tài)森林公園具體的功能體現(xiàn)在匯水的下滲上，輔助功能是凈化。采用雙向雨水花園與通用雨水花園的構造將下滲方面的實際速率與去除污染的最佳效果相結合，在此基礎上對其進行設計。將雙向雨水花園應用在森林公園臨近街道的位置處，相較于傳統(tǒng)化的雨水花園，此類花園在雨水上具有更長的滯留時間，使得徑流所造成的污染得以有效地處理。設計其各個層的具體深度為1.2 m，上層寬度的具體數(shù)值則是2 m，下層的具體數(shù)值則是4 m，關于結構與構造上所使用的材料，其中有兩層與這種通用類型的雨水花園相一致，其分割主要是由上層的滲透膜來實現(xiàn)的，膠合板則是被替換為石條，使得上一層的雨水花園被圍合起來。

5.3 景觀營造結合生態(tài)設計

關于雨水花園在實施過程中所采用的技術。首先，將場地引進自然的過程之中，模擬與再現(xiàn)雨水降落過程中相互之間所發(fā)生的疊加與碰撞，隨后提出“水漣漪”這一想法，將其作為整個系統(tǒng)的框架，在具體的功能及其形式方面，將分散的每一片綠地相連接，使得大地呈現(xiàn)出一種綠化的景觀，其與整個森林公園中所囊括的體系相照應，從而形成一種特殊形式的景觀。將雨水進行意象化，隨后對其進行提取，獲取名為“圓形”的元素，將其作為雨水花園中最為基本的結構，對應其與石橋和擋墻，以及相關的道路與坐凳等“線性”的分割元素?；▓@內(nèi)逐層滴落的雨水，其穿流與場地之間，使得生態(tài)層面上的效益，以及美學領域中的有關價值得以更加完美的呈現(xiàn)。

6 結論

城市生態(tài)森林公園雨水花園的實施技術總體上來說，是成功的，其將森林公園水系開放，它實現(xiàn)了城市生態(tài)森林公園內(nèi)部水系與外河水系的交換流動，使其不至于成為死水，而且，在雨水花園技術實施過程中，嚴格控制了雨水花園的標高（包括地形、構造填料等），保證了水體不會逆流，同時也保證了水生植物生存的條件（不會因水位太高而淹死，也不會因無水而旱死），兩臺提升泵全天工作，保證了水體流動的可行性。植物搭配合理，水生植物混種，保證了觀賞的可操作性。雨水花園將設計與景觀相結合，在原水景區(qū)增加了（擋墻）引導水流，增加了水的流動性，并結合處理型水生植物的凈化作用來凈化水體。