居住區(qū)綠地雨洪管理策略及設計方法研究

■ YANG Yan ZHU Longbin XU Yue

0 引言

居住區(qū)綠地是住區(qū)用地的重要組成部分，是住區(qū)層面管理雨洪資源的重要媒介。近年來，我國城市化率不斷提高，居住用地面積急劇增長，“以排為主”的雨洪管理理念導致住區(qū)中內澇問題一再出現(xiàn)，雨水資源嚴重流失，“以排為主”的理念和措施已無法全面解決住區(qū)雨洪的管理問題[1]，急需采取更優(yōu)的雨洪管理理念及措施來引導雨水徑流的傳輸和雨水資源的儲蓄利用。

雨洪管理是通過合理的規(guī)劃設計來解決城市內澇和水資源短缺等城市雨水問題，同時對雨水資源進行收集與再利用的管理方式[2]。綠地雨水徑流資源是居住區(qū)雨洪的重要組成部分，居住區(qū)綠地雨洪管理的目標主要是減少雨水徑流的產生，引導雨水徑流的傳輸和優(yōu)化雨水資源儲蓄利用。

歐美等國家針對雨洪管理的問題提出了一系列諸如最佳管理措施、低影響開發(fā)和水敏感城市設計等理論[3]。在居住區(qū)綠地規(guī)劃設計的具體實踐中也進行了較為深入的探索，西雅圖的Highpoint 生態(tài)住區(qū)和德國的Kronsberg 生態(tài)住區(qū)就是其中的典型案例[4]。

“以排為主”是傳統(tǒng)住區(qū)中管理雨洪資源的主導思想，隨著研究的不斷深入，“以排為主”的雨水管理觀念逐漸轉變?yōu)閺脑搭^管控的方式，將雨水景觀化和資源化，讓城市雨水參與到自然的水循環(huán)過程中[5]。近年來，我國對居住區(qū)綠地雨洪資源的管理進行了相關研究。羅紅梅提出了利用雨水花園來管理居住區(qū)雨洪資源的方法[6]；姜濤介紹了鄭州市住區(qū)結合雨洪管理的綠地景觀設計方法[7]；楊琪芮建立了居住區(qū)綠地雨洪管理和景觀設計的評價模型[8]；彭佳佳系統(tǒng)研究了我國雨洪管理理論的發(fā)展階段，提出了雨洪管理理念在居住區(qū)景觀中應用的方法[9]。

綜上所述，居住區(qū)綠地層面雨洪管理的問題已得到學者們的重視，但大多是從雨水資源儲蓄利用的角度展開研究，利用雨洪管理手段來研究居住區(qū)綠地的景觀設計，鮮有從雨水徑流產生、傳輸和儲蓄利用的全過程角度來研究居住區(qū)層面綠地的雨洪管理策略。而隨著海綿城市概念的不斷深入，居住區(qū)綠地與雨洪管理的整合設計將成為住區(qū)層面落實雨洪管理目標的重要手段。在此背景下，居住區(qū)層面的雨洪管理策略對于解決居住區(qū)內澇問題和引導雨水資源合理利用具有積極的現(xiàn)實意義。

1 居住區(qū)綠地雨洪管理存在的問題

居住區(qū)雨水水文主要分為產生、傳輸和儲蓄三個過程。居住區(qū)綠地雨洪管理在以上三個過程中主要存在以下幾個問題。

（1）雨水在綠地中滲透率低。綠地的滲透能力受到綠地下部土壤的物理性質和綠地配置植物物種的影響，由于設計與建設時缺乏對綠地土壤基質和綠地配置植物物種的考慮，部分居住區(qū)綠地土壤基質存在板結現(xiàn)象，因此導致了雨水在綠地中的滲透率較低。

（2）綠地雨水徑流與其他用地的雨水徑流統(tǒng)一排放，造成雨水資源污染。目前，國內大部分居住區(qū)對綠地進行排水規(guī)劃設計時，并未考慮與其他用地的雨水分流排放，居住區(qū)內各類用地地表匯集的雨水隨地表坡度統(tǒng)一匯入市政管道。由于不同用地的基質不同，各類用地中雨水的水質也不同[10]。將不同水質的雨水徑流統(tǒng)一匯入市政管道，會直接導致原本水質較好的綠地雨水也被污染，從而難以被利用。另外，傳統(tǒng)的住區(qū)綠地在規(guī)劃設計之初，往往多重視其景觀效果而忽略了對綠地內部雨水傳輸渠道的設計，缺乏相應的雨水滯留和消納設施，導致居住區(qū)雨水的傳輸速度較快，給城市市政設施加大了排水的壓力，增加了居住區(qū)內澇的風險。

（3）居住區(qū)綠地中缺乏雨水收集儲蓄與利用設施，導致了居住區(qū)雨水資源沒有被合理利用。居住區(qū)綠地地表的雨水徑流大都直接排入城市雨水管道，極少考慮在綠地中分散布置小型的雨水儲蓄利用設施，對雨水資源進行儲蓄利用。如果在居住區(qū)綠地系統(tǒng)規(guī)劃設計時，考慮在居住區(qū)各級綠地中設施分散的雨水收集裝置，不僅可以提高居住區(qū)雨水利用效率，還可以減少城市市政管道的排水壓力，降低居住區(qū)內澇的風險。

2 居住區(qū)綠地雨洪管理策略與方法研究

2.1 設計目標與框架

居住區(qū)綠地層面的雨洪管理策略，包括設定目標、提出設計策略和系統(tǒng)地歸納總結居住區(qū)綠地雨洪管理設計引導方法等三個方面的內容，為雨洪管理目標下的居住區(qū)綠地更新與建設，提供一個相對完整的設計體系供設計層面參考(圖1)。制定居住區(qū)綠地雨洪管理策略則是為了減少雨水徑流的產生、引導雨水徑流傳輸、優(yōu)化雨水資源儲蓄利用，從而在居住區(qū)綠地層面落實城市雨洪管理的目標。

2.2 居住區(qū)綠地雨洪管理策略

本文在對居住區(qū)綠地雨水產生、傳輸和儲蓄利用三個階段中，針對雨洪管理存在問題進行分析的基礎上，提出了通過提高居住區(qū)綠地雨水滲透率、控制綠地雨水徑流流向與速度和優(yōu)化雨水儲蓄和利用的策略，以實現(xiàn)減少雨水徑流的產生、引導雨水徑流傳輸和優(yōu)化雨水資源儲蓄利用的目標。

2.2.1 產生階段減少雨水徑流生成

提高雨水在綠地中的滲透率，減少雨水徑流的生成。居住區(qū)應加大綠地的覆蓋率，植物的根系能較好地吸收和凈化雨水徑流中的懸浮物、雜質[11]。綠地是自然存在的良好滲透設施，其滲透率受到下部土壤基質的影響。居住區(qū)內土壤板結的綠地雨水滲透率低，應對綠地土壤進行適當?shù)母牧即胧?。例如，通過工程、化學和生物處理等措施，來解決居住區(qū)綠地中普遍存在的土壤板結現(xiàn)象，提高綠地的滲透率，促進植物生長，加速雨水在綠地的滲透；在綠地上適當種植更多的灌木，同等條件下灌木的綠地雨水滲透率更高。

2.2.2 傳輸階段引導各類用地雨水徑流傳輸

圖1 設計策略框架圖

分流控制綠地與其他用地的地表雨水徑流流向，避免被其他用地雨水徑流污染。分流就是要從源頭上控制居住區(qū)內各類用地徑流流向，避免綠地雨水被污染。雨水徑流分流控制指的是根據(jù)居住區(qū)不同用地類型，分別對各個用地雨水徑流進行控制，避免其他用地徑流流入綠地之中。居住區(qū)綠地都分散布局在住宅與道路用地之間，其中道路用地的雨水徑流不免會與綠地的雨水徑流混合后統(tǒng)一排入市政工程管道，由于綠地與道路用地基質不同，兩類用地的雨水徑流水質也不同，混合排放直接會污染綠地的雨水徑流，而分流控制綠地與道路用地的地表徑流流向，則可以避免綠地中產生的雨水徑流被污染（圖2）。

增加綠地表面粗糙度，可有效降低雨水徑流流速與流量。居住區(qū)綠地中的雨水徑流速度越快，居住區(qū)雨水給城市市政設施的壓力越大。綠地表面的粗糙程度則是影響雨水徑流在綠地表面?zhèn)鬏斔俣鹊年P鍵因素，綠地表面越粗糙，傳輸速度越慢，徑流峰值越小。因此，在居住區(qū)綠地規(guī)劃設計時，應當在綠地中豎向合理地設置下凹式綠地、淺草溝和滲透渠等設施，有組織地引導雨水徑流，通過綠地中布局的這些設施延緩雨水徑流在其表面的傳輸速度，進而緩解排水管道的壓力，實現(xiàn)對雨水徑流速度和過程的導控。

2.2.3 儲蓄利用階段優(yōu)化雨水儲蓄利用

居住區(qū)綠地雨水徑流的儲蓄與利用對于緩解城市水資源短缺、降低城市市政管道排水壓力和降低居住區(qū)綠地養(yǎng)護成本有著重要的意義。基于雨水徑流的滲透利用和儲存利用是居住區(qū)綠地雨水利用的主要方式。

（1）基于雨水徑流的滲透利用策略。通過地表滲透或者輔助設施，使雨水下滲至淺表土壤以及地下水層，使雨水得以利用[12]。經(jīng)過滲透作用的雨水進入城市地下水源，重新回到自然的水循環(huán)中[13]，是雨水資源的一種自然儲蓄方式。因此，首先，應當對區(qū)域內的降雨特征指標（包括降雨量、徑流峰值和徑流流速）進行分析；其次，應當根據(jù)降雨量和降雨特征等指標，確定綠地下部土壤基質、地表鋪裝材料和植物物種的配置；最后，在分析雨水徑流在綠地滲透情況的基礎上，再選擇相對應的設計方法。

（2）基于雨水徑流的儲蓄利用策略。雨水的儲存利用是通過人工修建的儲水設施，在雨季儲蓄雨水地表徑流，在非雨季時期充分將其利用，從而維持全年的水量平衡，將不穩(wěn)定的雨水徑流轉換成可供城市綜合利用的水資源[12]。綠地中的雨水，一部分實現(xiàn)就地滲透，補充城市的地下水資源；剩下的雨水徑流，也應結合相應的雨水儲蓄設計策略儲蓄在住區(qū)之中，應用于住區(qū)綠地澆灌和道路清洗等活動。因此，首先應對綠地的環(huán)境特征、降雨特征和空間條件進行分析研究，分析匯水特征、蓄水量和下滲量等指標，作為劃分匯水分區(qū)的基礎；同時，分析綠地的自然地形指標，作為確定設計手段與儲存模式的依據(jù)；最后，基于以上對綠地的詳細分析，選擇適合的雨水儲蓄方式和凈化技術。

3 基于雨洪管理的居住區(qū)綠地設計方法

在雨水徑流的產生、傳輸和儲蓄過程中，通過引導綠地雨水滲透和控制綠地雨水徑流流向與速度兩個途徑，控制居住區(qū)綠地內雨水徑流的傳輸與匯流，再通過相關雨水儲蓄和利用技術，實現(xiàn)雨水的收集與利用。因此，排水和蓄水利用是雨洪管理導向下的居住區(qū)綠地設計所關注的核心內容。

3.1 排水設計

綠地可以通過下滲和其他技術儲蓄一定量的雨水資源，但仍需將多余的雨水徑流排出，居住區(qū)綠地的排水設計應該從以下兩個方面展開。

3.1.1 居住區(qū)綠地自身的排水設計

根據(jù)居住區(qū)綠地的特點，適合采用生態(tài)排水的方法，主要是通過以下兩種方法：一是將居住區(qū)各個綠地向其附近的排水場地空間開放，綠地本身滯留一定量的雨水，多余的雨水可就近排入其他尚可容納雨水徑流的溝渠、下滲廣場等場地（圖3）；二是通過設置雨水花園、滲透渠和植草溝等設施，來達到綠地對于雨水徑流的減速、滯留與滲透利用的效果，從而減輕排水管網(wǎng)的壓力（圖4）。

圖2 綠地與道路雨水分流控制示意圖

圖3 居住區(qū)綠地自身排水設計示意圖

3.1.2 居住區(qū)綠地與排水管網(wǎng)的協(xié)同設計

居住區(qū)綠地面積較小且分散，卻是雨水徑流源頭控制的重要場地。居住區(qū)綠地與排水管網(wǎng)的協(xié)同設計能夠有效引導綠地排水，是生態(tài)居住區(qū)設計的重點。綠地的雨水滲透率達到極限時，應將無法繼續(xù)滲透的地表徑流引入蓄水池儲存，可用于以后居住區(qū)綠地的澆灌和其他活動。此外，應在居住區(qū)綠地中設計與排水管網(wǎng)對接的溢流井，使居住區(qū)綠地雨水儲蓄池內超過容量的雨水，通過溢流的方式進入雨水管網(wǎng)，以此來達到對居住區(qū)綠地排水的彈性控制（圖5）。

3.2 居住區(qū)綠地蓄水利用設計

居住區(qū)綠地的蓄水利用設計主要包括儲蓄途徑和利用方法兩部分內容。居住區(qū)綠地的雨水資源可以通過蓄水與利用設計被二次利用，用于道路清潔、景觀用水和植物澆灌等用途，同時也可以為住區(qū)中的生物提供棲息地，這不僅充分利用了雨水資源，還發(fā)揮了綠地的生態(tài)效益。因此，綠地雨水徑流的儲蓄與利用設計也是居住區(qū)綠地的重要生態(tài)價值。

3.2.1 儲蓄途徑

圖4 雨水花園、滲透渠和植草溝示意圖

圖5 綠地與排水管網(wǎng)協(xié)同設計示意圖

居住區(qū)綠地雨水資源的儲蓄途徑主要有以下兩種：一是基于滲透的雨水資源儲存方式。綠地地表的雨水通過滲透作用重新參與到自然的水循環(huán)過程中，是雨水資源儲蓄的一個重要途徑。綠地的土壤基質和地表植物配置是影響雨水資源滲透儲蓄的重要因素，根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在綠地土壤中添加鋸末、鐵水渣和沙，可以有效提高綠地的雨水滲透率，合理的介質配比能顯著提高土壤的滲透率（表2）[14]。居住區(qū)綠地在建設時應當選擇耐水性好、吸水性強的灌木植物作為綠地的景觀植物，在綠地的土壤中適當添加合理比例的沙、鋸末和鐵水渣，來提高雨水在綠地中的滲透水平。

二是基于人工儲水設施的儲存方式。應該在居住區(qū)綠地中設置更多人工蓄水設施，例如：人工濕地、生態(tài)蓄水池、雨水滯留池和下凹式綠地等。

此外，還應建立彈性的排蓄體系，居住區(qū)綠地的蓄水設計不僅要開發(fā)蓄水空間和新建蓄水設施，更應該與排水結合，建立彈性的雨水排蓄體系。例如，波特蘭12 號大街的道路綠地，通過建立彈性的排蓄體系，使得暴雨時的徑流峰值大大降低[15]。

3.2.2 利用方法

上文對于綠地表面雨水資源的兩種儲存方式分別對應著不同的利用方法。

基于滲透儲存的雨水資源，一部分會滲透到綠地下部土壤被植物的根部吸收，或者直接被土壤固定，另外多余的滲透雨水將會補充城市的地下水資源。

基于人工設計的儲水設施儲存的雨水資源，可以調節(jié)雨季與干旱季節(jié)的水量平衡，形成連續(xù)、穩(wěn)定和具有 持續(xù)供水能力的穩(wěn)定系統(tǒng)[16]。一方面，利用人工的地上和地下蓄水池儲存的雨水，可再次作為景觀用水和清潔用水被使用；另一方面，利用綠地內的人工濕地、下凹式綠地和雨水花園等儲蓄的雨水資源，可以和綠地的景觀建設結合，同時也可為住區(qū)的動植物提供生態(tài)棲息地。

表2 改良填料的配比

4 結語

隨著城鎮(zhèn)化進程的推進，城市居住區(qū)的數(shù)量持續(xù)增加，但城市的水資源卻遭受嚴重破壞。水資源的短缺與居住區(qū)頻頻發(fā)生的洪澇現(xiàn)象產生了強烈對比。居住區(qū)綠地層面的雨洪管理策略和方法，不僅可以降低住區(qū)內澇風險、減輕城市市政排水管道壓力，還能更好地引導利用雨水資源，從而一定程度上解決水資源短缺和城市內澇問題?；谝陨险J知，本文從如何在居住區(qū)綠地雨水的產生、傳輸和儲蓄利用三個階段落實居住區(qū)雨洪管理理念的角度入手，提出提高雨水徑流滲透率、控制雨水徑流流向與速度和優(yōu)化雨水儲蓄利用的策略，并且系統(tǒng)歸納了雨洪管理目標下的居住區(qū)綠地排水和蓄水利用的設計引導方法，以期為多角度研究居住區(qū)綠地的雨洪管理問題提供經(jīng)驗。