淺談植草溝在市政公園項(xiàng)目中的應(yīng)用

文／齊悅 福建省建研工程顧問有限公司 福建福州 350025

引言：

伴隨著中國城市規(guī)模高速擴(kuò)張，對土地利用面積日益擴(kuò)大，城市中不透水下墊面占比急劇增加，雨水難以及時(shí)下滲，暴雨時(shí)部分市政雨水管網(wǎng)又無法及時(shí)排走雨水，進(jìn)而導(dǎo)致了城市內(nèi)澇。有鑒于此，根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南—低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》和國務(wù)院[2015]75 號文的要求，各類項(xiàng)目綜合利用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施，積極推行海綿城市的建設(shè)，以最大限度減少城市開發(fā)建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響。在這一過程中，下凹綠地、雨水花園、旱溪、植草溝、透水下墊面、調(diào)蓄池等各類LID 技術(shù)均得到了廣泛應(yīng)用。這些新型雨水徑流控制措施在控制雨水徑流和徑流污染的同時(shí)，還可通過就近利用或回補(bǔ)地下水等手段使雨水資源化[1]。

在市政公園項(xiàng)目中，場地內(nèi)需控制雨水組成主要包括綠地地表匯水和園區(qū)內(nèi)道路、廣場地面徑流等，其產(chǎn)流較為分散。而公園項(xiàng)目對于景觀所營造的整體視覺效果要求更高，設(shè)置于道路周邊的灌木、大型喬木等不耐澇植物的種植區(qū)設(shè)置也會進(jìn)一步限制雨水花園、下凹綠地等生物滯留設(shè)施的位置選擇和布置，進(jìn)一步增加了路面徑流雨水收集的困難。而道路雨水徑流中含有有機(jī)化合物、重金屬、致病菌等多種污染物，若不加處理直接排放，勢必會對受納水體造成較大污染[2]。為解決這一矛盾，植草溝在市政公園項(xiàng)目中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

植草溝是一種構(gòu)造簡單，建設(shè)成本低，日常維護(hù)也較為方便的植物型溝渠。地面的雨水徑流可通過沿程漫流匯水、沿程多點(diǎn)匯水或集中匯水等方式進(jìn)入沿匯水面周邊布置的植草溝，再經(jīng)過溝內(nèi)植物對雨水中雜質(zhì)的過濾和攔截，植草溝可對其服務(wù)范圍內(nèi)的雨水起到收集、過濾和凈化的作用。在適宜的條件下，植草溝可以部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)的道路雨水口及附屬的雨水管渠系統(tǒng)[3]。與傳統(tǒng)道路雨排水系統(tǒng)相比，植草溝占地面積較大，在開發(fā)強(qiáng)度較大、用地緊張的商業(yè)區(qū)域內(nèi)不宜設(shè)置，但在市政公園項(xiàng)目中，植草溝的優(yōu)勢較為明顯。植草溝布置非常靈活且與景觀綠地易于融合，對景觀整體效果影響較小，而沿道路布置的植草溝對于沿程路面雨水的收納效果良好，極大改善了路面雨水的徑流控制情況[4]。本文以杭州某市政公園項(xiàng)目為例，嘗試探討植草溝在海綿城市中的應(yīng)用。

1、工程概況

本項(xiàng)目位于浙江省杭州市苕溪景觀帶區(qū)域，貫穿臨安主城區(qū)的唯一帶狀綠廊，是中心城區(qū)重點(diǎn)的水生態(tài)景觀。苕溪北岸濱水景觀帶全長約750m，寬度約為35-222m；苕溪南岸濱水景觀帶全長約520m，寬度約30-53m；河道寬約100m；建設(shè)紅線面積約77000 m2；順接苕溪兩岸已建成或在建堤防。項(xiàng)目整體綠化率較高，為生物滯留設(shè)施的布置提供了較為充裕的空間。根據(jù)管控指標(biāo)要求，本項(xiàng)目年徑流總量控制率需不低于85%。

2、植草溝布置原則

本項(xiàng)目場地內(nèi)硬質(zhì)屋面較少，總計(jì)約1600 m2硬質(zhì)屋面，且建筑周邊均有較適宜的空間用以設(shè)置雨水花園或高位花壇等生物滯留設(shè)施，建筑屋面雨水可通過建筑落水管接入并就近消納。根據(jù)下墊面分析及場地布置可知，本項(xiàng)目場地內(nèi)綠地率約59.1%，道路及附屬廣場面積約占項(xiàng)目總面積的38.7%，因此場地內(nèi)的雨水徑流主要由綠地和場地內(nèi)道路及附屬廣場產(chǎn)生。而作為重點(diǎn)景觀公園項(xiàng)目，園區(qū)內(nèi)道路周邊綠地景觀是公園的“形象門戶”，若沿程大面積布置雨水花園、下凹綠地等生物滯留設(shè)施，雖可解決路面雨水的收納問題，但勢必會給公園整體景觀效果的營造帶來較大困難。

一方面，在市政公園項(xiàng)目中，海綿設(shè)計(jì)應(yīng)以配合公園整體景觀風(fēng)貌為主，需盡可能融入景觀效果，避免對綠地景觀造成過大影響。另一方面，公園項(xiàng)目綠地率較高，具備良好的海綿城市建設(shè)基礎(chǔ)，因此對徑流控制率的管控要求也較高，對于路面及附屬廣場的雨水徑流需做到應(yīng)收盡收。為滿足這一要求，本項(xiàng)目沿道路走向設(shè)置隱形式植草溝以收集路面雨水。植草溝邊坡與周邊地形自然銜接，溝內(nèi)植物與周邊綠地植物統(tǒng)一設(shè)計(jì)，以使植草溝融入整體景觀中。在大面積景觀綠地周邊地形低點(diǎn)，也對通過原有地形進(jìn)行適當(dāng)改造，使景觀綠地內(nèi)產(chǎn)生的徑流雨水亦可由周邊設(shè)置的植草溝有效收集。同時(shí)，為了有效控制植草溝的水位并防止公園積水，本項(xiàng)目根據(jù)各植草溝服務(wù)面積及所需消納雨水量，于植草溝下游端部設(shè)置一座雨水花園，采用植草溝和雨水花園聯(lián)合設(shè)置的方式進(jìn)一步滯留并凈化雨水。

本項(xiàng)目場地內(nèi)大部分區(qū)域道路縱坡較為平緩（約0.5%～2%），植草溝縱坡可沿道路設(shè)置，局部道路坡度較大處，可在植草溝內(nèi)增設(shè)攔沙壩，以降低其有效坡度，延長溝內(nèi)雨水過濾和滲透的接觸時(shí)間。植草溝設(shè)計(jì)寬度一般為0.6～2m，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，在局部放大或縮小，以配合周邊地形地貌，營造一定的景觀效果。

考慮到極端暴雨下的應(yīng)急排水，本項(xiàng)目于植草溝或其所連通的下游雨水花園內(nèi)設(shè)有溢流井，當(dāng)降雨量超過設(shè)計(jì)雨量時(shí)，超限雨水可通過溢流井排入下游雨排水設(shè)施，避免園區(qū)內(nèi)積水。溢流井溢流高度低于周邊道路最低處50-100mm，以防止雨水漫過路面。

3、植草溝構(gòu)造設(shè)計(jì)及計(jì)算

3.1 植草溝選型及構(gòu)造

目前較為常用的植草溝可根據(jù)其在常態(tài)下的保水狀態(tài)分為干式植草溝和濕式植草溝。

干式植草溝改良了傳統(tǒng)的傳輸性植草溝，于植草溝底部增設(shè)了排水系統(tǒng)，其上采用滲透性能良好的透水土壤，其雨水傳輸和滲透能力更強(qiáng)。干式植草溝的主要作用是收集并傳輸?shù)乇韽搅饔晁?，其傳輸能力與溝內(nèi)植被密度與高度有關(guān)。通過溝內(nèi)植被、土壤和微生物等共同作用，干式植草溝在傳輸雨水的同時(shí)也可起到一定過濾和凈化的作用。在常態(tài)下干式植草溝內(nèi)沒有雨水蓄存，避免了雨水長期浸泡造植物根莖，有利于溝內(nèi)的地被植物生長。其日常維護(hù)較為簡單，只需保證其排水系統(tǒng)暢通并定期修剪地被植物即可。

濕式植草溝與干式植草溝的主要區(qū)別在于保水性方面。濕式植草溝形成了類似濕地的洼地，由于在常態(tài)下被雨水浸泡，溝內(nèi)植物對耐水性的要求較高。另外，濕式植草溝內(nèi)常年有水，因而更易滋生蚊蟲，會產(chǎn)生一定的安全及衛(wèi)生隱患，對衛(wèi)生及環(huán)境要求較高的區(qū)域不宜使用。

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況和景觀需求，本項(xiàng)目選用干式植草溝作為收集并傳輸?shù)缆芳熬G地徑流雨水的主要手段，其主要構(gòu)造包括：

（1）蓄水層

蓄水層位于植草溝最上部，深度一般根據(jù)當(dāng)?shù)亟涤晏匦院椭苓叺匦蔚孛驳纫蛩卮_定。其主要功能是滯留及傳輸植草溝所收集的雨水，有效沉淀雨水中的顆粒物質(zhì)，同時(shí)去除部分金屬離子和有機(jī)物[5]。為了充分利用植草溝側(cè)壁的凈化作用，增加所收集徑流雨水與基質(zhì)層中微生物的有效接觸機(jī)會，本項(xiàng)目主要采用周邊道路放坡銜接植草溝畜水層的沿程進(jìn)水方式，以增強(qiáng)植草溝對雨水中污染物的攔截、吸附效果。本項(xiàng)目植草溝畜水層設(shè)置為150mm。

（2）植被層

植被層具有良好的生態(tài)景觀效果，可以有效改善溝內(nèi)徑流的水力條件，較好地避免了溝內(nèi)雨水流速過大及土質(zhì)邊溝的水土流失問題，同時(shí)具有良好的生態(tài)景觀效果。溝內(nèi)植被設(shè)計(jì)高度一般控制在100-200mm，植被過低會影響植草溝對雨水的滯留和凈化效果，過高則會降低植草溝的過水能力，對雨水的傳輸和排除造成不利影響。在溝內(nèi)植物的品種選擇上，優(yōu)先選用根系發(fā)達(dá)，對水質(zhì)凈化作用較強(qiáng)，耐澇性、抗旱能力較好，且易于養(yǎng)護(hù)、管理的品種。另外，根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果，相較于種植單一植物，將多種植物組合種植更有利于水中污染物的去除[6]。

（3）種植土層

種植土層具有良好的過濾和吸附作用，是植物根系生長的基礎(chǔ)，微生物也在其內(nèi)降解有機(jī)物。種植土層一般選擇滲透系數(shù)較大的透水性土壤，以利于雨水下滲。其土壤類型及厚度除需符合溝內(nèi)種植物的生長及養(yǎng)護(hù)要求外，還應(yīng)考慮滿足水質(zhì)凈化目標(biāo)。本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)種植土層厚度不小于200mm?？紤]到所積蓄雨水所需的下滲時(shí)間不宜過長，本項(xiàng)目要求植草溝種植土及下墊面土壤滲透系數(shù)不小于5×10-6m/s。根據(jù)地質(zhì)勘探資料揭示，本項(xiàng)目生物滯留設(shè)施設(shè)置范圍內(nèi)的場地面層覆土主要為雜填土，可達(dá)到設(shè)計(jì)要求的土壤滲透系數(shù)。少量原土壤滲透系數(shù)過小的區(qū)域，需局部更換下墊面填土以滿足要求。

（4）礫石排水層

礫石排水層通過其內(nèi)敷設(shè)的穿孔盲管將滲濾的雨水收集并排入下游雨排水設(shè)施。本項(xiàng)目穿孔盲管采用DN100 PE 型管材，盲管的開孔率為1%-3%之間，開孔孔徑需小于礫石粒徑，盲管外填充200mm 厚的級配碎石。礫石排水層以200g/m2的透水土工布包裹，以避免種植土層內(nèi)土壤顆粒隨雨水進(jìn)入排水層。

本項(xiàng)目植草溝設(shè)計(jì)構(gòu)造如圖1 所示。

圖1 植草溝構(gòu)造示意圖

3.2 溢流雨水口復(fù)核

根據(jù)浙江省《暴雨強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》（DB33/T1191-2020），杭州市暴雨強(qiáng)度公式為：

式中，q——設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度[L/(s·hm2)]；

P——設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（年），本項(xiàng)目取P=3a；

t——降雨歷時(shí)（min），本項(xiàng)目取t=10min。

根據(jù)上式計(jì)算可得：q=332.13L/(s·hm2)。

經(jīng)分析比較可知，本項(xiàng)目場地內(nèi)溢流設(shè)施最不利處為項(xiàng)目東南角處溢流井，該溢流井服務(wù)面積約為1154m2，其中包括約148m2透水瀝青路面和約1006m2綠地。本項(xiàng)目透水瀝青路面雨量徑流系數(shù)取0.30，綠地雨量徑流系數(shù)取0.15，則其所服務(wù)區(qū)域的綜合徑流系數(shù)為0.17。

設(shè)施服務(wù)范圍內(nèi)雨水設(shè)計(jì)流量采用下式計(jì)算：

式中，Qs——雨水設(shè)計(jì)流量(L/s)；

q——設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度[L/(s·hm2)]；

Ψ——綜合徑流系數(shù)；

F——匯水面積(hm2)。

根據(jù)上式計(jì)算可得：Qs=6.52L/s。

此處設(shè)施設(shè)置1 個不銹鋼溢流雨水口，設(shè)計(jì)規(guī)格為310×600mm，其進(jìn)水孔口面積為0.0685m2，孔口為方角。

溢流口泄水能力采用下式計(jì)算:

式中，W——雨水篦的進(jìn)水孔口面積（m2）；

C——孔口系數(shù)，圓角孔取0.8，方角孔取0.6；

h——雨水篦上的水深（m），本項(xiàng)目按道路超高取值0.05m；

K——孔口堵塞系數(shù)，本項(xiàng)目取0.67。

根據(jù)上式計(jì)算可得：Q=27.5L/s >Qs，故該海綿設(shè)施內(nèi)溢流雨水口設(shè)置可滿足設(shè)計(jì)重現(xiàn)期內(nèi)場地雨排水的要求。

3.3 植草溝植物選擇及養(yǎng)護(hù)

為了有助于污染物的凈化及土壤加固土壤，防止水土流失，植草溝內(nèi)的植物種植應(yīng)優(yōu)先選用根系較為發(fā)達(dá)且葉莖短小、適宜密植的草本植物。由于植草溝內(nèi)水環(huán)境較為復(fù)雜且變化較大，溝內(nèi)植物尚需能耐短期水淹，耐雨水沖刷，并且需有一定耐旱能力。因徑流雨水挾帶的泥沙會在植草溝內(nèi)堆積，因此溝內(nèi)植物需能在薄砂和沉積物堆積的環(huán)境中正常生長，并需具有一定的抗污染能力和抗逆性。同時(shí)，溝內(nèi)植物還應(yīng)兼顧一定的觀賞性，以提升景觀品質(zhì)，形成可觀、可賞、可用的最終效果[7]。

本項(xiàng)目植草溝內(nèi)植物的主要選擇包括：馬尼拉草、細(xì)葉結(jié)縷草、果嶺草、大葉油草等。

在植草溝建成后的運(yùn)行過程中，應(yīng)及時(shí)清理溝內(nèi)雜物并注重植物的養(yǎng)護(hù)。植草溝內(nèi)的植被層除了能增強(qiáng)溝內(nèi)雨水徑流滯蓄效果外，還會顯著提升其對所收集雨水中氨氮和總磷等污染物的去除率[8]。因此當(dāng)植被覆蓋率低于50%時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)種，以保證植草溝的滯蓄能力及對污染物的凈化效果；而溝內(nèi)植物過度生長時(shí)，則需及時(shí)修剪，以免影響植草溝的輸水能力。

結(jié)語：

本項(xiàng)目中，沿道路、廣場及景觀綠化周邊設(shè)置了總長度約2400m 的植草溝，較好地達(dá)成了充分收集廠區(qū)內(nèi)徑流雨水的目的。通過聯(lián)合設(shè)置下凹綠地、雨水花園、透水下墊面等多種海綿設(shè)施，最終項(xiàng)目年徑流總量控制率可達(dá)86.76%，實(shí)現(xiàn)了場地地表雨水自消納，不外排的源頭消減要求。另一方面，利用植草溝收集并傳輸雨水的方式增加了其他海綿設(shè)施設(shè)置的靈活性，而植草溝自身又較易與附近景觀綠化融合。因此，經(jīng)過對周邊植物的綜合設(shè)計(jì)，最終呈現(xiàn)的景觀視覺效果優(yōu)良，道路周邊留有休閑、游憩的空間，大型喬木、灌木生長環(huán)境良好。項(xiàng)目總體上即滿足了海綿城市的建設(shè)要求，又實(shí)現(xiàn)了良好的景觀和使用效果。