海綿城市設(shè)計在城市生態(tài)景觀建設(shè)中的應(yīng)用

摘" " 要：為解決嚴(yán)重的水資源與生態(tài)問題，以上海市云錦路下沉綠地為例，對城市生態(tài)景觀建設(shè)進(jìn)行研究，提出構(gòu)建海綿城市生態(tài)景觀下沉式綠地，通過計算雨水滲透率、有效蓄水量、地表流水率變化情況等，評估海綿城市生態(tài)景觀的效能。針對化學(xué)需氧量、氨氮、總磷等污染指標(biāo)，計算化學(xué)需氧量的去除率情況，實現(xiàn)雨水資源循環(huán)利用與凈化，有效應(yīng)對水資源短缺與環(huán)境污染，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：海綿城市；下沉式綠地；城市生態(tài)景觀；雨水滲透率；滯留時間

中圖分類號：TU992" " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " " " " " 文章編號：1005-7897（2025）01-0028-03

0" 引言

海綿城市借助了自然生態(tài)系統(tǒng)的運作方式，實現(xiàn)雨水的高效吸納、儲存、下滲和凈化，優(yōu)化城市水環(huán)境，同時還注重城市的生態(tài)環(huán)境與生物多樣性，促進(jìn)城市與自然的和諧共生[1]。然而，當(dāng)前許多城市在建設(shè)過程中采用了“硬化鋪設(shè)”的方式，導(dǎo)致雨水下滲困難，僅依賴傳統(tǒng)排水設(shè)施，造成了水資源的浪費和生態(tài)景觀的破壞[2-3]。

1" 海綿城市設(shè)計概論

1.1" 海綿城市設(shè)計的內(nèi)涵

海綿城市理念在改善目前城市對環(huán)境影響、實現(xiàn)人類生活與自然環(huán)境有機(jī)融合共生方面起到至關(guān)重要的作用。作為一種城市建設(shè)的創(chuàng)新理念，近些年來海綿城市建設(shè)工作在我國取得了較快的應(yīng)用發(fā)展，并且對我國城市化建設(shè)進(jìn)程產(chǎn)生了重要的影響。在城市生態(tài)景觀規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)中，該理念均得到廣泛應(yīng)用。在海綿城市理論體系下，充分利用城市的水系統(tǒng)，使降水不再是對城市有負(fù)面影響的因素，而是城市可持續(xù)發(fā)展循環(huán)利用的資源。同時，海綿城市還運用了自然生態(tài)系統(tǒng)的凈化功能，對雨水進(jìn)行過濾和凈化，改良城市水環(huán)境，提高城市用戶用水的水質(zhì)量。在規(guī)劃與設(shè)計的過程中，海綿城市全面考慮自然環(huán)境，對生態(tài)環(huán)境、綠色發(fā)展的理念進(jìn)行統(tǒng)一，以實現(xiàn)城市和自然環(huán)境的融合共存。這種城市發(fā)展理念突破了傳統(tǒng)的建設(shè)模式，注重綠色基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建，如下沉式綠地等，讓城市在改善生活環(huán)境的同時也實現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化。海綿城市作為一種實用的城市設(shè)計模式，體現(xiàn)了以生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展為核心的城市發(fā)展理念。在未來的城市建設(shè)中，海綿城市理念將占據(jù)主要地位，成為引領(lǐng)城市可持續(xù)發(fā)展、構(gòu)建生態(tài)環(huán)境的重要理念。

1.2" 海綿城市的關(guān)鍵特征

海綿城市的核心特征在于生態(tài)化和可持續(xù)性，其創(chuàng)新性有效解決了現(xiàn)代城市中水資源管理和環(huán)境保護(hù)兩大難題[4]。這種城市發(fā)展模式觀察到自然界水循環(huán)復(fù)雜而精妙的過程，并在實際建設(shè)中借助和融入這些自然機(jī)制。因此，海綿城市設(shè)計并不局限于簡單的雨水收集和排放，而是從雨水處理的開始到結(jié)束，每個環(huán)節(jié)都精心設(shè)計，充分利用土壤、植被和水體等自然元素，構(gòu)建一個完整且高效的雨水處理系統(tǒng)，形成閉合的雨水循環(huán)鏈條。

2" 海綿城市理念在城市生態(tài)景觀建設(shè)中的應(yīng)用策略

2.1" 海綿城市理念的實施原理

當(dāng)前，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，使得城市現(xiàn)代化建設(shè)也同樣快速發(fā)展，但城市設(shè)計與城市發(fā)展還存在一定的差距。特別是城市基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計不能滿足城市發(fā)展需要的現(xiàn)象已較為普遍，因此需要在當(dāng)代城市設(shè)計中進(jìn)一步推廣海綿城市理念。

海綿城市是一種創(chuàng)新的城市雨洪管理設(shè)計，其核心在于通過構(gòu)建包括下沉式綠地在內(nèi)的多種綠色基礎(chǔ)設(shè)施，有效地提升城市透水性，從而有效收集、滯留并自然凈化雨水資源[5]。海綿城市生態(tài)景觀建設(shè)中，可通過下沉式綠地收集市政道路及園區(qū)道路周圍區(qū)域雨水徑流。具體而言，周圍園區(qū)道路與市政道路的建設(shè)高度約為4.3m，溢流口的建設(shè)高度為3.9m，底部建設(shè)的高度為3.5m，種植土層建設(shè)深度為0.4m，碎石排水層建設(shè)厚度為0.4m，并設(shè)置防滲土工布。下沉式綠地建設(shè)流程如圖1所示。從建設(shè)流程和構(gòu)造中可以清晰地看出，先通過線性排水溝收集周圍園區(qū)道路及綠地廣場內(nèi)的徑流，隨后自然流入下沉式綠地。同時，周圍市政道路的雨水徑流也經(jīng)過雨水口內(nèi)的截流裝置處理，最終匯入下沉式綠地。下沉式綠地底部設(shè)計有碎石排水層，使得下滲的徑流能夠迅速通過排水層內(nèi)的管道排出。這些收集到的下滲徑流，可以用于周邊綠化的澆灌，實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。在緊急情況下可以直接排入市政管網(wǎng)，以確保城市排水系統(tǒng)的正常運行。例如，天氣極端的情況下，徑流量超過下沉式綠地的滲透能力時，下沉式綠地上方設(shè)置的500mm×500mm溢流口開始發(fā)揮作用，可以將多余的徑流排入市政管網(wǎng)，從而防止因積水過多而對下沉式綠地和周圍的環(huán)境造成破壞。

2.2" 海綿城市生態(tài)景觀的計算依據(jù)

在生態(tài)景觀水系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)用海綿城市理念不僅能實現(xiàn)生態(tài)景觀的功能化作用，還能設(shè)計符合現(xiàn)代審美的生態(tài)景觀。在海綿城市建設(shè)模式下，設(shè)計時能將水系統(tǒng)生態(tài)景觀以及其他類型的生態(tài)景觀有機(jī)融合，因此從審美角度看，以海綿城市為理念設(shè)計的生態(tài)景觀更能滿足審美的需要。同時，海綿城市設(shè)計理念能提升生態(tài)景觀體系中水系統(tǒng)的利用效率，能夠達(dá)到較好的應(yīng)用效果。海綿城市生態(tài)景觀雨水滲透率公式：

Q1=K×A×t。（1）

式中：Q1——雨水滲透量；K——土壤滲透系數(shù)；A——滲透面積；t——滲透時間。

海綿城市生態(tài)景觀雨水滯留時間公式：

T=Ｖ/Q。（2）

式中：V——雨水滯留體積，m3；Q——雨水流出速率，m3/s；T——雨水滯留時間，s。

海綿城市生態(tài)景觀每平方米蓄水量涵蓋有效蓄水量Vs與調(diào)節(jié)蓄水量Vd，雨水調(diào)節(jié)空間與設(shè)施調(diào)節(jié)蓄水量Vd相對應(yīng)。設(shè)施有效蓄水量Vs由設(shè)施頂部和結(jié)構(gòu)內(nèi)部的蓄水容積構(gòu)成，運算公式如下：

Vs=V1+V2。（3）

式中：Vs——設(shè)施每平方米的有效蓄水量，m3/m2；V1——設(shè)施頂部每平方米的蓄水量，m3/m2；V2——結(jié)構(gòu)內(nèi)部每平方米的蓄水量，m3/m2。

海綿城市生態(tài)景觀減少地表流水率公式：

R3=[（Q3-Q2）/Q3]×100%。（4）

式中：Q3——傳統(tǒng)地表水流率；Q2——改進(jìn)（如建設(shè)下沉式綠地等）后地表水流率；R3——減少地表流水率。Q3-Q2計算得出的是由于采取改進(jìn)措施而減少的地表水流的量，而最后乘以100%是將該比例轉(zhuǎn)換為百分?jǐn)?shù)的形式，以更直觀地表示地表水流量減少的程度。

海綿城市生態(tài)景觀土壤含水量的公式：

wv=[v1/v]×100%。（5）

式中：wv——土壤含水量；V1——土壤水體積；V——土壤總體積。

海綿城市生態(tài)景觀降低內(nèi)澇風(fēng)險率公式：

R=（R1-R2）/R1×100%。（6）

式中：R1——傳統(tǒng)內(nèi)澇風(fēng)險率；R2——改進(jìn)后內(nèi)澇風(fēng)險率；R——降低內(nèi)澇風(fēng)險率；R1-R2——傳統(tǒng)綠地內(nèi)澇風(fēng)險率與改下沉式綠地內(nèi)澇風(fēng)險率的差值。

在評估不同污染物指標(biāo)（如化學(xué)需氧量、氨氮、總磷等）的去除率時，針對化學(xué)需氧量這一特定指標(biāo)的去除率公式如下：

η化學(xué)需氧量=（C進(jìn)-C出）/C進(jìn)×100%。（7）

式中：η化學(xué)需氧量——化學(xué)需氧量平均去除率；C進(jìn)——進(jìn)水化學(xué)需氧量濃度，mg/L；C出——出水化學(xué)需氧量濃度，mg/L。

本文基于海綿城市理念，設(shè)計了城市生態(tài)景觀系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，能夠打造出具有城市個性特征的生態(tài)景觀區(qū)域，并為城市居民創(chuàng)造更為舒適的綠色生態(tài)環(huán)境福祉。

3" 實驗對比分析

3.1" 實驗配置

實驗地點：上海市云錦路下沉綠地。

降雨模擬：參考?xì)v史降雨數(shù)據(jù)。

降雨天數(shù)：3d。

降水量：第一天大雨（40mL/d），第二天中雨（25mL/d），第三天小雨（6mL/d）。

數(shù)據(jù)收集：人工收集。

具體時間：2024年5月10～13日07：30-21：30。

3.2" 下沉式綠地與傳統(tǒng)綠地對比分析

針對海綿城市設(shè)計的下沉式綠地與傳統(tǒng)綠地進(jìn)行一系列實驗對比，結(jié)果如表1所示。在雨水滲透率方面，下沉式綠地為74%，而傳統(tǒng)綠地為56%。這表明下沉式綠地獨特的設(shè)計結(jié)構(gòu)，更有利于雨水快速滲入土壤，從而使更多雨水滲透到地下。在雨水滯留時間上，下沉式綠地可達(dá)7h，傳統(tǒng)綠地為4h。由于下沉式綠地地勢較低，擁有更大的蓄水空間，所以能更長時間地留存雨水。每平方米蓄水量方面，下沉式綠地為8L，傳統(tǒng)綠地為3L，下沉式綠地的蓄水能力更強(qiáng)，有助于在降雨時存儲更多雨水。在減少地表雨水流失率方面，下沉式綠地達(dá)86%，傳統(tǒng)綠地為49%，下沉式綠地能更有效地降低水流速度。在土壤含水量方面，下沉式綠地為78%，傳統(tǒng)綠地為51%，下沉式綠地能使土壤保持更高的含水量，有利于植物生長和維護(hù)土壤生態(tài)。在降低內(nèi)澇風(fēng)險率方面，下沉式綠地為87%，傳統(tǒng)綠地為47%，很顯然下沉式綠地在降低內(nèi)澇風(fēng)險方面表現(xiàn)更為出色，能更好地應(yīng)對強(qiáng)降雨引發(fā)的內(nèi)澇問題。

3.3" 下沉式綠地與傳統(tǒng)綠地污染控制率對比分析

減少徑流污染是海綿城市雨水管理系統(tǒng)設(shè)計的重要目標(biāo)之一。上海市下沉式綠地與傳統(tǒng)綠地徑流污染平均濃度的對比如表2所示。從表2可以看出，下沉式綠地在化學(xué)需氧量、5日生化需氧量、懸浮物、NH4+-N、總磷和總氮等污染物指標(biāo)上的濃度均低于傳統(tǒng)綠地，具體差值分別為75mg/L、28mg/L、15mg/L、0.98mg/L、0.22mg/L和1.08mg/L。這表明下沉式綠地在降低徑流污染物濃度方面效果更為顯著，能更有效地實現(xiàn)生態(tài)景觀建設(shè)中的水質(zhì)凈化，減少污染對生態(tài)系統(tǒng)的影響。對于懸浮物的去除率，下沉式綠地的下限數(shù)據(jù)為67%，上限數(shù)據(jù)為99%，而傳統(tǒng)綠地的下限數(shù)據(jù)為48%，上限數(shù)據(jù)為79%，兩者的差值分別為19%和20%。這進(jìn)一步說明下沉式綠地在去除懸浮物方面的能力更強(qiáng)，效率更高，能有效改善生態(tài)景觀中水體的透明度和底質(zhì)質(zhì)量。所以下沉式綠地在控制徑流污染、減少徑流量和懸浮物去除率等方面都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)綠地，對生態(tài)景觀建設(shè)的發(fā)展具有更好的促進(jìn)作用，能夠創(chuàng)造更優(yōu)質(zhì)的生態(tài)環(huán)境和更可持續(xù)的水資源管理模式。

4" 結(jié)語

海綿城市理念下，通過構(gòu)建下沉式綠地等綠色基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)了對城市雨水的有效收集、滯留和自然凈化。研究結(jié)果表明，在與傳統(tǒng)綠地的對比中，下沉式綠地雨水滲透率為74%，滯留時間達(dá)7h，每平方米蓄水量為8L，減少地表雨水流失率為86%，土壤含水量為78%，降低內(nèi)澇風(fēng)險率為87%。在污染控制率方面，下沉式綠地在化學(xué)需氧量濃度低于傳統(tǒng)綠地，懸浮物去除率為67%～99%，而傳統(tǒng)綠地為48%～79%。通過以上對比實驗發(fā)現(xiàn)海綿城市設(shè)計在改善城市生態(tài)環(huán)境、提升水資源管理能力方面具有優(yōu)勢，為城市生態(tài)景觀建設(shè)提供了有益參考，實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)需求合理選擇和配置相關(guān)設(shè)施與植物，以實現(xiàn)最佳效果。

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作者簡介：楊碩（1994— ），男，漢族，北京人，本科，研究方向為園林景觀設(shè)計。