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雨水花园综述

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发表于 2017-4-25 16:27:23 | 显示全部楼层 |阅读模式

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雨水花园综述

摘要:随着城市化进程的加快,越来越多的地表径流和雨水循环问题出现,这同时也引发了水资源浪费与城市生态环境恶化。雨水花园的推广、建设将是解决这一问题的有效途径之一。雨水花园是一种生态可持续的雨洪管理以及雨水利用设施,具有低成本、高效能、建造简单等优点。
本文首先阐述了雨水花园的定义及其源流,介绍了雨水花园的功能与类型;然后,针对中国现状,就雨水花园如何在国内发展提出了建议。

关键词:雨水花园;雨水利用;水循环

Abstract:More and morestorm water and rain circulation problem come up as the urbanizeacceleration.At the mean time,that's why water waste and urban ecologicaldeterioration get focused.Set up rain gargen is one of the most efficientmethods.The rain garden is an ecological andsustainable facility used for storm and flood control and utilization. It has advantages of low cost, high efficiency and easy constructing.
     This paper discussesfrom the definition of rain garden and its origin areexpounded first, and its functions and types areintroduced. After that, according to the current situation of China, somesuggestions on rain garden developing are put forward.
Keywords: rain garden; rainwater utilization;water circulation





1.绪论
1.1 城市化与雨水问题
城市化是我国经济发展的主要特征之一,2020年之前,我国将延续改革开放20年来城市化进程的快速发展势头,城市进程的加快,大量硬质不透水材料投入到城市建设当中,这也使得越来越多的自然上地被不透水材料所覆盖。它们密闭而不透水,因此雨水不能及时渗入地下,从而使自然界的水循环受阻。我国又是一个严重缺水的国家,许多城市主要依靠地下水资源供给城市用水,而城市中大面积不透水的地面导致大量雨水从城市下水管道中流走,不能渗入地下,补给地下水。这造成了水资源循环的不良后果,将严重破坏整个生态环境。在当前形势下,有必要在我国倡导建造雨水花园。
建立雨水花园有效的收集雨水,使得雨水通过渗透回到自然循环当中。水资源被重新整理分配后,地下水得以补充。雨水花园具有对雨水过滤处理的功能,可以控制水体资源的水质污染。

1.2 雨水花园的研究范围
1.2.1 雨水花园的定义
雨水花园出现于20世纪90年代,起源于美国,是一种新型的以有效利用雨水、节约水资源为目的的花园形式。其定义是自然形成的或人工挖掘的浅凹绿地,被用于汇聚并吸收来自屋顶或地面的雨水,是一种生态可持续的雨洪控制与雨水利用设施[1](图1)。也是一种有效的雨水自然净化与处置技术,生物滞留设施[2]。
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雨水花园对雨洪调节与雨水利用有着显著的功效,同时雨水花园本身还是一种管理简单粗放、自然美观的景观绿地。兼具生态的的同时又不失景观品质。广义的来讲,凡是绿地建设中采用了雨水收集、处理、利用等生态技术并呈现较好景观品质的都是雨水花园。
1.2.2雨水花园的功能与类型
1.2.2.1雨水花园的功能
    雨水花园除了能够有效地进行雨水渗透之外,还具有多方面的功能:
1)能够有效地去除径流中的悬浮颗粒、有机污染物以及重金属离子、病原体等有害物质;
2)通过合理的植物配置,雨水花园能够为昆虫与鸟类提供良好的栖息环境;
3)雨水花园中通过其植物的蒸腾作用可以调节环境中空气的湿度与温度,改善小气候环境;
4)雨水花园的建造成本较低,且维护与管理比草坪简单;此外,与传统的草坪景观相比,雨水花园能够给人以新的景观感知与视觉感受。
1.2.2.2雨水花园的类型
    雨水花园按其功能可分为2种类型:
1)以控制径流为目的
    该类雨水花园主要起到滞留与渗透雨水的目的,结构相对简单。一般用在环境较好、雨水污染较轻的地域,如居住区等。
2)以降低径流污染为目的
    该类型雨水花园不仅是滞留与渗透雨水,同时也起到净化水质的作用。适用于环境污染相对严重的地域,如城市中心、停车场等地。由于要去除雨水中的污染物质,因此在土壤配比、植物选择以及底层结构上需要更严密的设计。
1.2.3 研究范围
    雨水花园是城市雨洪处理的终端,是以生态滞留池为主要表现的较小尺度的绿地景观。但是随着雨水花园相关技术的发展,在城市建设中越来越多的应用,人们认识到雨水花园无论对于城市生态环境的改善、雨洪调节还是景观效益都异常出色,于是产生了众多的融合雨水花园技术的绿地景观类型。因此,研究范围不单指小尺度的雨水花园环境,还包括街道、建筑周边、公园空间中具有雨水花园功能的景观。

2.雨水花园的作用与价值
2.1 雨水花园的作用
2.1.1 城市雨洪调节
    城市雨水管网的完善与否决定了雨洪的强弱。如果一市内的雨水管网较为陈旧,在雨季时瞬间雨洪较大,雨洪形成。雨洪形成不仅带来城市交通不便,也造成经济损失。面对气候因素、与城市化进程的需求,都不宜更改回原来面貌。雨水管线是原城市雨洪刚性的处理方式。城市雨水的处理着眼于将雨水从城市范围内赶紧排除去。城市化后的水文循环忽略了雨水在整个循环系统中的作用,把雨水当作废水排出城外,造成大量雨水资源的流失,加重了城市缺水程度,严重制约了城市的发展。这种刚性的雨水处理模式面对越来越复杂的城市雨洪,排水管线必须屡屡升级。因此针对雨水排放系统提出改进策略,即是利用雨水花园“柔化”雨洪。
雨水花园的目的在于截留径流,通过地下渗透、收集径流,将雨水资源化。这样减小了地表径流的量、调节了汇流时间,也使得水资源得到合理利用。相比以往的刚性排放,雨水花园的柔化雨洪更加生态有效。雨水花园体系的逐步建立将柔化城市雨洪[3]。
2.1.2 水质净化
     雨水在降落到城市硬质表面后形成径流,遭受城市表面的污染。表面污染主要有两部分构成,城市建设屋面与城市道路污染。以北京市为例,屋顶、路面及草坪径流污染均十分严重,主要污染物为COD、T、N、TP、BOD5等,平均含量均超过地表水环境质量V级标准。初雨时,路面雨水径流和屋顶雨水径流的COD值甚至可以分别达到1300mg、1O00mg的惊人程度。
    雨水花园的最重要特色便是具有对雨水的净化能力。这种净化能力要依靠整个雨水净化系统来实现,实现的主体区域就是绿地。雨水花园作为绿地来建设,不仅承担了城市净化系统的作用,更在城市景观格局上提升了城市环境质量。其特殊的净化作用主要有物理净化作用、植被净化作用、土壤净化作用和人工湿地综合净化。
2.1.3 恢复水循环
城市化发达的地区急剧增加不透水建筑材料,从而打破了水循环。于是不能有效的给地下水做出补给。中国水资源短缺,大部城市用水多为开采地下水。但是过度开采地下水会引发地面沉降、地下水漏斗等地质问题。
雨水花园通过雨水收集将降雨资源集中,然后地表渗透或者辅助设施使雨水下渗至浅表土壤以及地下水层,使雨水得以有效补充地下水,恢复水循环。雨水花园内雨水渗透利用包括绿地渗透和设施渗透两种措施。
绿地的渗透作用是指降水到达地面后,以自然的方式渗入地下,入渗量的多少将随地表的特点、土壤性质、坡度、雨水降落的速度和降雨的总量而变化。在雨水渗透过程中土壤和植物根系还可以对雨水进一步再净化,雨水径流中的悬浮物、杂质等也被土壤的过滤作用清除出。绿地自然渗透不仅恢复了水循环,还对雨水径流水质处理有重要意义。
雨水花园内建设有雨水渗透设施,让雨水回灌地下,补充涵养地下水资源。这种技术进一步修复水循环,缓解地面沉降。在中国的一般城市,采用这种渗透方式更具有使用价值。具体的雨水渗透设施包括渗井、渗管、渗透沟槽、渗水水池及透水地面等。这些渗透设施的设计和应用会提高雨水的渗透效率。

2.2 雨水花园的价值
    雨水花园的价值包括经济价值、生态价值和艺术价值三个方面。
雨水花园的建设为城市用水提供了新的水资源,大大节约城市用水成本,为城市创造经济效益。雨水花园是生态技术的具体应用与体现,其所具有的生态价值是毋庸置疑的。雨水花园在之前所述的水资源综合利用、雨洪调节、水质净化、雨水渗透等水处理利用方面表现出了其生态本性。雨水花园的建设也对城市小气候调节、城市水面增加、城市绿地增加等具有生态意义。雨水花园的景观形态呈现为自然野态之美。雨水花园虽然属于人造景观,但是因为其特有的生态特色,反而展现出了大自然中的野趣。建设雨水花园这种生态型的园林绿地,重要的意图在于恢复原有自然水循环,改善自然条件。设计内涵处处体现了尊重自然、保护自然、再现自然的自然发展观,自然之美便是雨水花园的内在美。如图2

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                             图2 雨水花园

3.雨水花园的国内外发展概况  
3.1 德国的雨水花园
德国的雨水花园技术位居世界领先地位,将雨水利用与景观设计成功结合。德国联郑和各州有关法律规定,新建或改建开发区必须考虑雨水利用系统,在德国的居住区中,雨水花园的技术同样得到了广泛的应用。常见的做法多包括屋顶绿化、水景、中水回用等,有的小区还会结合生态建筑设计利用太阳能和风能。以一座柏林市1992建成的小区为例,雨水收集利用工程将160栋建筑物的屋顶雨水通过收集系统进入三个容积为650m3的贮水池中,主要用于灌溉。同时溢流雨水和绿地、步行道汇集的雨水进入一个用砂和碎石铺设并种有多种植物的水道。然后,收集的雨水进入一个面积为1000m2、容积为1500m3的水塘(最大深度3m)。水塘中有以芦苇为主的多种水生植物,同时利用太阳能和风能使雨水在水道和水塘间循环,连续净化,使水塘内的水质得到保证。如遇暴雨,多余的水会通过渗透系统回灌地下。这样,整个小区就基本实现了雨水零排放[4]。

3.2 美国的雨水花园
    雨水花园在美国于20世纪90年代发展显著,相对应的政策和技术都很完善。美国以提高天然入渗能力为雨水利用的宗旨,大力推广屋顶蓄水和入渗井、草地、透水铺装等组成的地表回灌系统。
美国早期的雨水花园以乔治王子郡的住宅区雨洪管理系统为开端。在马里兰州的乔治王子郡新建住宅社区的项日中,开发商创造性的应用了雨水花园技术。项目采用生态滞留与雨水渗透的方法来代替传统的雨洪排水系统。最终将雨水花园在萨默塞特地区推广开来,并广泛建造。该区每一栋住宅都配建有30一4Om2的雨水花园。数年的监测结果显示雨水花园平均减少了75%一80%的地面雨水径流量,高效而又节约[5]。
美国的雨水花园中以波特兰市的雨水花园最为有名。波特兰市每年儿乎持续9个月的大雨,终年雨水充沛,针对这一特性,景观建筑师Murase等人设计了一个雨水花园的案例并随后被成功推广成为具有特色的雨水花园体系。如图3,该雨水花园案例位于波特兰市俄勒冈州科学工业博物馆停车场,紧邻东方银行大厦俄勒冈州会议中心。设计将会议中心屋顶的雨水集中并由建筑南面的落水管输送至花园。这样可以使大量降雨渗入地面,并在排水过程中可以有效改善水质。该花园巧妙的结合了水体,植物和石材等元素,将生态和科学以及美学结合在了一起。一系列的浅滩、跌水、瀑布等有效减慢了水流的速度,让雨水能够有下渗的时间和空间。不同材质和形态的石材搭建了侧边坡、沉淀池、泄洪道、挡土墙。各种水生植物可以在净化水体的同时防止水流冲刷引起的水土流失。   
image007.png                                 
图3  Murase设计的雨水花园
     如今在美国很多的城市都有雨水控制利用的景观工程。雨水塘、雨水湿地、绿色屋顶、雨水花园、街道浅沟等雨水控制利用措施都得到了很好的运用。芝加哥为了解决.城市防洪和雨水利用问题,在大多数的建筑上都安装了屋顶蓄水和入渗池、井、草地、透水地面组成的地表回灌系统。美国不但重视工程措施,而且还制定了相应的法律一法规对雨水利用给予支持。条例规定新开发区的暴雨洪水洪峰流量不能超过开发前的水平,所有新开发区必须实行强制的“就地滞洪蓄水”。这些政策无疑都促进了雨水花园的不断发展。

3.3 日本的雨水花园
    日本是很早就进行雨洪管理和雨水利用的国家。早在60年代,日本就开始兴建蓄洪池用以滞洪和储蓄雨水,储蓄的雨水用作喷洒路面、灌溉绿地等,也用于消防和发生灾害时应急用水。因此很多建筑都配建有蓄雨池。
    东京都墨田区把降到各家屋顶的雨水通过导水管收集到水箱中,然后用于冲厕所、浇庭园和洗车等。这项和居民合作来普及雨水利用的工程,获得了国际环境自治团休协商会的第一届环境奖。千叶县的长津川调节池是日本常见的一种调蓄设施。这个设施中包含了两种雨水调蓄池。一种是景观池,驳岸在设计时保留了原来的地形、地貌和植被,并在湿地周围种满了茂密的水生植物。另一种则是结合活动设施设计的游戏广场、草坪广场等,这些广场都可以作为雨水调蓄渗透塘进行蓄水。暴雨过后储蓄的雨水下渗,在削减洪峰流量的同时可以补充地下水源。枯水期时景观池可以作为人们亲水的区域,人们同时在广场上进行休闲娱乐活动。当丰水期来临时,警报则会提醒游人疏散。
3.4 我国的雨水花园
    我国城市雨水利用起步于20世纪80年代,并于90年代得到了进一步的发展。大中城市在雨水利用方面基本还处于探索和研究阶段。
    北京是我国第一个开展城市雨水利用的城市。截至目前,全市已建成雨水利用工程1200余处,仅2008年就利用雨洪水4500万m3,超过了22个昆明湖的蓄水量。2001年,国务院批准了包括雨水收集利用规划内容的《21世纪初期首都水资源可持续利用规划》。在雨水花园方面,北京先行的一些成功模式己经具备了相当的普遍意义[6]。
    奥林匹克森林公园中心区是一个很好的例子。公园中心区占地面积84.7ha,包括龙形水系、水边绿地、休闲花园绿地、中轴路、庆典广场、会展广场、树阵广场、下沉广场等景观节点。虽然场区内绿地面积较大,但是硬化铺装面积依然较大且比较集中。针对这种现状情况,公园中一部分降雨通过绿地、树阵、透水铺装地面等透水下垫面自然入渗地下,并对入渗雨水进行净化并由渗滤沟进行收集。存储在收集池内的雨水可通过回用泵与灌溉系统或水体补水系统相连,为绿地浇灌和水体补水提供水源。来不及下渗的雨水则以收集管道和设施回收利用[7]。因此,通过增加下垫面透水、蓄水能力,降低径流系数,充分利用地下空间,该区域的雨水得到了很好的利用。        
2007年4月国家建设部发布了《建筑与小区雨水利用技术工程规范》作为国家标准正式执行。当前我国对雨水利用的研究与实践还在起步的阶段,研究和设计成果多停留在很小的尺度上,以建筑外环境和小面积绿地、小区道路等,而对于范围较大、类型复杂区域的整体雨水花园工程,研究深度和广度还不够。

4.雨水花园的景观
4.1 点一建筑周边雨水花园景观
    在城市中,建筑周边的雨水花园的建设是最为普遍的。这一类型的雨水花园对空间要求不严,极为便利,在消化了城市建筑雨水的同时,为建筑提供了优美的外部环境。建筑周边的雨水花园作为一种新的生态技术,有效的削减径流量、减轻污染和城市热岛效应、调节建筑温度和美化城市环境。按期具体不同形式的应用,划分为建筑庭院雨水花园、建筑附属绿地的雨水花园和建筑广场雨水花园应用。
4.1.1 建筑庭院
    庭院拥有良好的空间围合感,内部环境相对独立,比较静谧。其内的雨水花园设计应当注意几点:
l)庭院内部的雨水花园首先应当满足收集、净化雨水的生态功能。
2)庭院空间内部可以设计地形,一方面可以划分空间,营造小中见大的空间氛围。另一方面可以利用地形,引导雨水的收集利用、净化渗透。如图4
3)庭院设计应当提供良好的休憩环境,为打造精致的庭院景观。
4)庭院设计应当与建筑的空间布局相契合,使景观融入建筑之中。      
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图4 建筑庭院中的雨水花园   

4.1.2 建筑附属绿地
    建筑附属绿地是城市环境品质的代表。在美国相关的建筑项目开发中,政府都明确规定了开发商对于建筑附属绿地的修建责任。建筑的附属绿地,往往是代表了公司、集团等办公场所的商务形象,因此相应的投资建设力度比较大。对于这种附属绿地的雨水花园,在设计时需要注意:
l)雨水处理的生态属性仍是必备要素。
2)建筑附属绿地划分城市空间,为建筑提供空间限定。
3)附属绿地内建立相应的休息停留设施,满足建筑内部人群功能需求。
4)附属绿地的可观赏性构成了城市景观界面,总体景观效益尤为重要。
5)场地直接与城市相接,市民的游览、参与性景观项目适当加入。
            
4.1.3 建筑广场
    建筑广场作为城市公共活动的聚集地,拥有大量人流的同时,也拥有了大量的硬质地面。广场硬质不透水地面的雨洪、热岛等城市效应,不仅损害了城市生态环境,也不利于市民的使用。建筑广场上的配套绿地建设中雨水花园的引入尤为重要。对于这一类型的雨水花园设计应当注意:
l)雨水花园很据地下结构选择在合适的区域收集、渗透雨水,减少暴雨期间的
高峰水量。
2)雨水花园的建设应让出人流交通流线,不妨碍建筑广场的交通需求。
3)结合周边环境建立相应的停留、休息设施,满足市民集会、休息的功能需求。
4)雨水花园收集净化后的雨水,在水质保证的前提下可以用于建筑广场景观用水和建筑中水。
5)雨水花园收集、蓄水的设计过程中,应当充分考虑水深、水质等关乎市民安全的问题。图5为建筑广场的雨水循环系统原理
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图5 建筑广场的雨水循环系统原理
图片来源:赫伯特·德莱塞特尔,德国生态水景设计


4.2 线一街道雨水花园景
4.2.1绿色街道
    将利用雨水花园的生态方式来收集、渗透、净化、处理城市雨水排放的街道,被称作绿色街道。街道雨水花园景观的运用,将原来的灰色基础设施变为绿色基础设施,将街道真正变成绿色街道。同时这种绿色街道的普及,有效地减轻了市政排水系统的压力,将会逐渐取代部分投入不菲的市政排水设施的建设。但是注意当降水大的时候,多余的雨水还是应当排入传统的城市排水系统中。绿色街道中的雨水一般会沿雨水花园的沟渠流经整条街道,最后注入一系列种有植被的洼地。雨水最终在这里经历雨水花园的净化与渗透。                                          

                  
4.2.2 应用雨水花园构建绿色街道
     雨水花园的推广普及在街道上具体体现在以及停车场的改造利用上。
l)隔离带、绿化带改造路缘石
    城市道路设计当中,分隔带两侧、绿化带的一侧会设置路缘石。通常会让路缘石高出车行道10cm,从而有效地利用隔离带和绿花带将机动车、非机动车、行人分隔。机动车、非机动车、行人分道通行,保证了道路的安全性、通行能力。路缘石将雨水完全易道汇入到了雨水收集口之中,进入城市排水管网。这样的处理方式防止雨水侵入到道路下层基础,影响道路安全。但是这种处理方式就是传统的以排为主雨水处理方式,缺乏了对雨水资源的有效利用,水资源被浪费。要对街道的隔离带、绿化带进行雨水景观改造,必须要选取较宽的隔离带、绿化带,局部将路缘石改高为平。这样将一部分街道雨水引入绿化带内,增加雨水渗透,同时减轻了绿化带的浇灌养护。隔离带、绿化带内也应当相应的系统设计雨水花园。
2)停车场下凹绿地
停车场挨绿地一侧,降低绿地的高程,使之低于停车场,形成下凹绿地。北京市在1990一1991年做了绿地高度对入渗量的影响试验,结果表明若绿地标高低于周围路面,其入渗量是高于路面时的3一4倍[8]。隔离带、绿化带、停车场经由雨水花园景观系统话的改造后,整条街道将转变为绿色街道。如图6                                                                  
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图6 停车场改造

4.2 面一雨水花园向公园尺度的拓展
    随着城市建设的不断发展,雨水花园的理论在公园尺度的景观设计中得到了应用。但是在尺度上,公园己远远超出了雨水花园的范围。公园绿地同样起到调节雨洪、控制水质的作用,也充分体现了雨水花园的设计思想。同时公园在更大尺度的雨洪调节上更加充分的发挥雨水花园的价值。公园绿地本身面积大,公园绿地内的绿地集中,便于雨水的渗透收集。公园内部地形变化丰富、结合植被群落有效的收集和净化雨水。公园绿地中的湖泊河流结合人工湿地,使得公园绿地成为雨水集蓄、水质处理的天然雨洪滞纳场。而公园内的广场、道路结合渗透性材料,最利于雨水花园技术的综合应用。
    公园中水系统、雨水系统、污水净化系统三结合,达到水资源可持续利用,处处隐含了雨水花园的缩影。公园雨水花园景观意在雨水的收集循环使用,降低了公园绿地浇灌养护的成本。同时这种区域尺度的应用对于缓解城市用水紧张、节约自来水,改善城市生态太条件,调节城市雨洪,控制城市水质都发挥了作用[9]。
    利用雨水花园构建绿色基础设施,“点”“线”“面”缺一不可。三者各有其特定的角色和作用,都承担着城市雨水生态处理的作用。应当更具城市的具体情况,依据现有雨水花园逐步完善雨水花园体系,使得“点”“线”“面”三种雨水花园均衡发展,连成网络。

5.我国雨水花园发展建议
    现代的雨水利用技术在我国发展得较晚,而“雨水花园”更是处于起步阶段。绝大部分民众还不知道“雨水花园”这一概念。借鉴国外雨水花园的经验并结合我国国情,我国雨水花园发展可从以下几个方面着手:
1)建造有代表性的公共雨水花园。
    建设具有代表性的公共雨水花园,能够起到传播概念与知识的作用。可以在以下2处开展:一是在大型公共建筑建造的附属绿地中建雨水花园;二是在公园内建造雨水花园。与公共建筑配套的雨水花园由于其多处于城市中心,雨水含污量较高,因此雨水花园的结构要求相对较高,需要专业的部门或机构来设计建造。在公园内建造的雨水花园,可以在花园中设立展板与讲解系统,让游人在亲身体验中了解雨水花园的功能及生态价值。
2)在居住区大力兴建雨水花园。
    我国城镇居民主要居住在小区楼群里,住私家单栋住宅的人数比例低,因此在居住小区推广雨水花园是行之有效的方法。由于用于居民区的雨水花园主要是控制径流,结构较为简单,因此可以让居民自己动手参与建造。一方面改善了环境,另一方面丰富了社区的活动,促进居民之间的交流,增进相互之间的感情,让社区更和谐。同时也使“雨水花园”这一概念更广泛地被人们所接受。
3)政府出台相关鼓励政策与措施。
    通过诸如无偿提供技术服务、补贴雨水花园建造费用、奖励建设雨水花园的机构或个人等政策与措施来推动雨水花园的建设。此外,由于我国的降水分布不均衡,北方地区雨水总量少而降雨时间相对集中,而且地下水占城市供水量的比例较高,因此相对于南方地区,北方地区建造雨水花园取得的生态效益会更高。








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