李晶晶,李梦娟

(滁州学院,滁州 239000)

一、城市雨洪管理与居住区绿地概述

水资源是生物生存以及人类社会发展的必备资源之一,但水资源的短缺及其在时空上的分布不均现象成为当下社会经济发展以及城市建设的重要限制因素。随着人类科学技术的进步以及城市人居环境的不断更新完善,水资源问题却并没有随之彻底解决。相反,由于城市居住人口增加、各行业经济生产加速等社会发展阶段性现象的出现,人类生存生产对水资源需求的复杂性与日俱增。与此同时,伴随着城市建设的盲目扩张,城市硬化地表面积急剧上升。这种城市基底的大面积更换,降低了城市地表水的下渗效率,不利于对水资源的自然贮存[1]。一方面,随着气候变暖等环境变化,城市短时间内的集中降水增加了城市雨水管网的工作负担,城市内涝的现象时有发生;另一方面,大量的城市降水因未能及时处理利用而遭到污染,在全球气候变暖、城市旱情时有发生的背景下,这与绿化灌溉等城市用水资源短缺之间的矛盾陷入一种恶性循环。

面对全球范围内的城市内涝加剧、干旱严重等人居环境建设发展问题,各国专家学者也相应提出一系列的技术措施手段。以美国、德国为代表的西方发达国际对城市水资源统筹管理的相关研究较早,他们相继提出城市雨洪管理的具体应对措施,包括发挥城市绿地在雨水收集系统构建中的作用,从社会管理实践层面提出城市水资源的统筹利用,以及加强城市雨洪管理结构设施的建设完善等[2]。

城市绿地是城市用地的重要组成部分之一,居住区绿地是城市居民在日常工作生活中接触最多的绿地类型。居住区绿地的生态设计效果,有利于创造人与自然和谐共生的人居环境。近年来,无论是在资金投入上,还是从用户评价体验而言,我国居住区绿地的景观设计相关技术运用一直是走在行业的最前列。居住区绿地不仅与城市居民的关系极为密切,其建设面积在城市绿地系统中占比亦较高。居住区景观营造中雨洪管理体系的引进,正是为了应对该类技术社会背景所提出的行业改进措施。

二、居住区雨洪管理景观设计

(一)雨洪管理体系的结构设计

1.源头收集传输系统

关于居住区绿地雨洪管理体系的营建技术,西方国家的相关研究实践较国内更早。居住区绿地内的雨洪管理体系营建技术框架主要包括结构设施设计施工、植物筛选应用、综合管理模式以及应用后评价等方面。国外关于结构设施的相关技术研究多集中在地表雨水收集系统方面。地表雨水收集系统对建筑物屋顶及道路广场等硬化地表的降水径流进行汇集,汇聚后的水资源经动植物等自然净化后储存,以作绿化灌溉、道路洗涤等城市用水资源供给[3]。地表雨水收集系统不仅可以缓解城市内涝现象,降低城市给排水系统的工作压力,还能够将暂时可利用价值较低的城市降水资源进行贮存再利用,从而极大地缓解了城市水资源在时空上的分布不均问题。Petit等人曾调研比较西班牙加泰罗尼亚和美国加州乌基亚两个城市的雨水收集系统工作效益,得出城市地表雨水收集系统在高密度城市中表现更佳的结论[4]。城市居住区相较于城市公园等其他用地类型,具有更高的建筑容积率和使用人群密度。居住区绿地内的城市雨洪管理体系的建成,将会更好地发挥地表雨水收集系统功能,从而加速改善城市内涝和城市用水资源短缺等问题。

近年来,随着行业内技术研发的不断探索,城市居住区绿地雨洪管理体系的结构形式也越来越多样化。居住区绿地雨洪管理体系的结构设计主要包括屋顶雨洪管理体系结构和地表雨洪管理体系结构。在深圳、上海等地的屋顶雨洪管理体系建设往往与屋顶绿化等低影响开发技术相结合。利用轻型屋顶绿化中的过滤层、排水层等结构,将经植物种植层等净化使用后的多余降水、灌溉用水进行过滤回收。屋顶绿化雨洪管理体系结构设计自上至下主要包括植物种植层、过滤层、排水层、防护层、隔水层和结构层。雨水收集系统主要包括绿化种植层、过滤层、雨水收集口等,并通过管道与输水系统相连接。

除与轻型屋顶绿化技术相结合的屋顶雨水收集系统结构设计外,居住区绿地中地表雨水收集的表现形式更为多样,常见的包括生态植草沟、透水铺装等。生态植草沟的结构设计与绿色屋顶有一定相似性,均为基本的分层式结构设计。不同之处在于,生态植草沟本身底部应具备一定的蓄排水坡度。生态植草沟在平面上具有连续性且呈线性分布,这使得植草沟在进行雨水收集的同时,兼具有地表水资源传输功能。生态植草沟主要利用地被植物和土壤将水资源截流收集并进行初步的渗透过滤,有利于削减城市降雨的洪峰时地表径流量和持续时间,减缓地表雨水的流速及冲刷作用。透水铺装根据自身的结构设计又可分为结构性透水铺装和材料性透水铺装(见图1)。前者是通过类似于绿色屋顶的分层式结构设计,实现地表铺装的透水功能。材料性透水铺装是利用透水沥青等自身具有较好透水性能的材料进行地表铺装,从而完成雨洪管理体系源头阶段的雨水渗透收集。

图1 材料性透水铺装

2.终端贮蓄净化系统

城市居住区绿地雨洪管理结构设计中,除了地表雨水收集系统外,还需要输水系统和净水系统的共同作用,部分雨洪管理体系的净水系统结构可以与雨水收集系统进行一体化设计。城市雨洪管理的净水系统包括雨水生态塘、雨水花园等常见形式。雨水生态塘是指天然或人工的,既能调蓄雨水又能进行生态净化的水塘,可分为干塘、湿塘和延时滞留塘[5]。如图2所示,雨水生态塘不仅可以调控削减城市地标洪峰流量,还可对所蓄水资源进行净化处理,改善水质和微气候环境,增加绿地内的物种多样性,丰富居住区的景观层次。生态塘的结构设计一般包括进水口、前塘、主塘、出水口和驳岸、护坡等。生态塘的占地面积可大可小,在0.01～0.5hm2范围内均可,应根据用地具体情况而定。生态塘主要是利用塘内及周边由水生植物及鱼虾等生物及其环境构成的微型自然生态系统,对水资源进行净化和贮蓄。

图2 深圳企业公馆人工雨水生态湿塘

(二)雨洪管理体系的种植设计

在城市居住区绿地的雨洪管理体系中,植物起到削峰减流、净化水体、构建生态系统以及美化人居环境等多重作用。城市雨洪管理体系中的种植设计与一般绿地内植物存在差异,其对植物种类选择、种植层覆土厚度都有较高的要求。雨水收集系统中,屋顶植被的种植覆土厚度应根据植物种类以及屋顶承载能力而定。一般而言,地下车库顶板以及屋顶绿化的乔灌木覆土厚度应选择80～120cm。地被的覆土厚度选择在满足植被生长的基本需求下尽可能降低,如轻型屋顶绿化等技术措施可通过植物筛选等手段将种植土层厚度控制在5～8cm,甚至更低。除屋顶种植土的土层厚度设计应尽可能降低其对屋顶荷载的影响之外,在地表植草沟、雨水花园等雨洪管理结构设计中,应注意土层厚度对雨水渗透净化速率的影响。为此,种植层一般选择透水透气性较好、营养含量高且轻质化的土壤,如用泥炭土搭配一定比例的塘泥、中粗沙等混合成专用种植基质。

对于雨洪管理体系中的植物筛选,主要从植物自身的耐旱性、耐涝性以及根系生长分布规律等方面考虑。如图3所示,绿色屋顶、雨水花园等雨洪管理体系营造手段中,植被生长所蓄的水资源在时间上的分布差异较大。降水较集中时期,种植植株的根茎等器官可能较长时间浸泡在水里。而到了降水较少的旱季,加上屋顶光照强度较大,植株需具备较高的耐旱能力。以华南地区为例,较适宜的植物种类包括乔灌木,如紫薇、铁冬青、木槿、鹅掌柴、夹竹桃等,地被包括狗尾草、风车草、铺地锦竹草、牛轭草、假紫万年青等。

图3 雨水花园旱季景观

(三)管理实践

关于雨洪管理的相关实践,国内外现多采用建立数字化管理模型的方式进行比较分析研究。21世纪以来,在国内外关于城市雨洪管理的模型分析中,较多的是采用由美国佛罗里达大学建立的SWMM(Storm Water Management Model)分析模型。该模型主要模拟一定区域内的水文水力过程和水质情况,如降水量、地表蒸发量、下渗率、污染数据等。邓仕虎等人曾在SWMM计算模型基础之上,将水网评估、动态模拟与GIS空间分析相结合以建立数字化雨洪管理平台,并对2017年重庆江北区的雨水径流进行建模实践,将绿色屋顶、透水铺装、植草沟、雨水花园按一定比例进行赋值时,满足区域径流雨水不外排的设计要求[6]。景天奕等人将SWMM模型引入居住区雨洪管理实践中,通过开发低影响开发雨水系统模型,认为其对地表径流和管道流量具有明显削减作用[7]。

三、结语

城市雨洪管理是针对当下全球范围内的城市内涝等阶段性建设问题所提出的专业措施,其在对降水的削峰减流以及对城市水资源在时空上的分布均有明显作用。居住区绿地作为占比较高、城市居民日常接触最多的绿地类型,应当充分发挥其在城市雨洪管理体系建设中的重要作用。居住区绿地内的雨洪管理体系建设与运营在国内的实施相对较晚,对城市中的雨水资源再利用程度较低[8],关于雨洪管理模式的自主研发尚处摸索阶段,而这也将是今后居住区绿地雨洪管理的研究方向。