雨水花園在現(xiàn)代城市排澇中的應(yīng)用研究

魏廣龍，覃楚越，增謄錄

（河北工業(yè)大學，天津 300130）

一、城市排澇系統(tǒng)的發(fā)展

（一）國內(nèi)城市排澇系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展

自進入2000年，我國城市內(nèi)澇出現(xiàn)的頻率增多，以往的城市排水系統(tǒng)暴露出明顯問題，由于我國近年來城市用地、建筑、人口的快速擴張，同時引發(fā)溫室效應(yīng)的極端天氣，暴雨持續(xù)時間長、影響范圍廣且集中，使原有排水系統(tǒng)不堪重負，造成不同程度的內(nèi)澇。圖1的中國暴雨時間變化分析呈現(xiàn)出近70年來暴雨天數(shù)的觀測站點數(shù)量，1951至1960年，小于30天的站點數(shù)有547個，而2001至2010年只剩下233個站點；1951至1960年，大于120天的觀測站點沒有觀測到暴雨天數(shù)，但在2001至2010年，十年內(nèi)暴雨日數(shù)超過120天的有265個觀測點。由此可見，我國近些年來頻發(fā)的極端暴雨，是引起城市內(nèi)澇的重要原因。

通過了解我國長期的洪澇治理歷史，我國古代的防水體系中已經(jīng)初步形成了較為完整的洪澇治理方案，例如，北宋時期江西贛州城依據(jù)城內(nèi)道路走向和地勢特點采取劃分區(qū)域排水的規(guī)劃原則，建設(shè)兩個磚拱結(jié)構(gòu)的排水干道穿城而過，因兩條排水溝走向形似篆體的“福壽”二字，故稱“福壽溝”。福壽溝的設(shè)計是根據(jù)贛州城西南高、東北低的地勢特點，采取自然流向的方法，使城市內(nèi)的積水、污水自然排入水溝內(nèi)再排入江中，并且城中蓄水池之間的串聯(lián)能夠調(diào)節(jié)城內(nèi)空氣環(huán)境濕度，蓄水池停積淤泥等沉積物能夠減少排水溝的徑流負擔，這對我國現(xiàn)代城市排澇建設(shè)具有很大的借鑒作用，也可以發(fā)現(xiàn)海綿城市相關(guān)理論也出現(xiàn)在古代城市排澇系統(tǒng)中。因此，文章通過對城市內(nèi)澇現(xiàn)狀及問題的研究，運用海綿城市理論和雨水花園設(shè)計應(yīng)用提出緩解城市內(nèi)澇的建議。

（二）國內(nèi)城市排澇系統(tǒng)存在的問題

根據(jù)2016年城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒顯示，如圖2，排水管道密度最高的天津、上海、江蘇雨水管道長度也僅在40%左右，污水管道、雨水管道、雨污合流管道組成城市排水管道，雨水管道只占城市排水管道的一部分，所以暴雨的頻發(fā)使雨水無法及時排入下水管道，同時也沒有充足的蓄水池緩解雨水徑流而導致嚴重內(nèi)澇，城市的排水蓄水能力差造成了水資源緊缺和洪澇災害。具體問題有：

1.城市調(diào)蓄能力偏弱，防洪標準低。排水管道口徑小使得排水能力偏低，達不到城市建設(shè)的新要求。

2.徑流方式的改變。城市建設(shè)用地不斷擴大，大量農(nóng)田水域濕地被填埋，大面積的硬質(zhì)鋪裝忽視了對雨水徑流的控制，使得雨水無法正常下滲到地下，容易形成積水和內(nèi)澇從而影響地下蓄水功能。

3.缺少維修管理。由于缺乏資金支持導致缺少技術(shù)人員維護保養(yǎng)，使得排水管線、泵站老化，水泵堵塞嚴重年久失修。

二、海綿城市理論

（一）海綿城市理論的概念

海綿城市是指城市像海綿一樣在應(yīng)對極端暴雨的情況下，其蓄排水系統(tǒng)具有良好的彈性，需要時能夠?qū)Υ娴乃右岳?，并且分擔城市排水壓力，具備?yīng)對雨水過量時的處理設(shè)施，可充分發(fā)揮城市中建筑物、交通道路、城市綠地、自然水系等生態(tài)系統(tǒng)的功能，控制雨水徑流，以減少城市內(nèi)澇的產(chǎn)生，發(fā)揮自然地勢作用實現(xiàn)下滲、凈化、儲存等功能的城市雨水管理系統(tǒng)。

圖1 中國年代際暴雨時空變化格局（作者自繪）

圖2 2016年中國城市排水管道密度與雨水管道長度占比（作者自繪）

（二）海綿城市國內(nèi)研究現(xiàn)狀

“海綿城市”概念的首次提出是在2012年4月舉行的《2012低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇》上，隨后于2015年確定兩批“海綿城市”試點城市，對不同城市和地區(qū)實施具有針對性的試點工作。雖然海綿城市理論在我國現(xiàn)出稍晚，但是之后針對海綿城市建設(shè)的標準規(guī)范紛紛出臺，這意味著中國走上海綿城市發(fā)展的道路是必然的。

如今中國的海綿城市建設(shè)進程涉及范圍廣，雖有落實之處但仍處在研究階段，出現(xiàn)了諸如試點布局范圍是否均勻、海綿城市建設(shè)具體實施形式是否因地制宜、雨水凈化技術(shù)標準體系是否完善等問題，這些實際的問題還需要進一步解決。

（三）海綿城市國外研究現(xiàn)狀

19世紀的巴黎提出排水系統(tǒng)理念，在1852年把排水系統(tǒng)納入城市規(guī)劃中。紐約的地下排水系統(tǒng)在1849年開始建設(shè)。德國是最早且最廣泛應(yīng)用“分散暴雨管理的概念”的國家，在其政策、法規(guī)的導向下形成了較為系統(tǒng)較為詳細的雨洪管理系統(tǒng)，一定程度上達到了高效集水及平衡生態(tài)的作用。日本東京的排水系統(tǒng)于20世紀90年代開始建設(shè)，因其地下排水河道深60米，采用的是“五至十年一遇”的標準，所以被稱為世界上最先進的地下排水系統(tǒng)。

（四）海綿城市理念的雨水花園應(yīng)用

海綿城市理念正是擺脫傳統(tǒng)城市原有的排水模式及開發(fā)弊端，通過雨水花園本身的循環(huán)模式、蓄水能力以及豐富的植物特性，能夠使其周圍生態(tài)環(huán)境得到改善，緩解雨水徑流、加大雨水滲透收集能力、提高雨水的凈化和利用率，提升城市防洪排澇能力。在符合海綿城市標準下，采用布點的方式將雨水花園合理分布在城市中，還能夠改善周圍場地中的生物多樣性，補充地下水以供給周圍植物，從而實現(xiàn)雨水的高效利用。

三、雨水花園的作用機制

（一）雨水花園的概念

雨水花園是城市環(huán)境中一種具備雨水生態(tài)處理功能和景觀審美功能的雨水處理系統(tǒng)，強調(diào)對雨水的管理，主要依靠自然形成的下凹地勢或人工建造的方式，通過雨洪管理設(shè)施、沙土、植物等方式將雨水進行收集、凈化、下滲、儲存處理，起到涵養(yǎng)城市地下水、提供景觀用水或城市公用衛(wèi)生間供水等作用，是一種可持續(xù)的、生態(tài)的雨水再利用設(shè)施。

（二）雨水花園國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.雨水花園國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)雨水花園的相關(guān)建設(shè)更多為單純依靠沒有循環(huán)系統(tǒng)設(shè)施的自然下滲的下凹綠地，因其不具備凈化排水蓄水的功能所以僅僅是雨水花園的雛形，近些年來頒布的海綿城市的法律法規(guī)也進一步推動了雨水花園系統(tǒng)的建設(shè)，雨水花園是海綿城市的具體應(yīng)用，對于更多更具體的研究還應(yīng)該根據(jù)實際情況來繼續(xù)探索。例如北京奧林匹克公園規(guī)劃建設(shè)的中心區(qū)域，便是采用了雨水花園的雨洪調(diào)蓄技術(shù)對雨水進行管理，這對之后雨水花園的建設(shè)具有積極的探索意義。

2.雨水花園國外研究現(xiàn)狀

自20世紀90年代始，雨水花園在國外就已通過理論研究之后進行了實踐應(yīng)用，拉里·霍夫曼團隊最早提出了生物滯留池概念并在90年代出版了生物滯留池設(shè)計手冊，提出了用來吸收滯留雨水以達到控制雨水徑流功能的雨水花園概念。澳大利亞的水敏感城市設(shè)計也是以建設(shè)雨水花園的方式將其運用在小區(qū)的建筑中，有效緩解并利用了一定范圍內(nèi)的雨季的過量雨水。國外對于雨水花園的探索比中國早，研究更為系統(tǒng)和具體，對中國進行雨水花園建設(shè)而言是很好的經(jīng)驗與借鑒。

（三）雨水花園的設(shè)計原理

雨水花園設(shè)計原理是在下沉的地勢下，對雨水資源進行收集、凈化再利用的循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)施，可實現(xiàn)對雨水地表徑流的控制，再通過設(shè)施的處理進行控污和凈化，將雨水留存在蓄水池中，具備凈化水體污染的作用，從而完成蓄水、滯洪、削峰的任務(wù)。（圖3）

圖3 雨水花園設(shè)計原理圖（作者自繪）

1.雨水花園的上層是花園專屬循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)造。土工布頂端是水源點，其次是卵石造型階梯，再次為泥土顆粒，雨水能夠順著階梯坡道緩緩流入花園水溝，少量滲入土地作為暗管灌溉用水以減少蒸發(fā)，其余大部分雨水留存在水溝形成循環(huán)流動，與底部蓄水箱無關(guān)，冬季只維持暗管灌溉。

2.底部蓄水池循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計。雨水花園需要設(shè)置在比周圍地勢低的地方，花園四周有深溝，確保雨水能夠從四面八方流入深溝而不進入雨水花園，雨水通過低地勢、深溝流入離心式雨水過濾設(shè)備中，經(jīng)過雨水過濾變成清水流入地下蓄水池中，過濾出的污水直接排入污水井。花園廣場地下可以做成大型地下水庫，需依照當?shù)噩F(xiàn)狀場地空間設(shè)計最大蓄水池。使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地面上做成花園或造型美觀的下沉廣場，在兼具美觀的功能前提下也可以實現(xiàn)雨水的循環(huán)利用。

（四）雨水花園的功能優(yōu)勢

雨水花園的雨洪管理體系依附于海綿城市工程的設(shè)計原理，其有以下幾個具體功能是傳統(tǒng)雨水花園所沒有的：

1.下沉式自然防澇設(shè)計。雨水花園下沉式設(shè)計可以有效緩解雨水徑流，通過調(diào)整地勢標高創(chuàng)造微地形來匯集地表水，使其流入雨水花園蓄水池。

2.大量蓄水防澇設(shè)計。雨水花園下方建造一定容量的蓄水池，可以解決城市一定范圍內(nèi)的雨水洪澇問題，將雨水收集儲存再利用。

3.雨水回用為主要設(shè)計目標。雨水花園的雨洪管理系統(tǒng)可以過濾雨水徑流中的有害垃圾、重金屬等有害物質(zhì)，使雨水達到環(huán)境用水的標準。

4.雨水凈化系統(tǒng)構(gòu)造簡易，便于施工，后期維護資金以及人工投入少。

5.雨水凈化構(gòu)造簡易，無需太多后續(xù)費用與人工維護。當蓄水量超過蓄水箱的容量時，雨水花園的循環(huán)系統(tǒng)可以將過量的雨水排至市政下水管道，形成有效的雨水分流。

6.雨水花園中的植物具有表面雨水滯留凈化和根系吸收下滲的功能，選擇當?shù)啬秃登铱梢远虝r間耐澇的植物，植物存活率的提高可以降低之后的維護成本，采用香花類植物進行搭配，能夠吸引蜜蜂、蝴蝶等昆蟲，產(chǎn)生更加良好的景觀效果并且可以通過雨水蒸發(fā)調(diào)適周邊氣候。

（五）雨水花園需要解決的問題

由于我國對雨水花園的研究起步較晚，實際經(jīng)驗也在探索中，所以在實際應(yīng)用中會出現(xiàn)一些問題：

1.雨水花園在城市中的建設(shè)分布沒有系統(tǒng)的規(guī)范和規(guī)劃，實施標準不完善導致其使用率低。

2.單純認為雨水花園與傳統(tǒng)花園無差別或僅發(fā)現(xiàn)雨水花園的自然下滲功能，忽視了雨水花園建設(shè)工程對雨水的吸收、凈化、儲蓄、排出的作用。

3.針對雨水花園施工目標不明確，設(shè)施系統(tǒng)不完善，植物運用不當導致后期維護費時費力。原有的雨水花園存在的問題，能夠在之后的實踐中不斷完善，形成更系統(tǒng)更科學的設(shè)計實施方法，通過分析其設(shè)計原理，因地制宜地應(yīng)用于城市綠地、道路、居住區(qū)以及商業(yè)區(qū)的建設(shè)中。

四、雨水花園在城市的設(shè)計應(yīng)用

城市中的防洪排澇不僅需要從理論上進行分析，更要避免“紙上談兵”，應(yīng)注重實踐，對社會產(chǎn)生確切的效益。雨水花園是一種低成本、高收益的緩解雨水徑流的設(shè)施，在分析了雨水花園的功能優(yōu)勢、設(shè)計原理的前提下，在城市建設(shè)實踐中可以從不同的城市功能區(qū)域開始應(yīng)用，如城市綠地、道路、建筑等。

（一）城市綠地的雨水花園設(shè)計應(yīng)用

近年來，按照我國構(gòu)建社會主義和諧社會的要求，城市綠地建造開始逐漸被重視。城市綠地面積雖然與日俱增但是大多綠地為平于或高于道路的形式，這顯然達不到雨水花園的排澇標準。將雨水花園應(yīng)用在城市綠地中，利用其專屬循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)造以及50～100mm的下凹深度使雨水自然流入雨水花園四周的雨水篦子里，雨水流經(jīng)植物表面、植物根部和土壤，使雨水得到初步的吸附過濾，再通過設(shè)備凈化達到防洪排澇的標準。城市綠地面積得以增加，同時雨水花園的建造具有低成本優(yōu)勢，其景觀觀賞性好，是城市中極具性價比的排澇措施。

（二）城市道路的雨水花園設(shè)計應(yīng)用

城市的快速擴張使得交通道路急劇增加，地勢低的城市道路、立交橋底部在暴雨季節(jié)非常容易發(fā)生內(nèi)澇，可以將雨水花園設(shè)置在道路的交叉路口、車行道與人行道的隔離帶或現(xiàn)有綠地區(qū)域。通過開設(shè)綠地排水口和降低標高的方式將雨水輸送到就近的道路雨水花園，以起到緩解積水的作用。例如LID樹池的應(yīng)用，雨水經(jīng)過其土壤過濾流入下方設(shè)置的生物滯留池，利用排水孔排入地下和市政雨水管。

（三）居住區(qū)的雨水花園設(shè)計應(yīng)用

傳統(tǒng)的居住區(qū)排水以直接排水為主，小區(qū)內(nèi)硬化鋪裝面積大，綠地形式單一，排水效果差，地勢低的小區(qū)在突發(fā)降雨時容易引發(fā)內(nèi)澇。將雨水花園應(yīng)用在小區(qū)地勢低的區(qū)域，不僅可以利用雨水篦子、植草溝等下滲系統(tǒng)對雨水進行分流，實現(xiàn)對雨水徑流的控制從而減少路面積水，通過凈化系統(tǒng)之后的雨水還可以儲存在底部蓄水池內(nèi)以供居住區(qū)日常清潔及植物澆灌使用；屋頂花園是針對居住區(qū)建筑屋頂排水系統(tǒng)的具體實踐，指在建筑屋頂或建筑平臺上進行綠化，并營造園林景觀以提供給人們休閑游憩的場所。以往雨水積攢在建筑屋頂排水慢，泡水時間長容易引發(fā)屋頂漏水，屋頂花園對屋頂防水、雨水口、蓄水箱有具體要求，不僅可以分流雨水在下水口的雨量、澆灌屋頂綠植，增強園林觀賞性，還可以使凈化后的雨水就地收集在屋頂蓄水池，直接供應(yīng)屋頂花園的日常用水。

（四）城市商業(yè)區(qū)的雨水花園設(shè)計應(yīng)用

由于雨水硬化鋪裝面積大且多采用不透水鋪裝，發(fā)生洪澇時，連接城市道路與廣場的大面積鋪裝常常是雨洪泛濫的場所。將雨水花園應(yīng)用在商業(yè)區(qū)不僅可豐富廣場的景觀層次，還可以通過對綠化帶、樹池、花壇等空間進行改造降低標高，增設(shè)凈化系統(tǒng)和蓄水池；同時也可在雨水花園局部蓄水池中設(shè)計高差水位制造跌水景觀，吸進顧客的同時也可以達到蓄水的目的。

五、結(jié)論

針對我國城市發(fā)展需要，文章通過分析雨水花園的特點和設(shè)計原理，探討利用其建造成本相對較低且有效的優(yōu)點來緩解城市中的內(nèi)澇問題，得出雨水花園在我國發(fā)展實施的具體可行方式。從人們的生命財產(chǎn)安全和生態(tài)環(huán)境的長遠發(fā)展考慮，根據(jù)當?shù)夭煌那闆r，因地制宜地利用雨水花園來緩解城市內(nèi)澇問題，我國需要不斷地完善和更新排水系統(tǒng)，增強人們的可持續(xù)發(fā)展的意識。所以要科學地運用海綿城市理念，積極發(fā)揮城市自身的功能，優(yōu)化景觀設(shè)計，人們才能擁有更適宜更生態(tài)的居住環(huán)境。