上海辰山植物園的“雨水管理”

茹雯美

（上海市園林設計院有限公司，上海200031）

0 引言

按照國家建設資源節約型、環境友好型社會的要求，在上海辰山植物園的設計中引入了建設節約型綠地的理念，并將中國園林中的“理水”賦予了新的內容，那就是雨水管理。簡而言之，雨水管理就是將綠地內的雨水資源充分地收集和合理地使用。本文將針對上海辰山植物園雨水管理的設計思路、技術措施和修改完善等方面進行逐一的探討和分析，從而探索出符合上海地區特點的雨水資源收集利用的技術措施。

1 工程概況

1.1 項目內容

上海辰山植物園占地約207 hm2，選址于上海松江區佘山國家旅游度假區內。整個工程的建設周期為4 a，2007年開工，2010年上半年竣工開園。屬上海2010年世博會的配套建設項目。

1.2 場地條件

1.2.1 地形

整個基地內除了有一座占地12 hm2，海拔71.4 m的辰山外，大部分地形都非常平坦，海拔在2.8 m～3.2 m之間。

1.2.2 水系

基地內水資源十分豐沛，河道魚塘眾多，地下水位頗高，水位變化在2.5 m～3.2 m之間，受區域水利工程控制，沒有洪澇災害。

1.2.3 土壤

基地內的土壤歷史上曾為“澤多菰草”之地，成土母質，多數為湖泊沉積物和河流相沖積物。

1.3 功能定位

建成后的辰山植物園不僅將成為生物多樣保護和可持續利用的示范基地、國際性的植物引種和登錄資源圃，更是一個生態、休閑的旅游勝地。

1.4 總體布局

筑山理水是中國園林的特色，辰山植物園充分發揮了中國園林的特色，在布局上延續了原有辰山的脈絡，沿植物園邊界堆筑長約4 km，寬度從40 m到200 m不等，占地面積近40 hm2，高度在3 m到14 m之間的帶形環狀地形，此環狀地形和原有的辰山一起撐起了整個植物園的骨架。而在被綠環環抱的中心地區主要依托原有的地形地貌，梳理魚塘水網、疏竣河道、開挖水面，構建了完整的生態水網系統。同時還在中心區域內堆筑微地形，布設了25個專類植物園。

2 “雨水管理”設計思路

在設計中雨水管理主要有兩個方面的內容，一是雨水收集，二是雨水使用。雨水收集可以采用建蓄水池和溝渠的“硬”收集，也可以采用通過土壤滲入補充地下水和地表徑流匯入水體的“軟”收集；雨水使用也有直接使用和間接使用之分，怎樣取舍應根據工程情況和建設地域來確定。該工程所在地上海地區是水質型缺水城市，非資源性缺水城市，建設場地內外都有非常豐富的地表水資源可以滿足使用需求，不足只是水質較差，為劣V類。另外，上海地區雨量充沛，年降雨量約有1 123 mm，如果進行充分地收集和合理使用，應該可以做到零排放和低能耗。設計時，雨水的收集設施和收集方法的選擇是一個難點，通過對大量工程的分析和多次的方案比較，最終確定了植物園的雨水管理方案，采用“軟”收集方法，詳見圖1所示。從圖1可以看出，雨水收集得越多，對園外補水的需求就越少，補水所需消耗的動力就可相應減少。

圖1 雨水管理方案圖

3 “雨水管理”技術措施

在植物園的“雨水管理”中采取了以下三種技術措施：

3.1 創建雨水蓄存空間，建立集雨型綠地，向城市管網零排放

3.1.1 水體蓄存

通過豎向設計筑山挖湖，營造高低錯落、連綿起伏的山丘和緩坡，將植物園內的地表雨水徑流匯集至園內的各水體滯留蓄存，減少和降低雨水向城市管網的排放，削減城市洪峰流量，延緩洪峰時間。

上海地區雨量充沛，但在時間上并不均衡，有季節性。按照已確定的設計思路，必須在植物園中尋找雨水蓄存場所，將多余的徑流雨水存儲備用。通過對整個植物園豎向地形的進一步分析，并對植物園水體水量進行計算（見表1），發現可以充分利用園中的水體，來達到這一目的。

表1 植物園水體水量平衡表（單位：萬m3）

整個植物園有水面積約30 hm2，設計常水位在2.5 m～2.8 m之間。若將水體的溢水位或排澇水位設在常水位之上的某一標高內，則常水位和溢水位之間將是一個非常理想的蓄存雨水的空間。從植物園水體水量平衡表中可以看出，每個月的雜用水量幾乎都大于水體可收集的雨水量，只有六月份的雨水量多于該月的雜用水量0.64萬m3，而六月份的雨量也是最多的，這就意味著不需要考慮每月累積轉輸雨量的蓄存空間，只要滿足六月份的雨水量蓄存就能達到目的。在和景觀設計師溝通后決定將最高水位控制在常水位之上0.5 m，整個水體將有近15萬m3的蓄存空間，完全可以滿足儲存植物園的降雨量。為了不影響水岸景觀，景觀設計師將園中近70%的水岸設計成生態岸線，并在此區間內按可淹要求設計（見圖2）。

圖2 可蓄水水岸剖面圖

3.1.2 溝管網絡蓄存

在綠地中徑流的雨水不斷地滲入地下，不僅可回灌和補充地下水，還改善了生態環境。

整個植物園種植面積約120 hm2，既有高臺地，又有低洼區。在利用地形疏導雨水徑流時，綜合考慮了雨水徑流的時間、場地、植被等，在大面積的綠地中設置明溝、草溝、盲溝等預處理溝，上下貫通，縱橫交錯織成立體的蓄排水網絡，對雨水進行引導、凈化（見圖3）。全園的明溝約長13 000 m，盲溝約長15 000 m，形成了近5 000 m3的地下表層儲水空間。

圖3 植物園溝網平面圖

3.1.2.1 綠環區

綠環占地約40 hm2，以草地為主，并分別配植歐洲、美洲及亞洲等不同地理分區具代表性的植物。雨水排水主要以滲透排水為主，擬采用透氣、透水性能較好的建筑垃圾堆筑綠環，使降落在綠環上的雨水經垂直滲透直達綠環底部的碎石排水層。另外，考慮到暴雨時約有0.72 m3/s雨水從綠環表面徑流而下，結合景觀方案和豎向設計在綠環內側的坡腳下設置一條排水溝（見圖4），截流綠環表面的徑流雨水和綠環底部排水層的滲透雨水。

圖4 綠環徑流雨水收集剖面圖

3.1.2.2 中心區

中心區域地形基本以平地為主，場地設計標高在3.5 m至4.0 m之間，少有起伏變化。中心區域主要布置了20 hm2左右的湖面和眾多的植物專類園。每個專類園的地形都高出周邊場地0.5～0.8 m，考慮到整個中心區場地排水坡度較小，表面徑流緩慢，因此，在低洼區、各專類園的坡腳下和園路邊布置盲溝（見圖5），收集和引流雨水。盲溝內滿鋪碎石，并用無紡布包圍，表層是結構良好的種植土。用盲溝匯集雨水不僅增大了土壤的雨水存儲空間，同時還增加了凈化水質的功能。區域內的盲溝和綠環下的明溝相互交織，組成了一張雨水的蓄積凈化網，溝內的潔凈雨水流入湖中，降低了水體的面污染。

3.2 營造削減面源污染的生態岸線，降低初期雨水的凈化成本

利用覆蓋良好的植物根系和土壤的過濾功能和生態水岸的凈化功能，將雨水在下降過程和徑流過程中攜帶的污染物進行截流和過濾，以達到凈化雨水尤其是初期雨水的目的，減少因雨水徑流造成水體的面污染源。

3.2.1 生態岸線

圖5 含透水管盲溝剖面圖

地表雨水尤其是初期雨水因在下降和徑流過程中受到污染，攜帶污染物的地表雨水直接進入水體會造成水體的污染。植物園有近2萬m的水岸，在匯集地表雨水的同時，水體被污染在所難免。為凈化直接徑流入水體的水質，結合水體蓄水要求，景觀設計師在水岸設計時引入了生態岸線的手法（見圖6），除了需考慮區域防汛泄洪通航要求的辰山塘以外，其余近14 000 m、約70%左右的水岸都建成了各種形式的生態水岸，其中以自然式斜坡駁岸居多，約占總量的65%。生態駁岸主要是在臨水處以天然卵石加以砌駁或直接緩坡入水并適當散置景石，形成景點（見圖2）。在用地較為開闊的地段，將駁岸化為濕地緩坡，在水與岸之間用濕地系統形成自然過度區，種植水生、濕生植物，利用水生植物對水質的凈化功能，以進一步攔截和過濾直接進入水體的地表徑流，保護水體的水質不受污染。同時生態水岸的建造也滿足了創建水體蓄水空間的需要。

圖6 生態水岸剖面圖

3.2.2 排出口的生態處置

通過溝管匯集排入水體中的雨水，其水質已在流動過程中通過盲溝、卵石等的截流和過濾得到了改善，為了進一步凈化水質，在出水端口，根據周圍環境的情況再使用各種景石、卵石和水生植物做圍護（見圖7），進一步攔截入湖雨水中的污染雜質，并利用在碎石上形成的生物膜對水體作進一步的凈化，使進入湖水的雨水得到了凈化處理。同時又起到了美化出水口的作用。

圖7 水岸排水管出口剖面圖

3.3 構建水體生態系統，改善和維持水體水質

不難看出，降落在植物園的雨水其徑流的過程也是一個對雨水預處理的過程（見圖8）。但由于植物園內的水體是新開挖的，而且水體又相對封閉，本身缺乏水體自凈功能所必備的生態環境，基本潔凈的雨水進入水體后水質也會逐步惡化。通過在景觀水體中構建具有自凈功能的完整的水體生態系統（見圖9），才有可能維持良好的景觀水質。所謂完整的水體生態系統是指在水體中種植和養殖包括浮葉、挺水、沉水等水生植物和魚、蝦、貝類等水生動物，以及種類和數量眾多的微生物，并使這些水生生物種群的類型和數量相對穩定，使其相互依存、相互制約、環環相扣、處于生態平衡狀態。

圖8 徑流雨水預處理流程圖

在水生生物物種的選擇上首先考慮它們的生態功能和水質凈化作用：水生動物選取對水中藻類和碎屑等懸浮顆粒的去除效果明顯的種類；水生植物選取具有極好的吸收利用氮磷能力和很好的造氧功能，具有良好的景觀觀賞價值的種類。

圖9水體生態修復和維護流程圖

4 水資源的利用

建立雜用水管網系統，使雨水資源利用最大化。利用蓄存在園內景觀水體中的雨水作為雜用水水源，解決園中大面積的植物灌溉用水、清潔園路、場地的用水和水景用水（見圖10）。

圖10 雨水使用方案圖

雨水的收集是為了更有效地使用，積蓄在水體中的雨水將是園中雜用水的最佳水源。在辰山植物園建立了雜用水管網系統，整個植物園的綠化澆灌、沖洗場地、車輛、水景補水等雜用水全部取用于園內的湖水。

綜上所述，通過對辰山植物園雨水管理的設計，在沒有增加任何蓄水設施的情況下，已基本做到了植物園雨水的收集、利用、零排放，真正達到了建設節水、節能、環保、節約投資的節約型綠地的目標。

5 主要問題和解決措施

在植物園的建設過程中，遇到了諸多在設計時不曾預見的問題。其中，土壤慢滲是比較突出的問題，通常在雨水收集時使用最多的方法就是土壤滲透回灌地下，但在辰山植物園建設之初，土壤滲透并不理想：樹穴積水、草地泥濘，究其原因有三：（1）地下水位高；（2）土壤結構不良；（3）工程場地設計標高較低。

5.1 高地下水位和粘壤土質影響雨水正常滲透

在辰山山體和綠環圍合的中心展區，豎向設計時尊重原場地的特征和機理，依照規劃設置了25個專類植物園。中心展區地形平坦，場地設計標高基本控制在3.0～4.0 m之間，由于場地土壤土質為粘壤土，透水性較差，滲透系數 Kf＜1×10-6m/s，再加上地下水位較高，在2.5 m～3.2 m之間，導致了樹穴積水，又難以較快滲漏，粘性土質使整個綠地雨水入滲速度減慢，在雨過天晴的2～3 d內土壤土層內的含水量還是很高，對植物的成活造成了威脅。為了解決入滲慢導致樹穴積水的問題，設計已根據植物情況在土壤方面進行了改良，在樹穴內加拌介質土，增強土壤疏松度和透氣性，并在樹穴下增加碎石排水環溝和透水管見圖11），加強引導排水，以解決樹穴積水問題。

圖11 樹穴排水剖面圖

5.2 綠環堆筑壓實影響土壤正常滲透

綠環在堆筑過程中，采用機械將土體進行了全面的壓實，壓實度在80%～85%左右。同時，原定采用各項性能較好的建筑垃圾來堆筑土山，因換成了全土堆筑，使最終形成的綠環土體非常密實，透氣、透水能力很差，以至于整個綠環垂直滲透受阻，表面徑流大量增加，降雨時，在表面形成沖刷溝壑，造成泥土流失，并對受水水體造成污染。在建設初期，剛種植的植被根系還未發展，表面的沖刷使淺根系的草坪、地被等植物不易扎根生長。進入樹穴的雨水因其垂直滲透和水平擴散受阻而不易排出，導致植物根須長期浸泡水中而腐爛。為解決這一問題，在綠環內增設了若干條含透水管的盲溝，同時，增加了喬木根部的排水措施（見圖11），樹穴排水和綠環排水溝通組成排水網絡（見圖12），改善和加強了綠環的排水條件。當然，這并非永久之舉，只有在保證植物健康生長之后，借由植物發達的根系來改良土壤的性狀，以逐漸形成通透性良好的適合植物生長的土壤環境。

圖12 樹穴排水平面示意圖

6 結語

利用大面積的綠地回收積蓄雨水，就地使用雨水，減少對市政雨水系統的沖擊，是一個非常科學的合理的舉措，但是集雨的方法和措施應因項目而異，處理不當，將會使綠地變成沼澤。綠地一般是一個旅游休閑的場所，而游人的活動場地已不僅限于園路、廣場等硬質場所，大量的草坪、綠林已然成為游人的活動場地，雨后的綠地不能很快干燥必將給游人帶來不便。因此，集水場地、匯流通道、停流時間和匯水范圍的合理設計是進行雨水管理必須要考慮的。應在項目設計的初期方案設計時就要明確建設的目標，并將這一要求貫徹到所有的專業：總體設計時要合理布局集水范圍、匯流通道的區域；豎向設計時要合理營造地形來引導地表徑流；種植設計時要在滿足景觀要求的同時，考慮土壤的改良和相配的植物；結構專業應考慮土體堆筑的材料的性能和密實度等等。只有將雨水管理的目標滲透到各專業各階段，才能在工程建設中真正落實雨水管理。