居住區(qū)綠地雨洪管理策略及設(shè)計方法研究

■ YANG Yan ZHU Longbin XU Yue

0 引言

居住區(qū)綠地是住區(qū)用地的重要組成部分，是住區(qū)層面管理雨洪資源的重要媒介。近年來，我國城市化率不斷提高，居住用地面積急劇增長，“以排為主”的雨洪管理理念導(dǎo)致住區(qū)中內(nèi)澇問題一再出現(xiàn)，雨水資源嚴重流失，“以排為主”的理念和措施已無法全面解決住區(qū)雨洪的管理問題[1]，急需采取更優(yōu)的雨洪管理理念及措施來引導(dǎo)雨水徑流的傳輸和雨水資源的儲蓄利用。

雨洪管理是通過合理的規(guī)劃設(shè)計來解決城市內(nèi)澇和水資源短缺等城市雨水問題，同時對雨水資源進行收集與再利用的管理方式[2]。綠地雨水徑流資源是居住區(qū)雨洪的重要組成部分，居住區(qū)綠地雨洪管理的目標主要是減少雨水徑流的產(chǎn)生，引導(dǎo)雨水徑流的傳輸和優(yōu)化雨水資源儲蓄利用。

歐美等國家針對雨洪管理的問題提出了一系列諸如最佳管理措施、低影響開發(fā)和水敏感城市設(shè)計等理論[3]。在居住區(qū)綠地規(guī)劃設(shè)計的具體實踐中也進行了較為深入的探索，西雅圖的Highpoint 生態(tài)住區(qū)和德國的Kronsberg 生態(tài)住區(qū)就是其中的典型案例[4]。

“以排為主”是傳統(tǒng)住區(qū)中管理雨洪資源的主導(dǎo)思想，隨著研究的不斷深入，“以排為主”的雨水管理觀念逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閺脑搭^管控的方式，將雨水景觀化和資源化，讓城市雨水參與到自然的水循環(huán)過程中[5]。近年來，我國對居住區(qū)綠地雨洪資源的管理進行了相關(guān)研究。羅紅梅提出了利用雨水花園來管理居住區(qū)雨洪資源的方法[6]；姜濤介紹了鄭州市住區(qū)結(jié)合雨洪管理的綠地景觀設(shè)計方法[7]；楊琪芮建立了居住區(qū)綠地雨洪管理和景觀設(shè)計的評價模型[8]；彭佳佳系統(tǒng)研究了我國雨洪管理理論的發(fā)展階段，提出了雨洪管理理念在居住區(qū)景觀中應(yīng)用的方法[9]。

綜上所述，居住區(qū)綠地層面雨洪管理的問題已得到學者們的重視，但大多是從雨水資源儲蓄利用的角度展開研究，利用雨洪管理手段來研究居住區(qū)綠地的景觀設(shè)計，鮮有從雨水徑流產(chǎn)生、傳輸和儲蓄利用的全過程角度來研究居住區(qū)層面綠地的雨洪管理策略。而隨著海綿城市概念的不斷深入，居住區(qū)綠地與雨洪管理的整合設(shè)計將成為住區(qū)層面落實雨洪管理目標的重要手段。在此背景下，居住區(qū)層面的雨洪管理策略對于解決居住區(qū)內(nèi)澇問題和引導(dǎo)雨水資源合理利用具有積極的現(xiàn)實意義。

1 居住區(qū)綠地雨洪管理存在的問題

居住區(qū)雨水水文主要分為產(chǎn)生、傳輸和儲蓄三個過程。居住區(qū)綠地雨洪管理在以上三個過程中主要存在以下幾個問題。

（1）雨水在綠地中滲透率低。綠地的滲透能力受到綠地下部土壤的物理性質(zhì)和綠地配置植物物種的影響，由于設(shè)計與建設(shè)時缺乏對綠地土壤基質(zhì)和綠地配置植物物種的考慮，部分居住區(qū)綠地土壤基質(zhì)存在板結(jié)現(xiàn)象，因此導(dǎo)致了雨水在綠地中的滲透率較低。

（2）綠地雨水徑流與其他用地的雨水徑流統(tǒng)一排放，造成雨水資源污染。目前，國內(nèi)大部分居住區(qū)對綠地進行排水規(guī)劃設(shè)計時，并未考慮與其他用地的雨水分流排放，居住區(qū)內(nèi)各類用地地表匯集的雨水隨地表坡度統(tǒng)一匯入市政管道。由于不同用地的基質(zhì)不同，各類用地中雨水的水質(zhì)也不同[10]。將不同水質(zhì)的雨水徑流統(tǒng)一匯入市政管道，會直接導(dǎo)致原本水質(zhì)較好的綠地雨水也被污染，從而難以被利用。另外，傳統(tǒng)的住區(qū)綠地在規(guī)劃設(shè)計之初，往往多重視其景觀效果而忽略了對綠地內(nèi)部雨水傳輸渠道的設(shè)計，缺乏相應(yīng)的雨水滯留和消納設(shè)施，導(dǎo)致居住區(qū)雨水的傳輸速度較快，給城市市政設(shè)施加大了排水的壓力，增加了居住區(qū)內(nèi)澇的風險。

（3）居住區(qū)綠地中缺乏雨水收集儲蓄與利用設(shè)施，導(dǎo)致了居住區(qū)雨水資源沒有被合理利用。居住區(qū)綠地地表的雨水徑流大都直接排入城市雨水管道，極少考慮在綠地中分散布置小型的雨水儲蓄利用設(shè)施，對雨水資源進行儲蓄利用。如果在居住區(qū)綠地系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計時，考慮在居住區(qū)各級綠地中設(shè)施分散的雨水收集裝置，不僅可以提高居住區(qū)雨水利用效率，還可以減少城市市政管道的排水壓力，降低居住區(qū)內(nèi)澇的風險。

2 居住區(qū)綠地雨洪管理策略與方法研究

2.1 設(shè)計目標與框架

居住區(qū)綠地層面的雨洪管理策略，包括設(shè)定目標、提出設(shè)計策略和系統(tǒng)地歸納總結(jié)居住區(qū)綠地雨洪管理設(shè)計引導(dǎo)方法等三個方面的內(nèi)容，為雨洪管理目標下的居住區(qū)綠地更新與建設(shè)，提供一個相對完整的設(shè)計體系供設(shè)計層面參考(圖1)。制定居住區(qū)綠地雨洪管理策略則是為了減少雨水徑流的產(chǎn)生、引導(dǎo)雨水徑流傳輸、優(yōu)化雨水資源儲蓄利用，從而在居住區(qū)綠地層面落實城市雨洪管理的目標。

2.2 居住區(qū)綠地雨洪管理策略

本文在對居住區(qū)綠地雨水產(chǎn)生、傳輸和儲蓄利用三個階段中，針對雨洪管理存在問題進行分析的基礎(chǔ)上，提出了通過提高居住區(qū)綠地雨水滲透率、控制綠地雨水徑流流向與速度和優(yōu)化雨水儲蓄和利用的策略，以實現(xiàn)減少雨水徑流的產(chǎn)生、引導(dǎo)雨水徑流傳輸和優(yōu)化雨水資源儲蓄利用的目標。

2.2.1 產(chǎn)生階段減少雨水徑流生成

提高雨水在綠地中的滲透率，減少雨水徑流的生成。居住區(qū)應(yīng)加大綠地的覆蓋率，植物的根系能較好地吸收和凈化雨水徑流中的懸浮物、雜質(zhì)[11]。綠地是自然存在的良好滲透設(shè)施，其滲透率受到下部土壤基質(zhì)的影響。居住區(qū)內(nèi)土壤板結(jié)的綠地雨水滲透率低，應(yīng)對綠地土壤進行適當?shù)母牧即胧＠纾ㄟ^工程、化學和生物處理等措施，來解決居住區(qū)綠地中普遍存在的土壤板結(jié)現(xiàn)象，提高綠地的滲透率，促進植物生長，加速雨水在綠地的滲透；在綠地上適當種植更多的灌木，同等條件下灌木的綠地雨水滲透率更高。

2.2.2 傳輸階段引導(dǎo)各類用地雨水徑流傳輸

圖1 設(shè)計策略框架圖

分流控制綠地與其他用地的地表雨水徑流流向，避免被其他用地雨水徑流污染。分流就是要從源頭上控制居住區(qū)內(nèi)各類用地徑流流向，避免綠地雨水被污染。雨水徑流分流控制指的是根據(jù)居住區(qū)不同用地類型，分別對各個用地雨水徑流進行控制，避免其他用地徑流流入綠地之中。居住區(qū)綠地都分散布局在住宅與道路用地之間，其中道路用地的雨水徑流不免會與綠地的雨水徑流混合后統(tǒng)一排入市政工程管道，由于綠地與道路用地基質(zhì)不同，兩類用地的雨水徑流水質(zhì)也不同，混合排放直接會污染綠地的雨水徑流，而分流控制綠地與道路用地的地表徑流流向，則可以避免綠地中產(chǎn)生的雨水徑流被污染（圖2）。

增加綠地表面粗糙度，可有效降低雨水徑流流速與流量。居住區(qū)綠地中的雨水徑流速度越快，居住區(qū)雨水給城市市政設(shè)施的壓力越大。綠地表面的粗糙程度則是影響雨水徑流在綠地表面?zhèn)鬏斔俣鹊年P(guān)鍵因素，綠地表面越粗糙，傳輸速度越慢，徑流峰值越小。因此，在居住區(qū)綠地規(guī)劃設(shè)計時，應(yīng)當在綠地中豎向合理地設(shè)置下凹式綠地、淺草溝和滲透渠等設(shè)施，有組織地引導(dǎo)雨水徑流，通過綠地中布局的這些設(shè)施延緩雨水徑流在其表面的傳輸速度，進而緩解排水管道的壓力，實現(xiàn)對雨水徑流速度和過程的導(dǎo)控。

2.2.3 儲蓄利用階段優(yōu)化雨水儲蓄利用

居住區(qū)綠地雨水徑流的儲蓄與利用對于緩解城市水資源短缺、降低城市市政管道排水壓力和降低居住區(qū)綠地養(yǎng)護成本有著重要的意義。基于雨水徑流的滲透利用和儲存利用是居住區(qū)綠地雨水利用的主要方式。

（1）基于雨水徑流的滲透利用策略。通過地表滲透或者輔助設(shè)施，使雨水下滲至淺表土壤以及地下水層，使雨水得以利用[12]。經(jīng)過滲透作用的雨水進入城市地下水源，重新回到自然的水循環(huán)中[13]，是雨水資源的一種自然儲蓄方式。因此，首先，應(yīng)當對區(qū)域內(nèi)的降雨特征指標（包括降雨量、徑流峰值和徑流流速）進行分析；其次，應(yīng)當根據(jù)降雨量和降雨特征等指標，確定綠地下部土壤基質(zhì)、地表鋪裝材料和植物物種的配置；最后，在分析雨水徑流在綠地滲透情況的基礎(chǔ)上，再選擇相對應(yīng)的設(shè)計方法。

（2）基于雨水徑流的儲蓄利用策略。雨水的儲存利用是通過人工修建的儲水設(shè)施，在雨季儲蓄雨水地表徑流，在非雨季時期充分將其利用，從而維持全年的水量平衡，將不穩(wěn)定的雨水徑流轉(zhuǎn)換成可供城市綜合利用的水資源[12]。綠地中的雨水，一部分實現(xiàn)就地滲透，補充城市的地下水資源；剩下的雨水徑流，也應(yīng)結(jié)合相應(yīng)的雨水儲蓄設(shè)計策略儲蓄在住區(qū)之中，應(yīng)用于住區(qū)綠地澆灌和道路清洗等活動。因此，首先應(yīng)對綠地的環(huán)境特征、降雨特征和空間條件進行分析研究，分析匯水特征、蓄水量和下滲量等指標，作為劃分匯水分區(qū)的基礎(chǔ)；同時，分析綠地的自然地形指標，作為確定設(shè)計手段與儲存模式的依據(jù)；最后，基于以上對綠地的詳細分析，選擇適合的雨水儲蓄方式和凈化技術(shù)。

3 基于雨洪管理的居住區(qū)綠地設(shè)計方法

在雨水徑流的產(chǎn)生、傳輸和儲蓄過程中，通過引導(dǎo)綠地雨水滲透和控制綠地雨水徑流流向與速度兩個途徑，控制居住區(qū)綠地內(nèi)雨水徑流的傳輸與匯流，再通過相關(guān)雨水儲蓄和利用技術(shù)，實現(xiàn)雨水的收集與利用。因此，排水和蓄水利用是雨洪管理導(dǎo)向下的居住區(qū)綠地設(shè)計所關(guān)注的核心內(nèi)容。

3.1 排水設(shè)計

綠地可以通過下滲和其他技術(shù)儲蓄一定量的雨水資源，但仍需將多余的雨水徑流排出，居住區(qū)綠地的排水設(shè)計應(yīng)該從以下兩個方面展開。

3.1.1 居住區(qū)綠地自身的排水設(shè)計

根據(jù)居住區(qū)綠地的特點，適合采用生態(tài)排水的方法，主要是通過以下兩種方法：一是將居住區(qū)各個綠地向其附近的排水場地空間開放，綠地本身滯留一定量的雨水，多余的雨水可就近排入其他尚可容納雨水徑流的溝渠、下滲廣場等場地（圖3）；二是通過設(shè)置雨水花園、滲透渠和植草溝等設(shè)施，來達到綠地對于雨水徑流的減速、滯留與滲透利用的效果，從而減輕排水管網(wǎng)的壓力（圖4）。

圖2 綠地與道路雨水分流控制示意圖

圖3 居住區(qū)綠地自身排水設(shè)計示意圖

3.1.2 居住區(qū)綠地與排水管網(wǎng)的協(xié)同設(shè)計

居住區(qū)綠地面積較小且分散，卻是雨水徑流源頭控制的重要場地。居住區(qū)綠地與排水管網(wǎng)的協(xié)同設(shè)計能夠有效引導(dǎo)綠地排水，是生態(tài)居住區(qū)設(shè)計的重點。綠地的雨水滲透率達到極限時，應(yīng)將無法繼續(xù)滲透的地表徑流引入蓄水池儲存，可用于以后居住區(qū)綠地的澆灌和其他活動。此外，應(yīng)在居住區(qū)綠地中設(shè)計與排水管網(wǎng)對接的溢流井，使居住區(qū)綠地雨水儲蓄池內(nèi)超過容量的雨水，通過溢流的方式進入雨水管網(wǎng)，以此來達到對居住區(qū)綠地排水的彈性控制（圖5）。

3.2 居住區(qū)綠地蓄水利用設(shè)計

居住區(qū)綠地的蓄水利用設(shè)計主要包括儲蓄途徑和利用方法兩部分內(nèi)容。居住區(qū)綠地的雨水資源可以通過蓄水與利用設(shè)計被二次利用，用于道路清潔、景觀用水和植物澆灌等用途，同時也可以為住區(qū)中的生物提供棲息地，這不僅充分利用了雨水資源，還發(fā)揮了綠地的生態(tài)效益。因此，綠地雨水徑流的儲蓄與利用設(shè)計也是居住區(qū)綠地的重要生態(tài)價值。

3.2.1 儲蓄途徑

圖4 雨水花園、滲透渠和植草溝示意圖

圖5 綠地與排水管網(wǎng)協(xié)同設(shè)計示意圖

居住區(qū)綠地雨水資源的儲蓄途徑主要有以下兩種：一是基于滲透的雨水資源儲存方式。綠地地表的雨水通過滲透作用重新參與到自然的水循環(huán)過程中，是雨水資源儲蓄的一個重要途徑。綠地的土壤基質(zhì)和地表植物配置是影響雨水資源滲透儲蓄的重要因素，根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在綠地土壤中添加鋸末、鐵水渣和沙，可以有效提高綠地的雨水滲透率，合理的介質(zhì)配比能顯著提高土壤的滲透率（表2）[14]。居住區(qū)綠地在建設(shè)時應(yīng)當選擇耐水性好、吸水性強的灌木植物作為綠地的景觀植物，在綠地的土壤中適當添加合理比例的沙、鋸末和鐵水渣，來提高雨水在綠地中的滲透水平。

二是基于人工儲水設(shè)施的儲存方式。應(yīng)該在居住區(qū)綠地中設(shè)置更多人工蓄水設(shè)施，例如：人工濕地、生態(tài)蓄水池、雨水滯留池和下凹式綠地等。

此外，還應(yīng)建立彈性的排蓄體系，居住區(qū)綠地的蓄水設(shè)計不僅要開發(fā)蓄水空間和新建蓄水設(shè)施，更應(yīng)該與排水結(jié)合，建立彈性的雨水排蓄體系。例如，波特蘭12 號大街的道路綠地，通過建立彈性的排蓄體系，使得暴雨時的徑流峰值大大降低[15]。

3.2.2 利用方法

上文對于綠地表面雨水資源的兩種儲存方式分別對應(yīng)著不同的利用方法。

基于滲透儲存的雨水資源，一部分會滲透到綠地下部土壤被植物的根部吸收，或者直接被土壤固定，另外多余的滲透雨水將會補充城市的地下水資源。

基于人工設(shè)計的儲水設(shè)施儲存的雨水資源，可以調(diào)節(jié)雨季與干旱季節(jié)的水量平衡，形成連續(xù)、穩(wěn)定和具有 持續(xù)供水能力的穩(wěn)定系統(tǒng)[16]。一方面，利用人工的地上和地下蓄水池儲存的雨水，可再次作為景觀用水和清潔用水被使用；另一方面，利用綠地內(nèi)的人工濕地、下凹式綠地和雨水花園等儲蓄的雨水資源，可以和綠地的景觀建設(shè)結(jié)合，同時也可為住區(qū)的動植物提供生態(tài)棲息地。

表2 改良填料的配比

4 結(jié)語

隨著城鎮(zhèn)化進程的推進，城市居住區(qū)的數(shù)量持續(xù)增加，但城市的水資源卻遭受嚴重破壞。水資源的短缺與居住區(qū)頻頻發(fā)生的洪澇現(xiàn)象產(chǎn)生了強烈對比。居住區(qū)綠地層面的雨洪管理策略和方法，不僅可以降低住區(qū)內(nèi)澇風險、減輕城市市政排水管道壓力，還能更好地引導(dǎo)利用雨水資源，從而一定程度上解決水資源短缺和城市內(nèi)澇問題。基于以上認知，本文從如何在居住區(qū)綠地雨水的產(chǎn)生、傳輸和儲蓄利用三個階段落實居住區(qū)雨洪管理理念的角度入手，提出提高雨水徑流滲透率、控制雨水徑流流向與速度和優(yōu)化雨水儲蓄利用的策略，并且系統(tǒng)歸納了雨洪管理目標下的居住區(qū)綠地排水和蓄水利用的設(shè)計引導(dǎo)方法，以期為多角度研究居住區(qū)綠地的雨洪管理問題提供經(jīng)驗。