淺談植草溝在市政公園項目中的應用

文／齊悅 福建省建研工程顧問有限公司 福建福州 350025

引言：

伴隨著中國城市規模高速擴張，對土地利用面積日益擴大，城市中不透水下墊面占比急劇增加，雨水難以及時下滲，暴雨時部分市政雨水管網又無法及時排走雨水，進而導致了城市內澇。有鑒于此，根據《海綿城市建設技術指南—低影響開發雨水系統構建（試行）》和國務院[2015]75 號文的要求，各類項目綜合利用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施，積極推行海綿城市的建設，以最大限度減少城市開發建設對生態環境的影響。在這一過程中，下凹綠地、雨水花園、旱溪、植草溝、透水下墊面、調蓄池等各類LID 技術均得到了廣泛應用。這些新型雨水徑流控制措施在控制雨水徑流和徑流污染的同時，還可通過就近利用或回補地下水等手段使雨水資源化[1]。

在市政公園項目中，場地內需控制雨水組成主要包括綠地地表匯水和園區內道路、廣場地面徑流等，其產流較為分散。而公園項目對于景觀所營造的整體視覺效果要求更高，設置于道路周邊的灌木、大型喬木等不耐澇植物的種植區設置也會進一步限制雨水花園、下凹綠地等生物滯留設施的位置選擇和布置，進一步增加了路面徑流雨水收集的困難。而道路雨水徑流中含有有機化合物、重金屬、致病菌等多種污染物，若不加處理直接排放，勢必會對受納水體造成較大污染[2]。為解決這一矛盾，植草溝在市政公園項目中得到了較為廣泛的應用。

植草溝是一種構造簡單，建設成本低，日常維護也較為方便的植物型溝渠。地面的雨水徑流可通過沿程漫流匯水、沿程多點匯水或集中匯水等方式進入沿匯水面周邊布置的植草溝，再經過溝內植物對雨水中雜質的過濾和攔截，植草溝可對其服務范圍內的雨水起到收集、過濾和凈化的作用。在適宜的條件下，植草溝可以部分代替傳統的道路雨水口及附屬的雨水管渠系統[3]。與傳統道路雨排水系統相比，植草溝占地面積較大，在開發強度較大、用地緊張的商業區域內不宜設置，但在市政公園項目中，植草溝的優勢較為明顯。植草溝布置非常靈活且與景觀綠地易于融合，對景觀整體效果影響較小，而沿道路布置的植草溝對于沿程路面雨水的收納效果良好，極大改善了路面雨水的徑流控制情況[4]。本文以杭州某市政公園項目為例，嘗試探討植草溝在海綿城市中的應用。

1、工程概況

本項目位于浙江省杭州市苕溪景觀帶區域，貫穿臨安主城區的唯一帶狀綠廊，是中心城區重點的水生態景觀。苕溪北岸濱水景觀帶全長約750m，寬度約為35-222m；苕溪南岸濱水景觀帶全長約520m，寬度約30-53m；河道寬約100m；建設紅線面積約77000 m2；順接苕溪兩岸已建成或在建堤防。項目整體綠化率較高，為生物滯留設施的布置提供了較為充裕的空間。根據管控指標要求，本項目年徑流總量控制率需不低于85%。

2、植草溝布置原則

本項目場地內硬質屋面較少，總計約1600 m2硬質屋面，且建筑周邊均有較適宜的空間用以設置雨水花園或高位花壇等生物滯留設施，建筑屋面雨水可通過建筑落水管接入并就近消納。根據下墊面分析及場地布置可知，本項目場地內綠地率約59.1%，道路及附屬廣場面積約占項目總面積的38.7%，因此場地內的雨水徑流主要由綠地和場地內道路及附屬廣場產生。而作為重點景觀公園項目，園區內道路周邊綠地景觀是公園的“形象門戶”，若沿程大面積布置雨水花園、下凹綠地等生物滯留設施，雖可解決路面雨水的收納問題，但勢必會給公園整體景觀效果的營造帶來較大困難。

一方面，在市政公園項目中，海綿設計應以配合公園整體景觀風貌為主，需盡可能融入景觀效果，避免對綠地景觀造成過大影響。另一方面，公園項目綠地率較高，具備良好的海綿城市建設基礎，因此對徑流控制率的管控要求也較高，對于路面及附屬廣場的雨水徑流需做到應收盡收。為滿足這一要求，本項目沿道路走向設置隱形式植草溝以收集路面雨水。植草溝邊坡與周邊地形自然銜接，溝內植物與周邊綠地植物統一設計，以使植草溝融入整體景觀中。在大面積景觀綠地周邊地形低點，也對通過原有地形進行適當改造，使景觀綠地內產生的徑流雨水亦可由周邊設置的植草溝有效收集。同時，為了有效控制植草溝的水位并防止公園積水，本項目根據各植草溝服務面積及所需消納雨水量，于植草溝下游端部設置一座雨水花園，采用植草溝和雨水花園聯合設置的方式進一步滯留并凈化雨水。

本項目場地內大部分區域道路縱坡較為平緩（約0.5%～2%），植草溝縱坡可沿道路設置，局部道路坡度較大處，可在植草溝內增設攔沙壩，以降低其有效坡度，延長溝內雨水過濾和滲透的接觸時間。植草溝設計寬度一般為0.6～2m，可根據實際情況調整，在局部放大或縮小，以配合周邊地形地貌，營造一定的景觀效果。

考慮到極端暴雨下的應急排水，本項目于植草溝或其所連通的下游雨水花園內設有溢流井，當降雨量超過設計雨量時，超限雨水可通過溢流井排入下游雨排水設施，避免園區內積水。溢流井溢流高度低于周邊道路最低處50-100mm，以防止雨水漫過路面。

3、植草溝構造設計及計算

3.1 植草溝選型及構造

目前較為常用的植草溝可根據其在常態下的保水狀態分為干式植草溝和濕式植草溝。

干式植草溝改良了傳統的傳輸性植草溝，于植草溝底部增設了排水系統，其上采用滲透性能良好的透水土壤，其雨水傳輸和滲透能力更強。干式植草溝的主要作用是收集并傳輸地表徑流雨水，其傳輸能力與溝內植被密度與高度有關。通過溝內植被、土壤和微生物等共同作用，干式植草溝在傳輸雨水的同時也可起到一定過濾和凈化的作用。在常態下干式植草溝內沒有雨水蓄存，避免了雨水長期浸泡造植物根莖，有利于溝內的地被植物生長。其日常維護較為簡單，只需保證其排水系統暢通并定期修剪地被植物即可。

濕式植草溝與干式植草溝的主要區別在于保水性方面。濕式植草溝形成了類似濕地的洼地，由于在常態下被雨水浸泡，溝內植物對耐水性的要求較高。另外，濕式植草溝內常年有水，因而更易滋生蚊蟲，會產生一定的安全及衛生隱患，對衛生及環境要求較高的區域不宜使用。

根據項目實際情況和景觀需求，本項目選用干式植草溝作為收集并傳輸道路及綠地徑流雨水的主要手段，其主要構造包括：

（1）蓄水層

蓄水層位于植草溝最上部，深度一般根據當地降雨特性和周邊地形地貌等因素確定。其主要功能是滯留及傳輸植草溝所收集的雨水，有效沉淀雨水中的顆粒物質，同時去除部分金屬離子和有機物[5]。為了充分利用植草溝側壁的凈化作用，增加所收集徑流雨水與基質層中微生物的有效接觸機會，本項目主要采用周邊道路放坡銜接植草溝畜水層的沿程進水方式，以增強植草溝對雨水中污染物的攔截、吸附效果。本項目植草溝畜水層設置為150mm。

（2）植被層

植被層具有良好的生態景觀效果，可以有效改善溝內徑流的水力條件，較好地避免了溝內雨水流速過大及土質邊溝的水土流失問題，同時具有良好的生態景觀效果。溝內植被設計高度一般控制在100-200mm，植被過低會影響植草溝對雨水的滯留和凈化效果，過高則會降低植草溝的過水能力，對雨水的傳輸和排除造成不利影響。在溝內植物的品種選擇上，優先選用根系發達，對水質凈化作用較強，耐澇性、抗旱能力較好，且易于養護、管理的品種。另外，根據相關研究結果，相較于種植單一植物，將多種植物組合種植更有利于水中污染物的去除[6]。

（3）種植土層

種植土層具有良好的過濾和吸附作用，是植物根系生長的基礎，微生物也在其內降解有機物。種植土層一般選擇滲透系數較大的透水性土壤，以利于雨水下滲。其土壤類型及厚度除需符合溝內種植物的生長及養護要求外，還應考慮滿足水質凈化目標。本項目中設計種植土層厚度不小于200mm。考慮到所積蓄雨水所需的下滲時間不宜過長，本項目要求植草溝種植土及下墊面土壤滲透系數不小于5×10-6m/s。根據地質勘探資料揭示，本項目生物滯留設施設置范圍內的場地面層覆土主要為雜填土，可達到設計要求的土壤滲透系數。少量原土壤滲透系數過小的區域，需局部更換下墊面填土以滿足要求。

（4）礫石排水層

礫石排水層通過其內敷設的穿孔盲管將滲濾的雨水收集并排入下游雨排水設施。本項目穿孔盲管采用DN100 PE 型管材，盲管的開孔率為1%-3%之間，開孔孔徑需小于礫石粒徑，盲管外填充200mm 厚的級配碎石。礫石排水層以200g/m2的透水土工布包裹，以避免種植土層內土壤顆粒隨雨水進入排水層。

本項目植草溝設計構造如圖1 所示。

圖1 植草溝構造示意圖

3.2 溢流雨水口復核

根據浙江省《暴雨強度計算標準》（DB33/T1191-2020），杭州市暴雨強度公式為：

式中，q——設計暴雨強度[L/(s·hm2)]；

P——設計重現期（年），本項目取P=3a；

t——降雨歷時（min），本項目取t=10min。

根據上式計算可得：q=332.13L/(s·hm2)。

經分析比較可知，本項目場地內溢流設施最不利處為項目東南角處溢流井，該溢流井服務面積約為1154m2，其中包括約148m2透水瀝青路面和約1006m2綠地。本項目透水瀝青路面雨量徑流系數取0.30，綠地雨量徑流系數取0.15，則其所服務區域的綜合徑流系數為0.17。

設施服務范圍內雨水設計流量采用下式計算：

式中，Qs——雨水設計流量(L/s)；

q——設計暴雨強度[L/(s·hm2)]；

Ψ——綜合徑流系數；

F——匯水面積(hm2)。

根據上式計算可得：Qs=6.52L/s。

此處設施設置1 個不銹鋼溢流雨水口，設計規格為310×600mm，其進水孔口面積為0.0685m2，孔口為方角。

溢流口泄水能力采用下式計算:

式中，W——雨水篦的進水孔口面積（m2）；

C——孔口系數，圓角孔取0.8，方角孔取0.6；

h——雨水篦上的水深（m），本項目按道路超高取值0.05m；

K——孔口堵塞系數，本項目取0.67。

根據上式計算可得：Q=27.5L/s >Qs，故該海綿設施內溢流雨水口設置可滿足設計重現期內場地雨排水的要求。

3.3 植草溝植物選擇及養護

為了有助于污染物的凈化及土壤加固土壤，防止水土流失，植草溝內的植物種植應優先選用根系較為發達且葉莖短小、適宜密植的草本植物。由于植草溝內水環境較為復雜且變化較大，溝內植物尚需能耐短期水淹，耐雨水沖刷，并且需有一定耐旱能力。因徑流雨水挾帶的泥沙會在植草溝內堆積，因此溝內植物需能在薄砂和沉積物堆積的環境中正常生長，并需具有一定的抗污染能力和抗逆性。同時，溝內植物還應兼顧一定的觀賞性，以提升景觀品質，形成可觀、可賞、可用的最終效果[7]。

本項目植草溝內植物的主要選擇包括：馬尼拉草、細葉結縷草、果嶺草、大葉油草等。

在植草溝建成后的運行過程中，應及時清理溝內雜物并注重植物的養護。植草溝內的植被層除了能增強溝內雨水徑流滯蓄效果外，還會顯著提升其對所收集雨水中氨氮和總磷等污染物的去除率[8]。因此當植被覆蓋率低于50%時，應及時進行補種，以保證植草溝的滯蓄能力及對污染物的凈化效果；而溝內植物過度生長時，則需及時修剪，以免影響植草溝的輸水能力。

結語：

本項目中，沿道路、廣場及景觀綠化周邊設置了總長度約2400m 的植草溝，較好地達成了充分收集廠區內徑流雨水的目的。通過聯合設置下凹綠地、雨水花園、透水下墊面等多種海綿設施，最終項目年徑流總量控制率可達86.76%，實現了場地地表雨水自消納，不外排的源頭消減要求。另一方面，利用植草溝收集并傳輸雨水的方式增加了其他海綿設施設置的靈活性，而植草溝自身又較易與附近景觀綠化融合。因此，經過對周邊植物的綜合設計，最終呈現的景觀視覺效果優良，道路周邊留有休閑、游憩的空間，大型喬木、灌木生長環境良好。項目總體上即滿足了海綿城市的建設要求，又實現了良好的景觀和使用效果。