例談雨水系統中低影響開發與綠色水基礎設施

孫泉

(深圳市水務規劃設計院,廣州深圳 518008)

例談雨水系統中低影響開發與綠色水基礎設施

孫泉

(深圳市水務規劃設計院,廣州深圳 518008)

隨著社會的不斷進步,城市進程也不斷加劇,各種城市問題也不斷產生。我國很大部分城位于季風氣候區,夏季多暴雨,使得很多城市受到暴雨侵襲的困擾。本文根據筆者實踐工作經驗,舉例探析雨水系統中低影響開發與綠色基礎設施問題。

低影響開發 綠色水基礎設施 雨水系統 LID

我國有三分之二的國土都屬于季風氣候區，暴雨多集中在夏季，而且來勢兇猛。在傳統的排水系統中，主要是通過增加排水泵站以及加大排水管徑等手段將雨水迅速排出城區。所以就需要更大的地下空間，同時也加大了建設成本。而且清潔雨水作為寶貴的淡水資源可被利用。正是由于該種原因，雨水系統中低影響開發與綠色水基礎設施應用而生。這種技術不僅可以從源頭將暴雨的徑流以及峰值減少，而且可以推遲洪峰到來的時候，使開發以后的城市雨水系統與自然狀態下的水文系統相似。現如今已經有很多類型的綠色水基礎設施應用到了城市建設當中，比如雨水花園、植被淺溝、透水性鋪裝以及用于觀賞的雨水蓄水池等。尤其在發達國家的城市中，這種技術應用十分成熟。而在我國，這種技術起步比較晚，只有一些比較大的城市采用了這種LID技術。從可持續發展角度看，LID技術勢必會得到廣泛的應用和推廣。我們可以根據我國的具體國情，將這種技術與目前我國的雨水處理設備相互結合，從而構建與我國國情相符的雨水系統。

1 雨水系統中低影響開發與綠色基礎設施概述

目前我國的土地利用方式發生了很大的變化，越來越多的濕地、林地、耕地被建筑物以及各種道路代替，使得城市的地表徑流明顯增大，縮短了雨水的匯流時間。在降水條件相同的情況下，城區的洪峰流量會瞬間增大，洪峰到來的時間也相應提前。這種城市水文情況的變化，使我國城市飽受水患。為了促進城市的可持續發展，雨水系統中低影響開發與綠色水基礎設施成為城市化管理重點。而低影響開發技術正是解決這種境況的有力措施。

所謂低影響開發技術，是用來控制暴雨的徑流量和流速以及面源污染的，屬于國際先進的新技術。其英文為Low Impact Development，英文縮寫為LID。被美國環保總署在2010年率先定義為綠色水基礎設施。該技術屬于綠色低碳技術，專門用來解決城市內澇以及面源泉污染問題。它利用生態設施取代傳統的高能耗設施，用綠色植物吸收、土壤滲透、滯留等功能分散雨水源頭，減少地表徑流，從而減弱了雨水的峰值，推遲洪峰到來的時間。通過這種模擬自然條件排水過程，使城市的排水系統接近于未改造之前的排水系統，對原有場地進行了很好地保護。

2 LID系統中植物所起的重要作用

植物在低影響開發與綠色水基礎設施中起著非常重要的作用。比如雨水花園、綠色屋頂、植被淺溝、雨水塘、雨水調蓄池、嵌草磚等都應用到了植物。具體主要有以下幾個作用：

(1)植物的根系和土壤可以吸收、凈化雨水中所攜帶的污染物，維護水環境。(2)植物可以通過莖、葉滯留雨水，通過根滲透雨水，從而緩沖雨水沖刷地面的力量，減少雨水的徑流量，減緩水流速度。(3)植物可以進行蒸騰作用將根系吸收到的土壤中的水分釋放到大氣中，增加空氣濕度。(4)植物復雜的根系可以固定土壤，防止土壤被雨水侵蝕，起到保持水土的作用。(5)植物的葉子顏色多樣，給人以美的享受，具有十分顯著的美化環境功能。(6)植物可以保持生物多樣性，緩解城市熱島效應，調節局部小氣候，提高空氣質量。

3 不同的雨水設施如何選擇適當的植物

現如今，我國開展了很多針對雨水系統中低影響開發與綠色水基礎設施的研究和應用，并取得了一定成果。這種技術在受到重視的同時，也面臨了一些挑戰。如何選擇植物就是其中的問題之一。因為缺乏設計研究植物的選擇，業主和設計師對于選擇何種植物存在很多困惑，從而制約了該種技術的發展。在低影響開發當中選擇植物與一般的園林選擇植物不大相同，它更看重植物在雨水設計中所表現出的特殊功能以及在特定情況下的生長特性。在選擇植物與設計雨水設施時要構建可持續發展的植物群落，既與生態相符，又要與人們的審美相符。在選擇植物時，可以遵循以下基本原則：

(1)鄉土植物要優先選擇，最好是適應場地的環境，可以保證各種植物之間沒有負面的影響。(2)選擇可以凈化徑流強的植物。(3)選擇抗性強、耐城市環境、耐污染的植物。(4)盡量選擇可以多年生的植物，從而降低維護費用。(5)盡量搭配多種樹種，可以保持植物群落的穩定性，防止生物入侵，同時具有一定的美學價值和生態價值。

4 以深圳地區為例進行植物選擇

基于以上選擇植物的基本原則，不同的雨水設施在結構、適用條件以及功能方面有所差異，因而對植物的要求也不盡相同。根據深圳地區具體的物質條件和氣候條件，本論文將會探討植物的選擇和雨水系統的設計方法。

4.1 綠色屋頂

建設綠色屋頂有兩種主要形式。一類是在陽臺、露臺建設密集型的綠色屋頂，往往以使用和人的欣賞為目的。需要較厚的土壤層，植株比較大的觀賞型植物。這種綠色屋頂要靠大量的水資源灌溉，同時加大維護管理的費用，所以與我們所要求的可持續發展型的低影響開發不相符。另一類就是筆者所倡導的粗放型的綠色屋頂，重環境功能，輕構造，需要較薄的土壤層，可以維護管理起來比較簡單。在歐美得到了非常廣泛的應用。起到了改善環境、緩解雨水沖刷、減少雨水徑流的目的。下面將對粗放型的綠色屋頂進行介紹。

圖1 綠色屋頂

粗放型的綠色屋頂主要是由防水層、排水層、種植土層、植物層等組成，可以起到減少雨水的徑流量、降低夏季室溫、減少冬季熱量散失、凈化空氣、緩解城市熱島效應、美化城市環境、提高生物多樣的作用。植物是粗放型綠色屋頂最主要的覆蓋物體，植物可以截留雨水、吸收雨水，同時土壤層也可以吸收雨水，這樣大大降低了雨水的徑流量，減緩雨水的流速。雨水經過凈化以后可以回收再用。植物的葉片不間斷地進行蒸騰作用調節了局定小氣候，節約了對電能的消耗。在選擇植物時首先要考慮根系的長度。植物的根系長度不能超過土壤層的厚度，并受到成本和屋頂承載力的限制。土壤層的厚度一般在5厘米到30厘米之間，所以要選擇根系比較淺的植物。粗放型綠色屋頂主要位于高處比較暴露的區域，需要抗風能力比較強的植物。為了減少對綠色屋頂的維護管理以及提高水資源的充分利用，還要選擇抗旱能力強的、不需要經常修剪的植物。比如常見的植物垂盆草、八寶景天、紫花地丁、佛甲草、草地早熟禾等。（圖1）

圖2 植被草溝

4.2 生物滯留設施

生物滯留設施主要是指在低洼地區種植生物，利用植物和土壤對雨水進行滯留。比如停車廠、街道、小型廣場、宅院等地面，可以起到凈化、滲透、排放雨水的作用。雨水花園、下凹式的綠地等就屬于生物滯留設施。這種設施的滲透時間一般要小于48小時，此時需要選擇可短期耐水淹，同時又有抗旱能力的植物。由于生物滯留設施雨水的嘗試不同，所以種植的植物也有一定區別。可以將生物滯留設施劃分為邊緣區、緩沖區和蓄水區。這三個分區水淹的狀況逐漸增強。在這三個分區進行植物的種植時，要考慮植物的耐旱、耐水特性。為了增強去除雨水中污染物的能力，還要選擇凈化能力強、根系發達的。在生物滯留設施的建設中，可以選擇的植物有很多。比如草坪草、一些常見的木本植物和最近引入城市的綠化觀賞植物都可以在雨水花園中種植。可以根據不同的景觀及功能進行選種。

4.3 透水性鋪裝

透水性鋪裝，可以引導雨水下滲，從而減少雨水徑流量，減輕排水系統負擔；雨水中的污染物質也可以在通過透水性鋪裝時得到凈化。這種設備的缺點就是造價比較高，耐久性差。但是從可持續發展的角度來看，還是需要得到推廣并廣泛使用的。

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4.4 植被淺溝

植被淺溝主要是利用重力流來收集和輸送雨水的原理，在地表的溝渠中種植綠色植物，利用植被發達的根系和土壤對雨水起到過濾的作用。植被淺溝主要建設在不透水地面周邊、道路兩側、大面積的綠地上。在進行植被選擇時，要選擇可以抵抗雨水沖刷的植物，植被高度最好控制在75毫米到150毫米之間，過高的植物可能會因為雨水的沖刷出現倒伏的狀況。如果選擇了比較高的植被，則要加強植被修剪、控制高度。建設植被淺溝時，注意選擇根系比較發達的植物，這樣不僅可以減少水土流失，加固土壤，而且可以凈化雨水中的污染物。所選擇的植物最應承受長時間的干旱和周期性雨澇。在建設植被淺溝時，還要注意種植植物的密度，較多的植被，可以在很大程度上延緩雨水徑流。當然，種植在植被淺溝里的植物既可以是單一物種，也可以多種植物相結合。比如野牛草、結縷草和草地早熟禾等。(圖2)

4.5 嵌草磚

嵌草磚是指具有各種空隙形狀的混凝土磚，其作為透水鋪裝，多用于停車廠、人行橫道、車流量比較少的道路和廣場等。在磚中種植植物，可以有效地增加雨水的滲入量，在小雨的時候保證地面沒有積水。種植在嵌草磚的植物還可以減緩雨水的徑流、凈化雨水，同時調節局地小氣候。在嵌草磚內種植的植物一般為耐踐踏、比較低矮的植被。可以選擇野牛草、結縷草這些耐干旱并且耐短期洪澇的植物。

4.6 景觀雨水調蓄池

景觀雨水調蓄池屬于生物滯留設施，它將雨水調蓄與建筑景觀相互結合，提高了土地資源的利用效率，充分了綠色水基礎設施的理念和可持續發展的理想。通常情況下，景觀雨水調蓄池的水位保持在正常狀態。在該水位之位比較高的地方可以修建運動場和停車場等。如果城市遭到暴雨的侵襲，高地與常水位之間的空間就可以發揮雨水調蓄作用，它可以將暴雨流量貯存起來，減少洪水對下游和周邊地區的危害。暴雨結束后，池內儲存的雨水再通過排放水體或下滲，恢復調蓄池內正常的水位。下面將會以雨水濕地為例進行講解。

雨水濕地一般為自然濕地，可以減少雨水徑流，改善場地的景觀并能充分利用雨水資源。雨水濕地是生態系統，該生態系統比較復雜，是一個水陸交接的系統。它可以利用微生物降解以及植物的吸收作用凈化雨水，起到了非常顯著的效果。根據水環境條件的不同，我們將雨水濕地劃分為五個區域，如圖3所示：

(1)深水區：該區域深度一般在0.45～1.8米之間，可以選擇抗較深水淹、凈化能力強、根系發達的水生植物。適當地選擇浮水植物、挺水植物和沉水植物，比如狐尾藻、金魚藻、水葫蘆、荷花、荇菜、睡蓮等。(2)淺水區：該區域深度在0.45米之內，可以選擇抗一定水淹、根系發達凈化能力比較強的水生植物。最適合該區域的就是挺水植物，比如蘆葦、水蔥、慈姑、香蒲等。(3)植被緩沖區：此地區為水陸交錯地帶，是陸地向濕地的過渡地帶，這里的土壤含水量比較多，可能會遭到雨水的周期性淹沒，可以選擇種植一些水陸兩棲植物以及濕生植物，比如黃菖蒲、千屈菜、柳屬植物、莎草科等。(4)泛洪區：該區域通常情況上一般比較干旱，如果遇到較強的降水就會被淹沒。泛洪區比較平坦，泛洪區并不是必設的區域。在該區域種植植物要選擇耐短期水淹和耐長期干旱的植物。(5)邊緣區：該區域的植物因為不會受到雨水的影響，可以根據當地的景觀條件和氣候條件選擇植物進行種植。

5 LID系統在國內外的研究以及相應實例

在一些發達國家，低影響開發技術已經形成比較成熟的技術體系，而且得到非常廣泛的應用。不再是一味地注重“排水”，而是與滲、滯、蓄、排、用相結合。在我國，這種低影響開發技術應用起步較晚，絕大部分城市把雨水當作“廢水”排出，只有像北京、上海、深圳這些發達的城市才實施低影響開發技術。

5.1美國High Point住宅區

(1)透水性鋪裝。在該住宅區的停車場和街道都采用了這種透水性鋪裝。可以讓雨水滲透到土壤當中，減少雨水徑流量。(2)雨水花園。如果當時降水比較多，無法通過排水系統排出時，可以利用雨水花園加快雨水的過濾和滲透。(3)植被淺溝。在西雅圖的一些住宅區有一些淺溝，這些淺溝被植物鋪滿，組成了一個網絡系統。這些植被淺溝布置在街道上，路邊有排水口，這樣雨水就可以順著排水口進入植被淺溝。

5.2 深圳光明新區低影響開發技術示范區

住房建設部與深圳市于2010年簽訂了低影響開發技術示范合約，深圳光明新區就成為了我國第一個低影響開發技術示范區。

在光明新區的規劃當中，綠地的面積就達到了16.6%。所以，植被淺溝、下凹式綠地、透水性鋪裝等設施鼓勵因地制宜，大膽嘗試。因為綠地貯存雨水的能力有限，可結合該地區天然的水體進行雨水調蓄和貯存。對于超設計標準的降雨，可將雨水排入到自然的湖泊或河道，從而能夠減少洪澇災害。同時，將本地區的自然湖泊和河道改建成雨水濕地，使得雨水得到進一步凈化。

6 結語

6.1 總結

傳統的排水系統不僅占地面積大，而且成本高，與低影響開發技術相比，劣勢凸顯。低影響開發技術與景觀相結合，不但可以節省大量的成本，而且可以節約土地。這對于寸土寸金的現代城市具有非常大的優勢。低影響開發技術是屬于低能耗、低成本的技術，只是需要大量的勞動力進行維護管理，有利于解決農村人口的就業問題。同時，低影響開發技術同時也給植物、巖土、化工、景觀、城市規劃等領域創造出新市場和新產品。

6.2 展望未來

低影響開發技術具有很多優勢，可以與開放式的排水溝或雨水渠相結合構建與自然的排水系統相似的系統，從而取代傳統的雨水系統。但是不得不承認，低影響開發技術還存在一定的缺陷，如果遇上特大暴雨，這種國際先進的技術就不能像傳統的雨水系統一樣很快發揮作用。另一方面，集中處理雨水的設施也存在很多缺點，建設成本高，而且不利于雨水的充分利用。簡而言之，雨水系統中低影響開發與綠色水基礎設施要與我國水資源匱乏、降水分布不均、城市建設密度大等國情相符，并與雨水管網和雨水處理設施相結合，構建符合我國國情的可持續發展的雨水系統。

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