基于LID的居住區景觀雨水系統構建策略

蔡家珍，黃 靜，唐淑玲，江曉佟

(漳州職業技術學院 食品工程學院，福建 漳州 363000)

居住區環境是人為對場地開發后形成的人工環境，嚴重改變了開發前場地下墊面的組成，從而很大程度上影響了雨水自然循環過程。傳統的小區雨水處理采用“快速排除”和“末端集中”控制的模式，這種雨水輸送方式容易導致積水嚴重，水污染加劇，水資源浪費等問題。另一方面，居住區的生活用水、綠化澆灌、景觀用水、消防等又消耗大量的自來水資源，因此應用低影響開發理念（LID）構建居住區景觀雨水系統具有現實的迫切性和必要性[1]。居住區景觀雨水系統的構建是要結合居住區各種綠地景觀元素，合理布局雨水花園、植被淺溝、下凹綠地、綠色屋頂、滲透鋪裝等景觀雨水設施，在場地尺度內實現從源頭、中途和末端營造多功能景觀、實現削減徑流量和峰值流量、發揮生態效益等多重目標[2]。

1 基于LID的景觀設計理念

低影響開發（Low Impact Development，LID ）是指通過多種分散、小規模、低成本的源頭控制措施進行產流控制，盡可能維持場地開發前的水文特征[3-5]。這種雨水調蓄方式是依賴于對暴雨的源頭控制，提倡布設一定景觀雨水設施，引導雨水進入洼蓄地，利用洼蓄下凹空間和土壤下滲功能將雨水就地處理。大量的模型模擬研究和設施成效現場監測都表明，LID能有效起到削峰減排，減少水污染，凈化雨水徑流等作用，并且因雨水下滲速率往往低于降雨速率，使得這種方法對暴雨第一階段產生的徑流及小型降雨事件攔截效果更顯著[6]。基于LID的景觀設計理念下，居住區景觀環境設計應遵循 “低影響開發”、“塑造多功能場地”、“模擬自然水文循環”的原則進行，在景觀設計初期，盡可能尊重居住區原有水系駁岸，并通過改變場地豎向，優化場地雨水截留空間，賦予場地多重功能，實現景觀效果的附加功能，同時，針對居住區開發強度大的特點，應充分利用景觀設計手法模擬自然水文過程，將場地各個水文環節景觀化，從而對居住區雨水實現源頭、中途、終端三個環節的設計和管控。

2 基于LID的居住區景觀雨水系統構建目標

居住區環境開發強度大，住宅建筑工程建設中基坑降排水措施，疏干淺層地下水導致原先場地地下水空間的缺失，擾亂場地原先的自然水文循環。場地平整及地形塑造的客土過程和整體綠化更新，道路、廣場等硬質場地及景觀水體的增加，改變原有場地的土壤性狀、植物群落和下墊面組成。新建居住區的地下空間通常被高度利用，高層住宅建筑及地下車庫是目前居住區的主流形態，這種土地的集約化利用使得組團綠地面積擴大，但綠地與土壤基底存在嚴重的割裂現象，使得雨水不能自由下滲[7]。另一方面，居住區人口密度高，對生活用水需求量大，而居住區雨水水質較好，利用價值高。因此，城市居住區景觀環境是人工作用下的再創造，雨水利用景觀建設與住戶生活密切相關，這一特點決定居住區景觀雨水系統構建的特殊性和多元目標。

居住區景觀雨水系統的構建應從雨水徑流產生、傳輸、儲存過程，以最大限度削減居住區向外排放地表徑流為原則，充分利用各種景觀雨水設施，實現場地徑流量、峰值流量、徑流歷時、水質的雨洪控制目標。應綜合考慮雨水過程、場地特征、成本投入等多方面因素，將景觀綠地與雨水設施從技術層面加以融合，從而實現居住區景觀雨水系統構建的多元目標（圖1）[8]。

圖1 居住區景觀雨水系統構建目標Figure 1 Construction goals of landscape rainwater system in residential areas

3 場地尺度的居住區景觀雨水系統構建策略

景觀雨水系統通常應用于源頭、場地、區域/流域三種尺度[9]，推動景觀雨水系統在居住區的應用實踐，主要是通過在雨水產生的源頭布設景觀雨水設施從而探索場地尺度意義下的景觀雨水系統構建，場地是居住區各類景觀雨水設施實施并產生一定綜合效益的應用尺度，是衡量景觀雨水系統構建成效的基礎。根據下墊面的不同，居住區通常由建筑屋面，中庭廣場、道路和停車場等硬質鋪裝，建筑組團綠地、集中綠地三類場地構成[10]。依據各類場地的地形標高和分區，合理布點串聯各類景觀雨水設施，通過景觀設計的手法使得場地特色與景觀雨水系統高度融合。

3.1 屋面雨水處理

LID設計理念下，應以系統化的思路來解決屋面雨水處理問題。從基質材料、植物種類到相關配套的地下調蓄設施，從屋頂景觀生境營造到建筑立面及地面雨水花園藝術造型，形成一套注重源頭到末端的綜合有效屋面雨水處理方案（圖2）。

3.1.1 綠色屋頂

居住區住宅建筑比重大，場地雨水徑流主要來自建筑屋面和道路雨水，要減少屋面雨水徑流可通過在建筑屋面、露臺種植植物，吸收和過濾雨水，起到源頭削減雨水的作用，這樣能使小區的綠化面積最大化，并有效減少地表徑流。綠色屋頂的結構主要是植被層、土壤介質層、過濾排水層、結構層等，確保建筑屋頂不漏水及減輕屋面荷載是布局設計的關鍵[11]。通常在屋面結構層與種植區間考慮再增加一道防水措施，同時選用孔隙率高密度小的人工輕質土壤介質。根據建筑屋頂結構與種植介質的不同，綠色屋頂有簡單式和花園式。簡單式的綠色屋頂建筑荷載最小為100 kg/m2，利用低矮的植被、草坪、灌木進行營造。花園式的綠色屋頂建筑靜荷載至少為250 kg/m2，并種植小喬木，配置景觀設施，供人游賞，能發揮更大的生態效益。

無論哪種綠色屋頂，在植物種類都應選擇根系淺、須根發達、耐移植、耐修剪、管理粗放、生長緩慢、抗風、耐旱耐夏季高溫等特點。而土壤介質也應以輕質壤土為主，這樣能降低綠色屋頂厚度和荷載，減少建筑經濟成本，同時應將綠色屋頂的雨水收集到地下儲水設施，經凈化處理后可作為居住區居民生活用水，體現低影響開發的內涵。

3.1.2 高位花壇

屋面雨水的處理除了采用綠色屋頂外，更需要營造一套綜合有效的屋面蓄水系統，包括屋頂雨水收集、輸水、凈化過濾系統。落水管是居住區屋面蓄水系統中的輸水設施，在景觀營造上具有多樣性和美觀性的要求，能起到豐富建筑立面的景觀效果。高位花壇是與建筑落水管直接相連，截取來自屋面雨水的地面種植池，臺層式的高位花壇種植池不僅能緩和雨水徑流、凈化水質，也能在建筑附近營造戶外植物群落空間，豐富居住區建筑立面景觀效果，為居住區景觀空間組織提供靈感。

3.1.3 雨水花園

雨水花園是利用地形人工挖掘或自然形成的淺凹綠地，用于匯集屋面和地面的雨水，同時雨水花園具有管理簡單粗放，自然美觀、形式靈活、易于場地環境結合的特點，在豎向上低于周邊匯水面，對中小降雨的蓄滲效果顯著。它主要利用土壤和植物根部的吸附作用，凈化水質，同時通過下凹空間滯留雨水，減少徑流量。建造在建筑住宅旁，不僅能起到收集雨水，削減徑流量，同時能凈化雨水，保證雨水的二次利用。

圖2 住宅建筑雨水處理示意圖Figure 2 Schematic diagram of rainwater treatment in residential buildings

3.2 中庭廣場、道路和停車場雨水處理

3.2.1 排水設計

道路廣場是居住區主要的硬質場地，排水設計是重要的設計環節，低影響開發理念下的道路廣場排水設計是降低道路廣場兩側的綠地標高，降雨時，道路廣場的雨水徑流進入綠地并滲入土壤，當水量超過景觀雨水設施的蓄滲能力極限時，多余的雨水將通過溢流口排入市政管網，從而到達削減地面徑流量、延長徑流路徑的目的[12]。

3.2.2 材料設計

居住區的道路廣場通常采用花崗巖等硬質鋪裝，雖然方便了人們活動，但切斷了雨水自然下滲的路徑，破壞了土壤生物的生存空間，因此，道路廣場應多采用滲透路面，其設計的目的是減少路面積水和促進雨水集蓄、下滲。它的蓄水層由均勻的碎石構成，表面由各種多孔結構材料鋪設，如水泥孔磚、多孔混凝土、多孔瀝青等。居住區中的道路、停車場和中庭廣場是大面積硬質場地，雨水匯流速度快，在車位之間設置生物滯留帶，能促進雨水入滲，居住區內的慢行交通系統可全部采用透水鋪裝，設計中通過材料組合、鋪設方式變化、色彩搭配營造多樣的景觀藝術場景（圖3）。

圖3 透水材料的應用Figure 3 Application of permeablematerial

3.3 建筑組團綠地、集中綠地雨水處理

綠地在居住區中所占比重大，利用綠地景觀結合雨水設施處理雨水徑流是低影響開發理念重要內容，將住宅建筑、道路廣場周邊的綠地標高降低，通過高低起伏的地形，形成多處下凹洼地，用于儲存雨水。雨水花園和下凹綠地被廣泛應用在居住區分散的景觀綠化節點中，它通過植物及有助于雨水凈化的過濾介質來調控雨水徑流。

植草溝是開闊的景觀性地表明渠排水系統，沿居住區道路布設。作為一種線型低洼地，將毗鄰場地的雨水引導和傳輸至其他景觀雨水設施，是一種經濟的代替傳統雨水管道的輸送徑流設施[13]。造價低、布設靈活是其特點。為了提升景觀效果，可將植草溝設計為旱溪景觀，一般溪底采用卵石鋪設，溪中種植植物，間以巖石點綴，雨天能匯集雨水成溪，溪中卵石與植物搭配，能起到減緩雨水徑流速度，減少雨水對溪內土壤的沖刷，延長徑流傳輸路徑的作用（圖4）。

圖4 旱溪景觀Figure 4 Dry river landscape

3.4 景觀雨水設施規模與用地比例

確定景觀雨水設施規模和面積比例是構建居住區景觀雨水系統的重要環節。實踐中，景觀雨水設施規模和面積比例的設計往往具有區域性，應根據當地的降雨條件、土壤特性和現狀條件設計設施的蓄水深度、介質層厚度和材料、邊坡坡度、礫石排水層的厚度等，而雨水徑流處理效果和經濟性是景觀雨水系統面積比例設置的依據。目前，確定景觀雨水設施規模和面積比例常用的計算方法有推理公式法、設計降雨徑流量法，提倡采用SWMM模型模擬的方法對設施規模及面積比例進行設計和校核[14]。

3.5 植物選擇策略

植物是影響景觀雨水設施功能的關鍵因素之一。居住區景觀雨水設施中的植物應優先選擇鄉土樹種確保植物正常生長。綠色屋頂注重選擇抗風性強耐旱又能耐短期水淹的小喬木、灌木和地被。高位花壇應根據臺層的蓄水能力種植不同的植物，上層多配置灌木，下層種植季節性宿根花卉或觀賞草，以應對季節性降雨。雨水花園在植物的設計上應隨意而自然，根據不同水淹程度劃分為蓄水區、緩沖區和邊緣區[15]，蓄水區應選擇耐淹喜水濕的植物，緩沖區對植物的抗沖刷性要求較高，而邊緣區無蓄水功能，應選擇較耐旱的植物。

4 LID設計理念下的居住區景觀雨水系統構建案例

4.1 背景介紹

漳州市某小區靠近郊區主干道，主要由高層住宅建筑、道路廣場和綠地組成，總面積為1.22 hm2，不透水面積為 0.65 hm2（屋面為 0.250 hm2，路面為 0.398 hm2），占總面積53.1%，綠地率為46.9%，面臨排水壓力大，耗水量大等問題。為了實現防洪排澇、美化環境、節水利用等目標，該小區以“源頭控制”為關鍵技術手段的雨洪控制方案，主要采用綠色屋頂、植草溝、生物滯留、透水鋪裝等景觀雨水設施，實現場地雨水的收集利用(圖5、表1)。

圖5 小區景觀雨水設施布局與徑流路徑Figure 5 Layoutof landscape rainwater facility and runoff path in residential areas

表1 小區景觀雨水設施規模及用地比例Table 1 Scale of rainwater facilities and proportion of land use in residential areas

4.2 效益分析

小區雨水回用主要是綠化澆灌、道路澆灑。小區綠地面積為0.574 hm2，根據《草坪節水灌溉技術規定》（DB11/T349-2006）結合當地澆灌實際，按每平米每日用水2 L，平均養護時間間隔5天計算，則一年需水838.01m3，小區道路面積為 0.398 hm2，根據《建筑給排水設計規范》結合實際人工作業情況，按每次每平米用水0.5 L，三天沖洗一次計算，則一年需水約242.63m3。通過構建LID景觀雨水系統后，該項目獲得了經濟、環境等多方面效益。小區綠色屋頂面積為931.3m2，植草溝面積為616.3m2，生物滯留面積為1 432.1 m2，按各種景觀雨水設施的規模大小及漳州市年均降雨量1 612mm計算，年均利用雨水進行綠化澆灌和道路澆灑節約用水約549.7m3。同時，雨水經過生物滯留截污凈化，有效減少了面源污染，利用植被淺溝等景觀雨水設施代替部分雨水管道，節省了管道投資。

表2 小區綠化澆灌、道路沖洗用水量Table 2 Greeningwater and road irrigation water consumption in residential area

5 結論

居住區景觀雨水系統的構建，并不是一個全新的體系介入，更需要思考的是各種場地尺度下的景觀雨水設施如何嫁接在居住區各類綠地設計中，如停車場設計、中庭景觀營造、建筑組團綠化等。綜合考慮經濟效益和徑流處理效果，合理設計景觀雨水設施的規模和在居住區中的用地比例，發揮景觀雨水系統的雨水徑流管理功能。總體上，居住區景觀雨水系統相關方面的研究和工程實踐處于起步階段，相關技術規范也有待完善，需要多部門多專業的配合，以切實推動水文友好的宜居環境建設。

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部．海綿城市建設技術指南[M].北京:中國建筑工業出版社，2014．

[2]劉麗君,王思思,張質明,等.多尺度城市綠色雨水基礎設施的規劃實現途徑探討[J].風景園林,2017（1）：123-128.

[3]MICHAEL E，DITEZ C.Low Impact Development Practices：A review of current research and recommendations for future directions[J].Water Air Soil Pollution，2007(186)：351-363.

[4]JAMES M B，DYMOND R L.Bioretention hydrologic performance in an urban storm water network[J].Journal of Hydrologic Engineering，2011，17(3)：431-436.

[5]FRANKLIN J C.Improving urban watershed health through suburban infilldesign and development[D].Virginia：VT，2011.

[6]李春林,劉淼,胡遠滿,等.基于暴雨徑流管理模型(SWMM)的海綿城市低影響開發措施控制效果模擬[J].應用生態學報,2017,28(8):2405-2411.

[7]吳淑君,李欣昀,李曉英,等.城市小區景觀雨水利用研究:杭州一典型性居民區為例[J].給水排水，2016(42)：237-241．

[8]吳文洪,王思思,李俊奇,等.寧波市海綿城市實施方案中的若干關鍵技術問題分析[J].中國給水排水,2017,33(6):1-6.

[9]王思思,蘇義敬,車伍,等.景觀雨水系統修復城市水文循環的技術與案例[J].中國園林,2014（1）：18-22．

[10]范文婷.居住區景觀設計中雨水利用探討[D].北京：北京林業大學,2013.

[11]陳小平,黃佩,周志翔,等.綠色屋頂徑流調控研究進展[J].應用生態學報,2015,26(8):2582-2589.

[12]蔡家珍,李招蓮,黃寶華,等.景觀雨水設施對城市道路徑流削減效果評價[J].南昌工程學院學報,2017,36(3):37-40.

[13]黃俊杰,沈慶然,李田.植草溝控制道路徑流污染效果的現場實驗研究[J].環境科學,2015,36(6):2110-2113.

[14]陳虹,李家科,李亞嬌.暴雨洪水管理模型SWMM的研究及應用進展[J].西北農林大學學報（自然科學版）,2015,43(12):225-234.

[15]王佳,王思思,車伍.低影響開發與綠色雨水基礎設施的植物選擇與設計[J].中國給水排水,2012,28(21):45-50.