東北地區雨水花園設計方法研究

張 鑫，王馨甜，葉 程，陸 海

（1.吉林建筑大學市政與環境工程學院，長春 130118；2.長春科技學院建筑工程學院，長春 130022）

近年來，隨著東北地區城市人口的快速增長及城市的不斷擴建，東北地區城市面臨諸多的雨水利用方面的問題。一是城市硬化面積逐漸擴大，嚴重阻隔了雨水向土壤中下滲，減少了對地下水的補給，導致雨水資源的流失；二是排水設施負擔重，在降雨集中期雨水無法被及時地清除，易形成雨洪；三是初期雨水會攜帶著污染物進入河流中，導致水體污染，這也在一定程度上加劇了東北地區水資源的匱乏[1]。

上述問題已經給東北地區的人們在生產生活方面帶來了極大的困擾，而一種行之有效的雨水利用設施是解決這些問題的關鍵。近些年，東北地區對于雨水利用的研究不斷發展與進步，并開始將雨水研究應用到實際案例中，如哈爾濱市群力雨洪花園、長春市勞謙公園等。但東北地區許多城市在雨水利用方面仍處于初步探究階段，專門的暴雨管理體系尚未形成，雨水收集和利用方面的措施也很少，同時雨水常常和污水合流，這大大減少了對雨水資源的有效利用，所以大力發展雨水利用設施是解決諸多雨水問題的有效途徑[2]。

1 雨水花園在雨水利用中的作用

1.1 雨水花園的含義

雨水花園是一種生物滯留區的應用形式，通常在人造或者天然形成的淺洼地區建造，可以對來自不透水地面、屋頂等的雨水進行收集，并可通過其中植物與土壤的一系列作用，凈化雨水，達到控制雨水地表徑流和雨水回補地下水等目的。最初的雨水花園是于20世紀90年代由一位美國地產開發商所提出的，他希望建造一個能夠滯留和吸收雨水的場地以更有效地管理雨水。在相關部門的協助下，當地每棟住宅都配建了一個30～40 m2的雨水花園，并在建成后的數年里進行追蹤檢測，數據顯示建造雨水花園比未建前平均減少了75%的地面雨水徑流量[3]。由此，雨水花園開始廣泛地被世界各地所熟知和運用。

1.2 雨水花園的功能

雨水花園的功能：一是可以回補地下水，雨水花園的建造增加了城市空間中可滲透雨水的土壤面積，同時可通過植物的吸附、土壤的下滲，增加對地下水的補給；二是可以降低水體污染，雨水花園中的植物、土壤以及微生物能夠有效地除去初期雨水徑流中的有害物質，如有機污染物、重金屬離子等，使通過地表徑流進入水體中的雨水得到凈化，減少水體污染；三是可以防治雨洪，雨水花園當中的植物和土壤能夠對雨水起到有效的滯留和滲透作用，從而減少雨水地表徑流量，而當降水量較大時，其中的溢流管可將超出處理范圍的雨水排到其他系統當中進行處理[4]。

2 東北地區雨水花園設計方法

東北地區年降水量自東南向西北呈現逐步遞減的規律，而降水日數自東南向西北則呈現多—少—多的分布格局[5]。同時，東北地區易發生嚴重的旱澇災害，而造成嚴重旱澇的一般是強降水異常事件，其多發生于6-9月份，尤其在7、8月份最為頻發，該時期降水時段集中，降水強度大，降水量可占到全年降水量的60%[6]。由此可以看出，雨水花園的應用在東北地區具有很大的發展潛力，因此對東北地區雨水花園設計方法的進一步研究也具有重大的意義。

2.1 東北地區雨水花園的功能定位

在雨水花園設計之前，需要對雨水花園建造地點進行系統調研，并對待解決的關鍵性雨水問題進行總結，以此確定將要建造的雨水花園的定位類型。

雨水花園可劃分為兩種定位類型：一類是以控制徑流量為主要功能的雨水花園。其適用于環境較好、雨水徑流污染較輕的城市空間，如公園、學校等，可以達到對雨水的滯留、滲透的效果，結構較為簡單[7]；另一類是以降低徑流污染為主要功能的雨水花園。其適用于雨水徑流污染較重的城市空間，如商業中心等，可以達到凈化雨水的效果，但施工困難，需要在底部敷設專門的排水溝[8]。

2.2 東北地區雨水花園的選址

對于雨水花園的選址，在完成建設場地調查的基礎上，還應做到以下9點：

選址應當滿足甲方的相關要求，符合相關的法律法規；把場地地下水位的高低作為雨水花園選址的重要參考之一，即應選在地下水位較低而需要雨水補給的地方；分析土壤狀況，找出建設場地中土壤滲透能力較高的地方，將其作為區域雨水主要匯集下滲的候選區；確定建設場地的高程，找出高程較低且易積水的地方，作為雨水匯集和蓄存區；為了保護建筑基礎不被侵蝕，建筑基礎與雨水花園外圍的距離至少為2.5 m；雨水花園的位置應選在遠離供水系統的地方；盡量讓雨水花園建造在光照充足的地方；盡量建造在地勢平坦的地方，以便于施工和維護；應適當考慮雨水花園與周圍環境、其他設施的有機組合[9]。

2.3 東北地區雨水花園的規模

基于達西定律的滲透法、蓄水層有效容積法以及完全水量平衡法是精確計算雨水花園表面積的三種方法，這些方法各有特點，但計算過程均較為煩瑣[10]。在此，可以采用一種方便快捷的方法對精度要求不高的雨水花園面積進行估算，主要步驟如下[11]。

2.3.1 匯水面積的計算

匯水面積S匯水的計算（其包括屋頂、不透水地面、草坪）公式為：

式中，S屋頂屋頂的面積；S不透水地面為不透水地面的面積；S草坪為草坪的面積；α為雨水花園可處理屋頂雨水徑流的比例；λ為草坪的徑流系數，一般取0.2。

2.3.2 徑流量的計算

徑流量Q的計算：

其中，h1為當地24 h內最大降雨量。

2.3.3 雨水花園24 h內雨水下滲深度的計算

雨水花園24 h內雨水下滲深度h2的計算公式為：

其中，r為雨水花園的滲透率。

2.3.4 雨水花園面積的計算

雨水花園面積S花的計算：

上述方法計算簡便，但精度不高，適用性差，所以需要根據不同情況進行具體修正。

2.4 東北地區雨水花園的豎向設計

雨水花園主要由五部分組成，由上到下依次為蓄水層、覆蓋層、種植土層、砂土層和礫石層[11-12]。一是蓄水層，是雨水凈化的第一步，它能短暫地對雨水進行滯留，并可對雨水中的雜質進行沉淀。二是覆蓋層，通常為50～80 mm厚的木屑或樹皮等，其不僅可以為微生物提供有益的生存環境，促進雨水的凈化，還可以使土壤濕度得到保持，有助于增大土壤的滲透性。三是種植土層，一般選用具有較好滲透性能的砂質土壤，由于植物扎根于此，所以其具有較高的凈化雨水能力，該層厚度應根據植物的類型來決定：若是草本植物，層厚一般在0.3～0.5 m；若為灌木時，層厚一般在0.5～0.8 m；如果為喬木，則層厚一般需要1 m以上。四是砂土層，厚度一般為0.15 m，其將種植土層與礫石層分隔開，避免了土壤顆粒進入穿孔管中將其堵塞。五是礫石層，組成其的礫石粒徑均不超過50 mm，層厚一般在0.2～0.3 m，同時在該層敷設穿孔管，可將收集到的多余雨水排到市政排水管網中。

3 結論

雨水花園可以劃分為以控制徑流量為目的和以降低徑流污染為目的的兩種類型，人們在具體設計時應根據所需目的加以區分選擇。雨水花園在選址時應充分考慮當地水文、地形、日照、土壤肥力等自然條件。對于面積精度要求不高的雨水花園來說，可以采用匯水面積對其規模進行估算的方法來實現。雨水花園工程結構可分為蓄水層、覆蓋層、種植土層、砂土層、礫石層五個組成部分，每個部分均具有相應的作用和建造標準。

參考文獻

1 楊 楠.可持續的雨水管理探討——以沈陽七二四綠道雨水花園設計為例[A].中國城市科學研究會.2014（第九屆）城市發展與規劃大會論文集[C].天津：中國城市科學研究會，2014：1-4.

2 白 潔.北京·水花園設計研究[D].北京：北京建筑大學，2014.

3 Prince George’s County.Design Manual for Use of Bioretention in Stormwater Management[M].Prince George’s County：MD Department of Environmental Protection，1993.

4 閻 波，付中美，譚文勇.雨水花園與生態水池設計策略下城市住區水景的思考[J].中國園林，2012，（3）：121-124.

5 唐寶琪，延軍平，王璐璐.1960-2014年東北地區大雨和暴雨事件的變化特征[J].資源科學，2015，37（12）：2514-2523.

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10 向璐璐，李俊奇，鄺 諾，等.雨水花園設計方法探析[J].給水排水，2008，34（6）：47-51.

11 王淑芬，楊 樂，白偉嵐.技術與藝術的完美統一——雨水花園建造探析[J].中國園林，2009，（6）：54-57.

12 張 婧.基于氣候變化的雨水花園規劃研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2010.