基于植草溝設施構建的水陸兩棲型花境的研究

王博婭 劉志成

摘要：文章通過對綠地中植草溝設施與花境景觀結合途徑的研究，首先界定了水陸兩棲型花境的概念與類型，明確了水陸兩棲型花境是一種具有雨水傳輸作用和花境藝術價值并助于雨水滲透和凈化的生態基礎設施;然后從種植基質、植物材料、設計特征3方面闡述了水陸兩棲型花境的構建途徑，同時結合太陽宮公園改造過程中的研究性應用，討論其在城市雨洪管理體系內各個階段的延伸性;最后對水陸兩棲型花境建設提出建議。

關鍵詞：植草溝，水陸兩棲型花境，構建途徑

DOI：10.3969/j.issn.1672-4925.2019.00.009

1 研究背景

城市化過程中下墊面屬性的改變使城市涵養水源能力下降，受暴雨洪澇災害的威脅程度上升，并已成為影響地區水文狀況的最主要因素之一。統計表明，自1951年以來北京極端降水事件明顯增多[1]，“7.21”特大暴雨導致城區內澇，造成嚴重的人員傷亡和經濟損失，影響了城市安全。在城市雨洪問題亟待解決的背景下，源頭削減、中途傳輸、末端調蓄的城市雨洪管理策略被提出，生物滯留設施、透水鋪裝、植草溝、雨水花園、濕塘等相應的雨洪管理工程設施應運而生。

其中植草溝屬于景觀性地表溝渠排水系統，主要應用于雨水傳輸階段，具有收集、滯留、運輸和排放等調蓄雨水的功能：還可通過植物的過濾、滲透作用有效去除雨水徑流中的多數懸浮顆粒和部分溶解態污染物，達到凈化雨水的效果，應用前景廣闊。目前，植草溝在綠地建設的實踐中依然存在一些問題：為保證調蓄、凈化功能而調整不同結構參數[2]（如橫斷面面積、縱向坡度和溝底寬度等[3]），繼而導致工程復雜、開發強度超出需要;對植物材料的選擇缺乏系統的研究梳理，造成植物種類單調，影響建成景觀效果。因此，如何使這些雨洪管理工程設施成為兼有生態服務功能和景觀美化效果的生態基礎設施是我們研究的重點。本文結合植草溝與花境提出了適用于綠地設計的生態基礎設施——水陸兩柄型花境，以期對雨洪問題的解決提出新視角。

2 水陸兩棲型花境的概述

2.1水陸兩棲型花境的內涵

花境是一種利用植物形態、色彩、質感、體量等特征，使植物呈現層次豐富、步移景異、季相變幻等多種藝術效果[4]的花卉景觀，在植物材料、立地條件、景觀效果等方面均有完善的理論體系和豐富的實踐案例。目前，國內已經出現把花境與綠地中的雨水傳輸設施結合應用。上海辰山植物園雨水花園和綠環體系主要由旱溪花境構成，不僅提高了植物群落美景度，還能防止水土流失、滯留雨水、促進地表徑流下滲[5]。

諸多實踐案例與理論研究表明，將獨具特色的花境運用到植草溝設計中，構建水陸兩棲型花境，不僅可以有效提高綠地景觀效果，還能簡化工程構造，方便管理維護，是一種適用于綠地建設的雨洪調蓄手段。因此，水陸兩棲型花境可以被認定是一種具有雨水傳輸作用和花境藝術價值并有助于滲透和凈化雨水的生態基礎設施。

2.2水陸兩棲型花境的類型

基于雨水傳輸在不同階段的功能，可將水陸兩棲型花境分為收集型、滯留型、運輸型、滲透型和凈化型5種類型。

收集型花境（圖1）用于雨水的收集和短暫儲存，同時去除懸浮顆粒物等大塊雜質。因此可選擇根系發達、抗沖擊能力強，葉片密集、可過濾大顆粒雜質的植物材料;下墊面增加大顆粒石塊、卵石和樹皮等進行初級過濾;在場地中可結合水池、下凹式綠地布置。

滯留型花境（圖2）是對迅速進入場地內雨水的緩沖，經過該階段處理后可以減緩徑流速度，保證下一階段的有效運輸。植物材料和收集型相似，且所選植株應低矮抗倒伏;種植基質宜采用大顆粒粗糙石塊結合小卵石的組合;設計上可利用微地形與砂石的結合，減緩徑流速度。

運輸型花境（圖3）主要承擔雨水傳輸的功能，植物材料、種植基質的選擇比較靈活，但對植物的管理維護要求較高，需定期清理下墊面沉淀物等。

滲透型花境（圖4）以增加雨水滲透量為首要目標。為縮短滲入基質的時間，提高滲透能力，需選擇水源涵養能力強、枝葉密集的植物材料;調整種植基質的配料配比增加滲透系數;另外，還可增長水流路徑來延長雨水在地表的

凈化型花境（圖5）則是通過物理、化學和生物凈化過程對雨水深度凈化，改善水質。美國學者Lucas等[6]通過實驗證明種植植物的土壤能夠更有效地吸收、凈化雨水中的污染物，且去污效果與生長速度和生物量正相關。此外，由于發達的植物根系已被多個科研團隊[7-8]證實其在雨水污染物的去除中具有決定性作用，所以凈化型花境的構建應首選菖蒲、蘆葦等根系發達、生長較快的植物材料。凈化型花境多結合水池設計，以種植水深50cm左右的水生植物為主，下墊面可鋪設土工膜，并用砂或礫石覆蓋，維持局部區域在雨季的盛水狀態[9]。

2.3水陸兩棲型花境的特點

通過分析研究水陸兩棲型化境的內涵，可以總結水陸兩棲型花境4方面的特點。1）具有雨水傳輸、凈化功能：通過選用豐富的植物材料來調節雨水、涵養水源、降低污染，采用合適配置的基質來增加滲透、過濾凈化雨水，并根據需求進行植物和排水通道的合理布置。2）植物豐富、景觀效果良好：根據花境功能和生長環境的要求，選取適合的植物材料，營造豐富的植物景觀，形成干濕兩種景觀效果。3）工程構造簡單：相較于植草溝，水陸兩棲型花境對工程構造的要求較簡單，在設計時通過對整體高程走勢、入水口處及轉彎處底部寬度，鋪設卵石或石塊的尺寸及紋理等方面的控制來減緩徑流入流及轉彎時對底部的沖刷。4）易于管理和養護：花境多以卵石、樹皮等廉價、易獲取的材質鋪設地表，既能適應潮濕、干燥、背陰的環境條件，還可有效減少蚊蟲異味的產生。

3 水陸兩棲型花境的構建

3.1統一的構建前提

花境和植草溝在植物生境和平面布局上具有統一的構建前提。首先，花境有旱地花境、中生花境、濱水花境3類[10]，其中濱水花境通常指位于水塘、溪流和濕地中的花境，這與植草溝的水分條件具有統一性。其次，植草溝本身也是植物生長的基底之一，因此在種植基質上具有統一性。再次，花境是一種帶狀花卉景觀，線性的平面布局與植草溝相一致，二者在平面布局上具有統一性。此外，花境一次投入，多年可賞，具有景觀持續性;而植草溝作為一種工程設施，也需要減少維護成本，二者在管理維護上具有統一的前提。

3.2特定的構建條件

除統一的構建前提外，植草溝還為花境提供了土壤、水文等特殊的生境條件。本文結合相關基礎資料的研究，從種植基質的配比、植物材料的選擇以及花境形式的布局等3方面著手構建水陸兩棲型花境。

1）種植基質。水陸兩棲型花境要求種植基質除了能滿足植物的正常生長以外，還應最大限度地具有滲透和凈化能力。因此，一方面要確保種植基質能滿足植物正常的生長需求[11];另一方面要增強種植基質的滲透能力。綜合研究發現，組分、顆粒、貯存時間、試樣齡期、飽和度等都是影響基質滲透系數的因子[12]，不同基質的滲透系數有差異，多種基質組合也會影響滲透系數[13-14]。此外，還要提高種植基質的凈化能力。不同基質對污染物的凈化能力不同（表1），還存在有些基質的滲透系數與吸附污染物能力呈負相關的現象[15]。

2）植物材料。根據水陸兩棲型花境提供的植物生境和所需功能，制定出較明確的植物材料選擇標準。一是由于土壤和水分條件的不穩定，所選種的植物材料應具有較強的抗沖擊能力、耐貧瘠能力，并兼有一定耐淹性[16]。對植物耐淹性的實驗結果顯示，鳶尾屬類植物、芒屬類的觀賞草以及景天屬中的佛甲草、八寶景天等都具有良好的耐淹性[17]。二是選擇具有削減徑流、增加滲透作用的植物材料來實現花境的雨洪調蓄功能。三是被應用的植物應具有較強的凈化能力和較廣的凈化范圍。實驗證明，不同植物對不同污染物的凈化能力不同，不同植物組合的凈化效率也不同，相同植物在不同的污染物濃度、不同的水負荷、不同的溫度的凈化效果也不同[16]。本文綜合前人的研究成果總結出具有凈化能力的植物材料和組合情況見表2。

3）設計特征。水陸兩棲型花境的構建應遵循兩方面原則：一方面在形態上，通過對水流形態的把控減緩徑流，例如在花境體系的入水口處及轉彎處增加底部寬度，利用現狀谷地、沖溝或斜坡設置蜿蜒的路徑，延長水流路徑。另一方面在材料上，利用置石、鋪裝等材料的選擇增強雨水調蓄功能，例如鋪設較大粗糙卵石或石塊，減緩徑流對底部的沖刷;采用石塊、卵石和樹皮等減緩徑流流速，減輕沖刷侵燭，石塊與卵石間的縫隙為更多的動植物提供了生存空間，利于提升環境的生物多樣性;在出水口處鋪設細卵石，增加沉淀作用?？傊?，在水陸兩棲型花境設計中，雨水處理盡量少和管道相接，減少工程造價和生態破壞，增加雨洪管理的可操作性。

4 水陸兩棲型花境的應用

4.1應用背景

太陽宮公園位于北京市朝陽區東北三環的核心位置，面積約24 hm，位于望和橋下壩河流域內，市規委將該地作為綠色生態調蓄綠地用以改善周邊的積水問題。本文結合場地現狀，提出建設水陸兩棲型花境體系，用于解決雨水的傳輸、滲透和凈化問題，同時營造特色花境景觀。

4.2具體應用

1）水陸兩棲型花境體系設計。通過對北京市城區道路雨水徑流污染物的相關研究[18]可知，道路雨水徑流以COD和SS污染為主，同時含有部分氮、磷、有機物質等雜質，重金屬離子含量較低。針對研究地區內雨水污染物特點，確定水陸兩柄型花境的植物材料和種植基質：根據調蓄水量（11000m）和其他雨洪處理設施的情況，設計規模，最終確定花境總體長度（3100m）及各類型規模（表3）。

2）水陸兩棲型花境體系景觀效果。根據場地現狀情況并結合前文研究，提出以下改造策略從而實現其景觀優化的目的。利用現狀花壇增加植物材料，改造成收集型花境，使其收集草坡、道路和場地中的雨水。針對現狀道路場地增加微地形、設置砂石，營造滯留型花境（圖6），降低雨水徑流速度。保留原有水系，將建筑前的旱溪改造為運輸型花境（圖7），傳輸雨水。充分利用現狀地形，在地勢較低的綠地內設置滲透型花境（圖8），增加雨水的滲透;加入棧道、疊水等景觀要素，使其成為可觀、可賞、可體驗的景觀，提高景觀品質（圖9）。將現狀水體改造成為凈化型花境（圖10），提高凈化效率，營造別致景觀。

5 建議

本文通過對綠地中植草溝設施與花境景觀結合途徑的研究，界定了水陸兩棲型花境的概念與類型，明確了水陸兩柄型花境所具有的功能，并在進行應用性研究的基礎上對水陸兩棲型花境建設提出以下3點建議。

1）各相關專業研究應持續跟進。本文研究發現，各相關專業雖然有大量的種植基質和植物材料的研究，但是值物材料與種植基質的關系尚不明確，需進一步研究。同時植物生長組團的凈化效率和滲透效率需要定量研究。

2）建設示范型的水陸兩棲型花境。水陸兩棲型花境概念在本文中首次使用，文章通過大量的文獻資料和研究性應用證明了其可行性和必要性。綠地中需要建設示范性水陸兩棲型花境進行推廣和研究，建議有條件的場地，在城市雨洪管理問題的處理中進行嘗試。

3）推廣其應用范圍。文中只針對綠地中的設施進行了研究，但在研究的過程中發現水陸兩棲型花境還可以適用于居住區、商業區、道路等多種類型用地;同時根據研究結果，發現水陸兩棲型花境不僅適用于雨洪管理過程中的雨水傳輸階段，還可以借助后續研究使其適用于雨洪管理的各個階段，這也是我們未來的研究方向。

致謝：本文選題來源于風景園林設計（一）的課程研究，感謝李雄、朱建寧、戈曉宇、王應臨、劉利剛、劉祎裶等任課教師在授課過程中的指導。

參考文獻

[l]諶蕓，孫軍，徐瑁，等.北京7.21特大暴雨極端性分析及思考（一）觀測分析及思考[J].氣象，2012，38（10）：1255-1266.

[2]沈子欣，闞麗艷，車生泉.生態植革溝結構參數變化對降雨徑流調蓄凈化效應的影響[J].上海交通大學學報（農業科學版），2015，33（6）：46-52.

[3]劉燕，尹澄清，車伍.植草溝在城市面源污染控制系統的應用[J].環境工程學報，2008（3）：334-339.

[4]白凈.花境景觀藝術對雨水花園植物配置的啟示[J].中華建設，2015（1）：96-99.

[5]闞麗艷，陳偉良，李婷婷，等.上海辰山植物園雨水花園營建技術淺析[J].江西農業學報，2012，24（12）：70-73，80.

[6]LUCAS WC，GREENWAY M.Nutrient retention in vegetated andnonvegetated bioretention mesocosms[J].Joumal of Irrigation andDrainage Engineering， 2008， 134（5）：613-623.

[7]王艷英，王曉磊，郜愛玲，等.水生植物凈化水質功能研究進展[J].中國城市林業，2017，15（4）：6-10.

[8]READ J， WEVILL T，FLETCHER T，et al Variation among plantspecies inpollutant removal from stormwaterin biofiltration systems[J].Water Research， 2008（42）： 893-902.

[9]劉家琳.基于雨洪管理的節約型園林綠地設計研究[D].北京：北京林業大學，2013.

[10]魏鈕，張佐雙，朱仁元.花境設計與應用大全[M].北京：北京出版社，2006.

[11]朱木蘭，郭燕萍，黃曉鳴，等.3種水陸兩棲植物在LID技術措施中的適宜性研究[J].水資源保護，2016，32（1）：46-50.

[12]張瑞榮，候浩波.固體廢物填埋場粉煤灰襯墊滲透系數的影響因素分析[J].粉煤灰綜合利用，2002（4）：44-46.

[13]羅紅梅，車伍，李俊奇，等.雨水花園在雨洪控制與利用中的應用[J].中國給水排水，2008（6）：48-52.

[14]徐德福，李映雪.基質滲透系數分析及其應用研究[J].安徽農業科學，2008，36（34）：15192-15193，15262.

[15]崔理華，朱夕珍，駱世明.人工濕地基質磷吸附特性與其物理化學性質的關系[J].中國環境科學，2007（2）：250-254.

[16]馬安娜.北京地區人工濕地優勢植物篩選及凈化效果研究[D]北京：首都師范大學，2007.

[17]王佳.基于低影響開發的場地景觀規劃設計方法研究[D]北京：北京建筑大學，2013.

[18]張亞東，車伍，劉燕，等.北京城區道路雨水徑流污染指標相關性分析[J].城市環境與城市生態，2003（6）：182-184.

收稿日期： 2018-06-22

基金項目：國家重大科技專項獨立課題“永定河（北京段）河流廊道生態修復技術與示范（2018ZX07101005）”“城鄉生態環境北京實驗室”，北京市共建項目專項資助

第一作者：王博婭（1990-），女，博士，研究方向為風景園林規劃與設計。E-mail.739487083@ qq.com

通信作者：劉志成（1964-），男，教授，博士生導師，研究方向為風景園林規劃與設計。E-mail. 780256337@ qq.com