雨水花園在現代城市排澇中的應用研究

魏廣龍，覃楚越，增謄錄

（河北工業大學，天津 300130）

一、城市排澇系統的發展

（一）國內城市排澇系統的現狀及發展

自進入2000年，我國城市內澇出現的頻率增多，以往的城市排水系統暴露出明顯問題，由于我國近年來城市用地、建筑、人口的快速擴張，同時引發溫室效應的極端天氣，暴雨持續時間長、影響范圍廣且集中，使原有排水系統不堪重負，造成不同程度的內澇。圖1的中國暴雨時間變化分析呈現出近70年來暴雨天數的觀測站點數量，1951至1960年，小于30天的站點數有547個，而2001至2010年只剩下233個站點；1951至1960年，大于120天的觀測站點沒有觀測到暴雨天數，但在2001至2010年，十年內暴雨日數超過120天的有265個觀測點。由此可見，我國近些年來頻發的極端暴雨，是引起城市內澇的重要原因。

通過了解我國長期的洪澇治理歷史，我國古代的防水體系中已經初步形成了較為完整的洪澇治理方案，例如，北宋時期江西贛州城依據城內道路走向和地勢特點采取劃分區域排水的規劃原則，建設兩個磚拱結構的排水干道穿城而過，因兩條排水溝走向形似篆體的“福壽”二字，故稱“福壽溝”。福壽溝的設計是根據贛州城西南高、東北低的地勢特點，采取自然流向的方法，使城市內的積水、污水自然排入水溝內再排入江中，并且城中蓄水池之間的串聯能夠調節城內空氣環境濕度，蓄水池停積淤泥等沉積物能夠減少排水溝的徑流負擔，這對我國現代城市排澇建設具有很大的借鑒作用，也可以發現海綿城市相關理論也出現在古代城市排澇系統中。因此，文章通過對城市內澇現狀及問題的研究，運用海綿城市理論和雨水花園設計應用提出緩解城市內澇的建議。

（二）國內城市排澇系統存在的問題

根據2016年城市建設統計年鑒顯示，如圖2，排水管道密度最高的天津、上海、江蘇雨水管道長度也僅在40%左右，污水管道、雨水管道、雨污合流管道組成城市排水管道，雨水管道只占城市排水管道的一部分，所以暴雨的頻發使雨水無法及時排入下水管道，同時也沒有充足的蓄水池緩解雨水徑流而導致嚴重內澇，城市的排水蓄水能力差造成了水資源緊缺和洪澇災害。具體問題有：

1.城市調蓄能力偏弱，防洪標準低。排水管道口徑小使得排水能力偏低，達不到城市建設的新要求。

2.徑流方式的改變。城市建設用地不斷擴大，大量農田水域濕地被填埋，大面積的硬質鋪裝忽視了對雨水徑流的控制，使得雨水無法正常下滲到地下，容易形成積水和內澇從而影響地下蓄水功能。

3.缺少維修管理。由于缺乏資金支持導致缺少技術人員維護保養，使得排水管線、泵站老化，水泵堵塞嚴重年久失修。

二、海綿城市理論

（一）海綿城市理論的概念

海綿城市是指城市像海綿一樣在應對極端暴雨的情況下，其蓄排水系統具有良好的彈性，需要時能夠將儲存的水加以利用，并且分擔城市排水壓力，具備應對雨水過量時的處理設施，可充分發揮城市中建筑物、交通道路、城市綠地、自然水系等生態系統的功能，控制雨水徑流，以減少城市內澇的產生，發揮自然地勢作用實現下滲、凈化、儲存等功能的城市雨水管理系統。

圖1 中國年代際暴雨時空變化格局（作者自繪）

圖2 2016年中國城市排水管道密度與雨水管道長度占比（作者自繪）

（二）海綿城市國內研究現狀

“海綿城市”概念的首次提出是在2012年4月舉行的《2012低碳城市與區域發展科技論壇》上，隨后于2015年確定兩批“海綿城市”試點城市，對不同城市和地區實施具有針對性的試點工作。雖然海綿城市理論在我國現出稍晚，但是之后針對海綿城市建設的標準規范紛紛出臺，這意味著中國走上海綿城市發展的道路是必然的。

如今中國的海綿城市建設進程涉及范圍廣，雖有落實之處但仍處在研究階段，出現了諸如試點布局范圍是否均勻、海綿城市建設具體實施形式是否因地制宜、雨水凈化技術標準體系是否完善等問題，這些實際的問題還需要進一步解決。

（三）海綿城市國外研究現狀

19世紀的巴黎提出排水系統理念，在1852年把排水系統納入城市規劃中。紐約的地下排水系統在1849年開始建設。德國是最早且最廣泛應用“分散暴雨管理的概念”的國家，在其政策、法規的導向下形成了較為系統較為詳細的雨洪管理系統，一定程度上達到了高效集水及平衡生態的作用。日本東京的排水系統于20世紀90年代開始建設，因其地下排水河道深60米，采用的是“五至十年一遇”的標準，所以被稱為世界上最先進的地下排水系統。

（四）海綿城市理念的雨水花園應用

海綿城市理念正是擺脫傳統城市原有的排水模式及開發弊端，通過雨水花園本身的循環模式、蓄水能力以及豐富的植物特性，能夠使其周圍生態環境得到改善，緩解雨水徑流、加大雨水滲透收集能力、提高雨水的凈化和利用率，提升城市防洪排澇能力。在符合海綿城市標準下，采用布點的方式將雨水花園合理分布在城市中，還能夠改善周圍場地中的生物多樣性，補充地下水以供給周圍植物，從而實現雨水的高效利用。

三、雨水花園的作用機制

（一）雨水花園的概念

雨水花園是城市環境中一種具備雨水生態處理功能和景觀審美功能的雨水處理系統，強調對雨水的管理，主要依靠自然形成的下凹地勢或人工建造的方式，通過雨洪管理設施、沙土、植物等方式將雨水進行收集、凈化、下滲、儲存處理，起到涵養城市地下水、提供景觀用水或城市公用衛生間供水等作用，是一種可持續的、生態的雨水再利用設施。

（二）雨水花園國內外研究現狀

1.雨水花園國內研究現狀

國內雨水花園的相關建設更多為單純依靠沒有循環系統設施的自然下滲的下凹綠地，因其不具備凈化排水蓄水的功能所以僅僅是雨水花園的雛形，近些年來頒布的海綿城市的法律法規也進一步推動了雨水花園系統的建設，雨水花園是海綿城市的具體應用，對于更多更具體的研究還應該根據實際情況來繼續探索。例如北京奧林匹克公園規劃建設的中心區域，便是采用了雨水花園的雨洪調蓄技術對雨水進行管理，這對之后雨水花園的建設具有積極的探索意義。

2.雨水花園國外研究現狀

自20世紀90年代始，雨水花園在國外就已通過理論研究之后進行了實踐應用，拉里·霍夫曼團隊最早提出了生物滯留池概念并在90年代出版了生物滯留池設計手冊，提出了用來吸收滯留雨水以達到控制雨水徑流功能的雨水花園概念。澳大利亞的水敏感城市設計也是以建設雨水花園的方式將其運用在小區的建筑中，有效緩解并利用了一定范圍內的雨季的過量雨水。國外對于雨水花園的探索比中國早，研究更為系統和具體，對中國進行雨水花園建設而言是很好的經驗與借鑒。

（三）雨水花園的設計原理

雨水花園設計原理是在下沉的地勢下，對雨水資源進行收集、凈化再利用的循環水系統設施，可實現對雨水地表徑流的控制，再通過設施的處理進行控污和凈化，將雨水留存在蓄水池中，具備凈化水體污染的作用，從而完成蓄水、滯洪、削峰的任務。（圖3）

圖3 雨水花園設計原理圖（作者自繪）

1.雨水花園的上層是花園專屬循環系統構造。土工布頂端是水源點，其次是卵石造型階梯，再次為泥土顆粒，雨水能夠順著階梯坡道緩緩流入花園水溝，少量滲入土地作為暗管灌溉用水以減少蒸發，其余大部分雨水留存在水溝形成循環流動，與底部蓄水箱無關，冬季只維持暗管灌溉。

2.底部蓄水池循環系統設計。雨水花園需要設置在比周圍地勢低的地方，花園四周有深溝，確保雨水能夠從四面八方流入深溝而不進入雨水花園，雨水通過低地勢、深溝流入離心式雨水過濾設備中，經過雨水過濾變成清水流入地下蓄水池中，過濾出的污水直接排入污水井?；▓@廣場地下可以做成大型地下水庫，需依照當地現狀場地空間設計最大蓄水池。使用鋼筋混凝土結構在地面上做成花園或造型美觀的下沉廣場，在兼具美觀的功能前提下也可以實現雨水的循環利用。

（四）雨水花園的功能優勢

雨水花園的雨洪管理體系依附于海綿城市工程的設計原理，其有以下幾個具體功能是傳統雨水花園所沒有的：

1.下沉式自然防澇設計。雨水花園下沉式設計可以有效緩解雨水徑流，通過調整地勢標高創造微地形來匯集地表水，使其流入雨水花園蓄水池。

2.大量蓄水防澇設計。雨水花園下方建造一定容量的蓄水池，可以解決城市一定范圍內的雨水洪澇問題，將雨水收集儲存再利用。

3.雨水回用為主要設計目標。雨水花園的雨洪管理系統可以過濾雨水徑流中的有害垃圾、重金屬等有害物質，使雨水達到環境用水的標準。

4.雨水凈化系統構造簡易，便于施工，后期維護資金以及人工投入少。

5.雨水凈化構造簡易，無需太多后續費用與人工維護。當蓄水量超過蓄水箱的容量時，雨水花園的循環系統可以將過量的雨水排至市政下水管道，形成有效的雨水分流。

6.雨水花園中的植物具有表面雨水滯留凈化和根系吸收下滲的功能，選擇當地耐旱且可以短時間耐澇的植物，植物存活率的提高可以降低之后的維護成本，采用香花類植物進行搭配，能夠吸引蜜蜂、蝴蝶等昆蟲，產生更加良好的景觀效果并且可以通過雨水蒸發調適周邊氣候。

（五）雨水花園需要解決的問題

由于我國對雨水花園的研究起步較晚，實際經驗也在探索中，所以在實際應用中會出現一些問題：

1.雨水花園在城市中的建設分布沒有系統的規范和規劃，實施標準不完善導致其使用率低。

2.單純認為雨水花園與傳統花園無差別或僅發現雨水花園的自然下滲功能，忽視了雨水花園建設工程對雨水的吸收、凈化、儲蓄、排出的作用。

3.針對雨水花園施工目標不明確，設施系統不完善，植物運用不當導致后期維護費時費力。原有的雨水花園存在的問題，能夠在之后的實踐中不斷完善，形成更系統更科學的設計實施方法，通過分析其設計原理，因地制宜地應用于城市綠地、道路、居住區以及商業區的建設中。

四、雨水花園在城市的設計應用

城市中的防洪排澇不僅需要從理論上進行分析，更要避免“紙上談兵”，應注重實踐，對社會產生確切的效益。雨水花園是一種低成本、高收益的緩解雨水徑流的設施，在分析了雨水花園的功能優勢、設計原理的前提下，在城市建設實踐中可以從不同的城市功能區域開始應用，如城市綠地、道路、建筑等。

（一）城市綠地的雨水花園設計應用

近年來，按照我國構建社會主義和諧社會的要求，城市綠地建造開始逐漸被重視。城市綠地面積雖然與日俱增但是大多綠地為平于或高于道路的形式，這顯然達不到雨水花園的排澇標準。將雨水花園應用在城市綠地中，利用其專屬循環系統構造以及50～100mm的下凹深度使雨水自然流入雨水花園四周的雨水篦子里，雨水流經植物表面、植物根部和土壤，使雨水得到初步的吸附過濾，再通過設備凈化達到防洪排澇的標準。城市綠地面積得以增加，同時雨水花園的建造具有低成本優勢，其景觀觀賞性好，是城市中極具性價比的排澇措施。

（二）城市道路的雨水花園設計應用

城市的快速擴張使得交通道路急劇增加，地勢低的城市道路、立交橋底部在暴雨季節非常容易發生內澇，可以將雨水花園設置在道路的交叉路口、車行道與人行道的隔離帶或現有綠地區域。通過開設綠地排水口和降低標高的方式將雨水輸送到就近的道路雨水花園，以起到緩解積水的作用。例如LID樹池的應用，雨水經過其土壤過濾流入下方設置的生物滯留池，利用排水孔排入地下和市政雨水管。

（三）居住區的雨水花園設計應用

傳統的居住區排水以直接排水為主，小區內硬化鋪裝面積大，綠地形式單一，排水效果差，地勢低的小區在突發降雨時容易引發內澇。將雨水花園應用在小區地勢低的區域，不僅可以利用雨水篦子、植草溝等下滲系統對雨水進行分流，實現對雨水徑流的控制從而減少路面積水，通過凈化系統之后的雨水還可以儲存在底部蓄水池內以供居住區日常清潔及植物澆灌使用；屋頂花園是針對居住區建筑屋頂排水系統的具體實踐，指在建筑屋頂或建筑平臺上進行綠化，并營造園林景觀以提供給人們休閑游憩的場所。以往雨水積攢在建筑屋頂排水慢，泡水時間長容易引發屋頂漏水，屋頂花園對屋頂防水、雨水口、蓄水箱有具體要求，不僅可以分流雨水在下水口的雨量、澆灌屋頂綠植，增強園林觀賞性，還可以使凈化后的雨水就地收集在屋頂蓄水池，直接供應屋頂花園的日常用水。

（四）城市商業區的雨水花園設計應用

由于雨水硬化鋪裝面積大且多采用不透水鋪裝，發生洪澇時，連接城市道路與廣場的大面積鋪裝常常是雨洪泛濫的場所。將雨水花園應用在商業區不僅可豐富廣場的景觀層次，還可以通過對綠化帶、樹池、花壇等空間進行改造降低標高，增設凈化系統和蓄水池；同時也可在雨水花園局部蓄水池中設計高差水位制造跌水景觀，吸進顧客的同時也可以達到蓄水的目的。

五、結論

針對我國城市發展需要，文章通過分析雨水花園的特點和設計原理，探討利用其建造成本相對較低且有效的優點來緩解城市中的內澇問題，得出雨水花園在我國發展實施的具體可行方式。從人們的生命財產安全和生態環境的長遠發展考慮，根據當地不同的情況，因地制宜地利用雨水花園來緩解城市內澇問題，我國需要不斷地完善和更新排水系統，增強人們的可持續發展的意識。所以要科學地運用海綿城市理念，積極發揮城市自身的功能，優化景觀設計，人們才能擁有更適宜更生態的居住環境。