基于雨水利用潛力提升的公園綠地設(shè)計

李苗　史紅文　邱自楨　趙樂康　祝怛均

摘 要： 城市公園作為重要的生態(tài)系統(tǒng)，具備雨洪管理的巨大潛力，但在雨水資源利用方面還有待提升。以武漢市園林科普公園為例，對公園現(xiàn)狀進行調(diào)查和分析，對該園雨水利用潛力進行估算，以此為基礎(chǔ)，提出了基于雨水利用潛力提升的綠地提質(zhì)設(shè)計思路，以“滲、蓄、凈”為主，旨在從經(jīng)濟性、實用性和有效性多方面對城市公園綠地雨洪功能提質(zhì)改造，給予更可具有實際意義的指導(dǎo)意見。

關(guān)鍵詞： 公園綠地；雨水利用潛力；武漢市園林科普公園；綠地設(shè)計

中圖分類號：TU986.5 文獻標識碼：A 文章編號：1004-3020（2023）02-0062-05

Analysis of Park Green Space Design Based on the Improvement

of Rainwater Utilization Potential：A case of

Wuhan Landscape Science Park

Li Miao（1） Shi Hongwen（1） Qiu Zizhen（2） Zhao Lekang（1） Zhu Tanjun（1）

（1.Wuhan Academy of Landscape Sciences Wuhan 430081；

2. Wuhan Landscape Construction Management Station Wuhan 430081）

Abstract： As an important ecosystem， urban parks have great potential for rainwater and flood management， but the utilization of rainwater resources needs to be improved. Taking Wuhan Landscape Science Park as an example， the current situation of the parkwas investigated and analyzed， and the rainwater utilization potential of the park was estimated. On this basis， a green space quality improvement design idea based on the improvement of rainwater utilization potential was put forward， focusing on “infiltration， storage and purification”， aiming to provide more practical guidance for the improvement and transformation of urban park green space rainwater flood function from the aspects of economy， practicality and effectiveness.

Key words： park green space;rainwater utilization potential; wuhan landscape science park; green space design

城市公園作為一個城市生態(tài)文明建設(shè)的重要載體，在保護城市生態(tài)系統(tǒng)多樣性、保護生物多樣性、改善城市區(qū)域小氣候、提升城市整體面貌等方面起到了非常重要的作用[1]。其中，與其他城市基礎(chǔ)設(shè)施不同的是，城市公園在改善城市水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)方面有著特殊的作用，其雨水利用工程具有公益性和社會性。城市公園既是休閑娛樂的公共空間，又是城市公共園林雨洪管理的重要節(jié)點。公園的綠地覆蓋率較高，其本身所攔蓄的雨水徑流量十分可觀，是解決城市園林水資源問題的重要途徑。

近年來，以“海綿城市建設(shè)”為主題的城市雨洪管理研究開展的較多，國內(nèi)在雨水綜合利用、雨水景觀營造及植物選擇方面的研究已有初步成果，車伍等[2]對《海綿城市建設(shè)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》中涉及的一系列新的基本概念、參數(shù)、方法及控制目標進行了介紹，提出構(gòu)建LID、GSI及傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的綜合蓄排系統(tǒng)，是提高雨水資源利用率、改善城市生態(tài)環(huán)境的有效途徑。何昕婭[3]在對廈門市馬鑾灣片區(qū)進行分析時，提出通過新建、改造綠色屋頂、可滲透路面，建設(shè)下凹式綠地和植草溝、人工濕地及調(diào)蓄池等方式，能有效緩解建設(shè)區(qū)水資源短缺的現(xiàn)實問題，而楊濤[4]進一步提出，氣候條件、地形地面、土壤下墊面等是一個有機整體。城市雨洪設(shè)施改造，須立足現(xiàn)實與長遠，因地制宜制定科學(xué)、可行的長期規(guī)劃和技術(shù)方案。

當前我國海綿城市建設(shè)過程中暴露著一些問題和不足，在城市建設(shè)規(guī)劃的全面性上存在一些問題。一方面，有些城市在總體上進行了規(guī)劃，但公園綠地的雨水利用技術(shù)實踐較少，城市公園建設(shè)中存在著觀念陳舊、規(guī)劃設(shè)計方法不適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境、政策體系不完善等問題，公園雨洪管理能力弱，大量雨水資源被浪費，綠地生態(tài)效益并未得到有效發(fā)揮[5]，公園綠地雨水景觀設(shè)計的研究仍在探索階段。另一方面，城市公園對水資源消耗較大，僅僅依靠自來水或地下水成本較高[6]。城市公園在維持水景、澆灌植物等方面需要消耗大量的水資源在規(guī)劃時往往忽視將雨水用于景觀設(shè)計，公園里沖廁和澆灌用水基本都是自來水，造成優(yōu)質(zhì)雨水資源的嚴重浪費[7]。

因此，對城市公園綠地的雨水利用潛力進行分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有場地的優(yōu)勢與不足，有針對性的進行雨洪功能提質(zhì)改造，這對城市公園的雨水調(diào)蓄能力發(fā)揮和景觀、生態(tài)的有機融合具有重要的意義。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 武漢市園林科普公園概況

武漢市位于湖北省東部、長江與漢水交匯處，地理位置為N 29°58′～31°22′，E 113°41′～115°05′。武漢市屬北亞熱帶季風(fēng)性（濕潤）氣候，具有常年雨量豐沛、熱量充足、雨熱同季、光熱同季、冬冷夏熱、四季分明等特點。武漢市年降水量1 150～1 450 mm，降雨集中在每年6～8月，約占全年降雨量的40%左右。武漢市園林科普公園位于武漢市青山區(qū)和平大道南面，基于其前身為武漢市園林科學(xué)研究所單位用地，該公園綠地類型以公園綠地為主，生產(chǎn)綠地為輔。公園服務(wù)于武漢市市民，集園林科研、休閑、科普教育、娛樂于一體。

1.2 研究方法

1.2.1 資料收集

查閱《城市綠地分類標準》《武漢市海綿城市規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》《武漢市海綿城市設(shè)計文件編制規(guī)定及技術(shù)審查要點》等資料，查閱武漢市園林科普公園基本資料和歷年管理檔案。

1.2.2 樣地調(diào)查

（1）植被調(diào)查。

于2021年4月2日～2021年11月2日，對全園踏查的基礎(chǔ)上，根據(jù)園內(nèi)6個分區(qū)，每個分區(qū)選取2個有代表性的典型樣地，共12個。每個樣地面積為20 m×20 m，記錄樣方內(nèi)喬木種類、名稱、胸徑、樹高、冠幅和生長情況。每個樣地內(nèi)設(shè)置1個5 m×5 m的樣方，記錄灌木的種名、株高、株數(shù)和生長情況；設(shè)置1個1 m×1 m的小樣方，記錄草本植物的種名、蓋度和生長狀況。

（2）土壤理化性質(zhì)調(diào)查。每個樣地中，隨機取5個點，現(xiàn)場采用雙水頭滲透針測土壤穩(wěn)定入滲率，采用環(huán)刀取土后，滴定法測有機質(zhì)含量，環(huán)刀法測土壤容重、土壤孔隙度和土壤飽和含水量。

（3） 雨水利用潛力估算。

雨水利用潛力包括可計算的雨水集蓄利用部分，也包括不可計算的雨水滲透利用部分。雨水集蓄利用率可以根據(jù)公園硬化面（包括建筑屋面和鋪裝面）、水面、綠地三種下墊面遍及其徑流量，扣除季節(jié)折損，則可得到某地塊的雨水集蓄利用潛力[8]。本章節(jié)采用面積加權(quán)法來計算場地的綜合徑流系數(shù)Ψ[9]0得到公園綜合徑流系數(shù)后，與公園總面積、年降雨量、季節(jié)折損系數(shù)相乘，便可得到公園年均雨水集蓄利用量W[10]。

Ψ0=Ψ1×S1/S0+Ψ2×S2/S0+Ψ3×S3/S0；

W=Ψ0×S0×L×a。

式中，Ψ0為綜合徑流系數(shù)；S0為公園總面積；Ψ1為綠地徑流系數(shù)；S1為公園內(nèi)綠地總面積；Ψ2為水面徑流系數(shù)；S2為公園內(nèi)水面總面積；Ψ3為硬化面徑流系數(shù)；S3為公園硬化面總面積；W為公園平均雨水集蓄利用量；L為公園年降雨量；a為季節(jié)折損系數(shù)。

近30年來年平均降水量1 262 mm，季節(jié)折減系數(shù)0.882。根據(jù)2014版的《室外排水設(shè)計規(guī)范-GB50041-2006》對徑流系數(shù)的規(guī)定如下表，可以擬定三種類型下墊面的徑流系數(shù)分別為0.9、1、0.15（表1）。

科普公園綜合徑流系數(shù)：

Ψ0=0.9×9.898/11.806+0.15×1.5/11.806+1×0.408×1/11.806=0.808 2

科普公園年均雨水集蓄利用量：

W=0.808 2×11.806×104×1 262×10-3×0.882=106 206.13 m3

2 結(jié)果與分析

2.1 公園植物物種組成

該園綠地面積9.898 hm2，綠地率為83.84%。調(diào)查樣方中，植物總數(shù)為205種，隸屬于74科，126屬，其中木本植物59科98屬175種，草本植物15科28屬30種。常綠植物與落葉植物的比值為1∶1.187 5。

2.2 雨洪功能分析

參考車生泉等提出的上海城市社區(qū)基于雨洪管理功能的綠色基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)綜合評價體系[11]，對該園進行雨洪管理分析。

結(jié)構(gòu)特征上，科普公園總面積11.806 hm2，綠地率為83.84%；綠地面積：可透水表面面積：水體面積為1∶1.041∶0.041；整個公園除游客活動區(qū)外，有10塊苗圃圃地，綠化面積占比較大，可透水表面面積比例較高，水體面積極小，且為硬質(zhì)駁岸；從強截留能力植物覆蓋率方面來看，參考李苗等提出的80種武漢市公園綠地植物的冠層雨水截留能力排序[12]，該園強雨水截留能力植物占7.32%。其中，具有強雨水截留能力的喬木有圓柏Juniperus chinensis、枇杷Eriobotrya japonica、雪松Cedrus deodara、落羽杉Taxodium distichum，灌木有繡球莢蒾Viburnum keteleeri ‘Sterile、匍枝亮葉忍冬Lonicera ligustrina var. yunnanensis Franchet ‘Maigrun、杜鵑Rhododendron simsii、木芙蓉Hibiscus mutabilis、野迎，Jasminum mesnyi（俗名：云南黃馨）、金邊黃楊Euonymus japonicus ‘Aureo-marginatus、臭牡丹Clerodendrum bungei、含笑花Michelia figo（俗名：含笑）、小蠟Ligustrum sinense，草本植物有麥冬Ophiopogon japonicus、鳶尾Iris tectorum。從土壤物理結(jié)構(gòu)特征來看，樣方中土壤穩(wěn)定入滲率平均值為6.93×10-5 m·s-1，有機質(zhì)含量平均值為55.61 g·kg-3，土壤容重范圍在1.1～1.64 g·cm-3之間，土壤飽和含水量平均值為36.85%。園區(qū)中苗圃區(qū)土壤物理結(jié)構(gòu)特征較為良好，部分地區(qū)因游客過多踩踏形成板結(jié)，容重值偏低。雨洪功能上，園內(nèi)雨水徑流量消減主要依靠綠地自我雨水蓄積能力，綠地除了蓄含自身雨水外，多余地表徑流均通過市政管網(wǎng)排除，無聯(lián)通水系；徑流污染物的凈化主要依靠園區(qū)自身地被植物凈化，或污染物流入水生池中，進行植物凈化；

2.3 雨水利用潛力估算

經(jīng)計算，科普公園每年可以集蓄利用雨水約10.62萬t。而該園2020年用水量約為2.61萬t，水源為自來水，其中科研苗圃日常灌溉用水量占78.2%。綜上所述，武漢市園林科普公園為建成多年的公園綠地，園內(nèi)多個科研圃地均為下凹綠地，綠化基礎(chǔ)良好，植被群落豐富，可透水表面面積比例較高，具備一定雨洪管理功能；但早期規(guī)劃中上缺乏雨水收集和利用的考慮，其雨洪管理功能發(fā)揮欠佳。全園用水以自來水為主，對雨水的利用水平較低。

3 公園綠地設(shè)計思路

結(jié)合對該公園的調(diào)查與分析，全園存在缺少雨水集蓄管網(wǎng)鋪設(shè)措施等問題。考慮到園內(nèi)多個科研圃地均為下凹綠地，雨水可通過下滲成為植物根部涵養(yǎng)水及補給地下水，其自身對雨水的滲透截留量，在一定程度上也可以節(jié)省綠化澆灌用水量。因此，出于保護原有植被和節(jié)約經(jīng)濟兩方面考慮，全園不適合進行大規(guī)模的地下雨水管網(wǎng)鋪設(shè)，可考慮對綠化圃地進行保護，采用適當設(shè)施，將雨洪改造區(qū)與現(xiàn)狀建筑區(qū)和公共游覽區(qū)重疊。該公園的綠化設(shè)計提升總思路定位在以“滲、蓄、凈”為主，“用、排”為輔的公園綠地改造。

3.1 滲

3.1.1 改良土壤物理結(jié)構(gòu)

重新劃分明顯界限，設(shè)置引導(dǎo)指示性強的標識，合理規(guī)劃好游客活動和植物種植的功能分區(qū)。對園區(qū)內(nèi)板結(jié)區(qū)域進行土壤物理結(jié)構(gòu)改良，補充種植具備一定防御能力的灌木或草本，形成較封閉的空間，促使該區(qū)域植物群落自然形成。

3.1.2 加大透水鋪裝面積

園區(qū)內(nèi)透水鋪裝面積比值低，可考慮對木蘭園廣場、科普教育樓廣場和部分二級游路替換為透水鋪裝。加大透水鋪裝面積，對部分道路轉(zhuǎn)角處或小面積裸露地面，可采用樹皮、卵石進行覆蓋，以滯留雨水，提升全園地下土壤自然含水量。

3.1.3 豐富綠地植被層次

KP-1樣點為喬灌結(jié)構(gòu)，植物配置為重陽木Bischofia polycarpa、木樨Osmanthus fragrans——含笑，地面因人工踐踏嚴重而無覆蓋植物，土壤板結(jié)嚴重，雨季偶有積水。建議加大該樣點灌木、草本層植物種類，設(shè)置具有防御能力的枸骨Ilex cornuta作為低矮綠籬，使容重較高的土壤結(jié)構(gòu)得到改善，土壤入滲能力加強。可將植物配置結(jié)構(gòu)調(diào)整為：重陽木、木樨+枸骨、含笑、杜鵑+麥冬。

KP-2樣點為喬灌結(jié)構(gòu)，坡地，植物配置為欒Koelreuteria paniculata、荷花木蘭Magnolia grandiflora——金森女貞Ligustrum japonicum 'Howardii'、杜鵑——過路黃Lysimachia christinae。林內(nèi)冠層郁閉度較高，下層灌木生長狀態(tài)不佳，加之游客進入踩踏，喬木根部附近有露土現(xiàn)象。建議加大耐陰灌木、草本植物的種植量，如種植麥冬、鳶尾、臭牡丹等，喬木周邊灌木以綠籬方式種植，并提高綠籬高度。

KP-6樣點為以木蘭科植物為主的植物群落。木蘭科植物生長狀態(tài)一般，樹冠欠飽滿，灌木層植物較單一，建議補種一些冠幅大而飽滿、冠層雨水截留能力強的喬木[12]，如三球懸鈴Platanus orientalis、江南榿木Alnus trabeculosa等，豐富整個木蘭園的林冠線；

KP-9樣點為苗圃綠地，植物以樟科楠屬喬木為主，林下有較多的裸露地面沒有任何植物覆蓋。55%的裸地降水以地表徑流形式流失，僅有5%下滲。建議對壯年苗木圃地的林下種植管理粗放的草本、藤本植物，加大林下植物覆蓋率，起到消減、延滯雨水徑流的作用。

3.2 蓄

3.2.1 綠色屋頂雨水收集技術(shù)

根據(jù)2.3中雨水利用潛力估算的分析，考慮對園內(nèi)建筑物屋頂實施屋頂雨水收集技術(shù)，以減少城市地表雨水徑流量和徑流污染的產(chǎn)生。園內(nèi)現(xiàn)狀建筑基底面積2 592.35 m2，其中適合進行該項技術(shù)的有科普教育樓（基底面積550.35 m2）、行政辦公樓（基底面積348.21 m2）、實驗中心（基地面積441.67 m2）和游客服務(wù)中心（基地面積323.5 m2）。可考慮對科普教育樓和行政辦公樓屋頂，可進行綠色屋頂設(shè)計，種植淺根系喬、灌木和地被植物，設(shè)置園路和園林小品。例如對游客服務(wù)中心和實驗中心進行簡單的綠色屋頂植物覆蓋。在屋頂圍護墻邊緣設(shè)置排水口，整個建筑立面設(shè)置排水管，引導(dǎo)雨水收集至建筑旁的各類雨水罐后，經(jīng)過處理后可用于各建筑內(nèi)沖洗廁所用水等。

3.2.2 地下儲水模塊技術(shù)

可在公園內(nèi)地勢較低處，合理布置2～3個地下儲水模塊，控制在離地面標高2 m以內(nèi)，方便雨水設(shè)備的維護。日常中，收集屋頂、花園、草地、道路產(chǎn)生的雨水，增大整個園區(qū)的地下儲水量，將雨水用于沖刷園內(nèi)公共廁所、澆灌花房、清潔道路、洗車等。在預(yù)期內(nèi)雨洪來臨時，則應(yīng)提前把儲水模塊的雨水排放出去，使儲水模塊在雨洪期間達到最大的應(yīng)對能力。

3.2.3 綠地短期雨水滯留技術(shù)

考慮在園內(nèi)部分區(qū)域設(shè)置雨水花園、植草溝等。園區(qū)內(nèi)百卉含葩園部分綠地、木蘭園中心綠地、實驗樓外道路一側(cè)綠地等降雨后容易發(fā)生滯水。可根據(jù)景觀需求，結(jié)合地面雨水排水口距離遠近，設(shè)置雨水花園、植草溝和濕塘等可暫時滯留雨水的綠地，種植能短期耐淹、長期耐旱，并具備一定凈化能力的植物。但設(shè)計前需考慮與場地中原有喬木、建筑墻體保持適度距離，確保原有植物正常生長和建筑安全。對KP-4為園區(qū)內(nèi)主游路兩側(cè)的道路綠地，車行分隔帶上可以酌情考慮調(diào)整為下凹式綠帶，提高降雨時道路綠地對雨水徑流的集蓄和凈化能力。對圃地一側(cè)的坡狀綠地，調(diào)整綠地坡度至平緩狀態(tài)，補充這類綠地的群落層次。

3.2.4 強雨水截留能力植物配置提升

對植物的選擇，優(yōu)先選用強雨水截留能力植物[12]，對樹形差、長勢差的喬木，可替換為雨水截留能力強的鄉(xiāng)土速生植物，如江南榿木，或雪松、落羽杉等針葉植物；對灌木、草本層可在豐富植物種類時，依據(jù)景觀要求選擇各種強雨水截留能力的植物，如杜鵑、野迎春、木芙蓉等，對濱水綠地加大如薏苡Coix lacryma-jobi、香蒲Typha orientalis、莎草、鳶尾等截留能力強的草本植物。

3.3 凈

3.3.1 增加水體面積和自然式駁岸

公園水體面積小且為硬質(zhì)駁岸，不利于雨水匯入水體和徑流匯入過程中的凈化。應(yīng)適度擴大園中水體面積，將硬質(zhì)駁岸改為自然式駁岸，在駁岸、水體中按比例適度種植具備凈化能力的濕生植物和水生植物，加大水體對污染物的凈化效果。

3.3.4 增加坡面水體凈化能力

園內(nèi)圃地和水生池外圍均為坡面綠地。除了調(diào)整這類綠地的坡度，對坡面上應(yīng)增設(shè)具備凈化植物種類。例如KP-11，水生池三面均為坡面綠地，A面的植物配置為樟Cinnamomum camphora+柞木Xylosma congesta樁景——八仙花——麥冬，有部分土壤裸露；B面的植物配置為落羽杉+紫薇Lagerstroemia indica——錦帶花Weigela florida+紅千層Callistemon rigidus，無草本植物覆蓋；C面的植物配置為銀木——海桐Pittosporum tobira、樹樁月季——麥冬。A面可考慮豐富灌木種類，B面應(yīng)調(diào)整坡度，并種植低矮、耐陰地被植物，C面可不做調(diào)整。另外，整體上對緊挨水生池的部分帶狀種植如麥冬等生長密實，抗性強，具備耐污能力的植物，以減少地表徑流污染物、垃圾進入水生池，減低水生池內(nèi)水體污染物含量。

4 討論

本研究以武漢市園林科普公園為例，對公園現(xiàn)狀進行調(diào)查和分析，對該園雨水利用潛力進行估算，以此為基礎(chǔ)，提出了基于雨水利用潛力提升的綠地提質(zhì)設(shè)計思路。選擇建成多年的城市公園綠地作為案例分析，基于以下一些考量：

一方面，城市公園建成多年后，綠化基礎(chǔ)良好，有潛在的雨洪調(diào)蓄功能，而早期規(guī)劃中缺乏雨水收集和利用的考慮，其雨洪管理功能，尤其是雨水利用方面發(fā)揮不理想，大量雨水資源浪費的現(xiàn)象時有發(fā)生。在原有基礎(chǔ)上，揚長避短，有針對性的進行雨洪功能提質(zhì)改造，這對城市公園的雨水調(diào)蓄能力發(fā)揮和景觀、生態(tài)的有機融合具有重要的意義。

另一方面，城市綠地海綿工程常對全園進行“灰色”雨水蓄積和排滯洪功能的改造，以提升綠地對雨水的滯蓄能力，成本高、對原有綠地生態(tài)環(huán)境破壞大。在當前倡導(dǎo)節(jié)約型園林的大環(huán)境下，借用已有公園綠地自身的雨洪功能。在此基礎(chǔ)上，尊重原有場地的特殊性，結(jié)合公園自身灌溉等用水需求，從經(jīng)濟性、實用性和有效性多方面對其進行的雨洪功能提升改造，可能將更具有實際意義。

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（編校：唐 嵐）

收稿日期：2022-08-24

基金項目：2016年武漢市園林和林業(yè)局科研課題資助項目“武漢市園林綠地海綿功能效應(yīng)評價應(yīng)用研究”（武園林發(fā)[2016]64號）。

作者簡介：李苗（1982～），女，高級工程師，主要從事園林生態(tài)相關(guān)工作。

史紅文為通訊作者。