在庭院景观营造中融入海绵城市建设理念的技术研究
[摘要] 近年来随着城镇化建设的发展，我国多地城市排水系统已越来越难以承受短时强降雨的压力。在此背景下，海绵城市建设正式被提升到了国家战略层面的高度。本文首先对海绵城市的建设理念和切入点进行了系统梳理，其中重点就部分结构和材料的优化做出了具体阐述和详细解析；其次结合国内外实际应用情况，分析并总结了推广海绵庭院的必要性；最后围绕将海绵城市建设理念融入庭院景观营造的具体途径展开了论述，结合实际阐述了相关技术要点。文章的总结中，基于以上论述，对海绵城市建设背景下未来庭院景观营造的发展趋势做出了展望。
[关键词] 海绵城市；庭院；雨水利用；景观
Abstract: In recent years, with the development of urbanization construction, the urban drainage system of many cities of our country has been increasingly overwhelmed by short-term heavy rainfall. Under this background, cavernous city construction was formally elevated to the level of national strategic. This paper first systematically combed the concepts and entry points of cavernous city construction. In this part, the way of optimizing some structures and materials was specifically expounded and explained in detail. Then combined with the practical application in home and abroad, it analyzed and summarized the necessity of popularizing cavernous courtyard. Last but not least, the paper expanded the discussion around the specific ways of integrating cavernous city construction concepts into courtyard landscaping, and expounded the relevant technical points proceeding from reality. In the summary of the paper, based on the above discussion, the development trend of courtyard landscaping under the background of cavernous city construction in the future was prospected.
Key words：cavernous city；courtyard；rainwater utilization；landscape
1.引言
近年来，城市内涝已经成为我国大中型城市发展面临的重大安全隐患。传统城市建设模式下，硬化地表面积的急剧扩张、森林植被和湿地的退化萎缩等因素一方面导致许多城市几乎“逢雨必涝”；另一方面，饮鸩止渴的快排模式又导致水资源快速流失。在此背景下，海绵城市建设已正式被提升到了国家战略层面的高度。2014年12月31日，财政部发布《关于开展中央财政支持海绵城市建设试点工作的通知》，全国130多个城市参与竞争，积极申报全国首批海绵城市试点。2015年4月2日，武汉市成为首批入选的海绵城市建设试点。
不同于传统城市，海绵城市借助具有下渗减排和集蓄利用功能的绿色基础设施，遇到降雨时能够就地或者就近吸收、存蓄、渗透、净化雨水，补充地下水、调节水循环；在干旱缺水时又有条件将蓄存的雨水资源释放出来，可供利用，城市因此能够弹性地适应短时环境变化与突发自然灾害。[1]
作为首批海绵城市建设试点，武汉市目前已在四新片区和青山片区展开了海绵城市的规划、建设及改造，初步构建的城市海绵体多为新建小区、绿地广场、城市道路和城市水体，其普遍存在工程量大、建设期较长、牵涉部门较多，且难于在老城区大面积实施改建等实际问题。住宅庭院属于零散分布于城市之中的小型空间，融入海绵城市建设理念的绿色庭院，不仅生态效益明显提高，还兼具有低养护、低能耗、高资源利用率及智慧化等多方面的显著优势。从国外低影响开发城市建设模式的发展情况来看，深度建设海绵城市，必然要经过政府主导到制度建设最终落实到公众意识形成的层面上。因此，未来我国亦可能借鉴德国等雨水管理体系建设先驱国家的成功经验，推行雨水排放费收取或经济激励等政策，从而强制引导公民主动参与海绵城市建设，绿色住宅和海绵庭院届时也将由新鲜事物变为各家各户的置业首选甚至是基础需求。
2.海绵城市建设理念和切入点
海绵城市建设，转变了传统的排水防涝思路，讲究科学理水，所涉及到的“水”涵盖自然水系、人工水系、雨水、再生水和地下水等。通过构建城市海绵体来达到科学理水目的的切入点主要包括源头控制、传输控制和末端调蓄。
2.1 源头控制
源头控制指利用绿色基础设施对城市地表径流进行控制和消纳，通过对雨污采取源头控制，能够避免径流快速汇集并消除污染物随径流积聚的风险。具体措施可总结为“渗”、“滞”、“蓄”三大类型。[2]
“渗”即令雨水渗透，是解决雨水在地表形成过度径流的最直接途径，主要技术原理是将道路和广场的原有不透水面层替换为透水砖、透水沥青和透水混凝土等材料，促进降落到地面上的雨水下渗，从而减少雨水在地表形成的径流并，同时使得地下水得到正常补充。市政工程中，透水铺装的典型结构主要包含透水面层、找平层、透水基层和土基（图1）。为缓解城镇水资源紧缺的现状，则可在透水基层底部增设集水的盲沟管，收集渗滤后能够实现雨水有效回用。
图1 透水铺装典型结构
“滞”即令雨水滞留。面临特大型降雨，地表雨水下渗速率和城市排水系统排水速率均有限，此时为了防止过量雨水形成积水或径流，可借助雨水滞留作用的绿色基础设施，如屋顶绿化、车库顶板绿化、下凹形绿地系统、道旁植草沟、雨水花园和湿塘等，[3]此类绿色基础设施能够依靠地形特征和表面植被阻截并吸收过量降雨，为降雨下渗补充地下水争取缓冲时间，同时通过植物的吸收和蒸腾，使水资源部分回归大气，以达到资源循环和缓解城市热岛效应的作用。
“蓄”即令雨水存蓄。因地制宜建设雨水收集调蓄设施，能够实现雨水的科学存蓄，将城市雨水由灾害巧妙地转化为不可多得的资源。其中雨水桶、雨水调蓄池、小型景观水体等设施占地面积小，则可因地制宜地修建在房前屋后，就近供居民使用。大中型景观水体与城市湿地存蓄的雨水经过净化处理后，则可用于消防、灌溉城市公共绿地，也可以深度处理后补给城市居民的日常用水。
2.2 传输控制
雨水的传输控制指的是将城市道路的雨水径流通过有组织的汇流与转输，经截污等预处理后再引入绿地或雨水存蓄设施。做好雨水传输控制，其一可通过组织径流的道路横断面设计，设计过程中应注意道路横纵坡坡向、路面与绿化带的竖向关系等，使径流雨水能快速汇合后引入道旁绿地或其他雨水存蓄处理设施；其二需要合理把控雨水设施的设计和布局，设置在地表对雨水进行截污处理和滞留存蓄的设施，其位置布局应利于雨水径流的快速流入，避免径流在道路表面积存停留时间过长；其三，通过高差设计，可加大地下盲沟管和溢流排水管道的排水效率；其四，将河道、沟渠原有的硬质驳岸改变为自然的生态驳岸，可有利于及时消纳、涵养和传输城市雨洪。
2.3 末端调蓄
末端调蓄首先应以排水传输体系末端的出水为实施客体，通过沉淀池、前置塘等设施对即将进入存蓄设施的径流雨水进行预处理，防止经过了初步截污但仍带有一定污染物的径流雨水对城市水体环境造成污染和破坏。末端调蓄设施内种植的植物宜选择耐盐、耐淹和耐污能力较强的本土物种。此外，存蓄雨水资源的末端系统还应本着集散结合、就近处理和就地循环的原则，直接关联雨污再生利用设施，从而实现雨水资源高效回用。
3.推广海绵庭院的必要性
雨水作为一种轻度污染的自然资源，经过简单处理就可用作生活或工业用水，因此雨水资源化目前也逐步成为了世界上很多国家充分利用有限城市水资源的又一重要途径。我国的雨水资源化利用目前还是以市政工程为主，政府通过推行PPP合作模式，力求尽可能快速地启动大型海绵城市试点工程。而实际上，完全依靠政府出资建设试点工程，建设力度毕竟有限，真正的雨水资源利用管理，应该是运用法律、行政、经济、技术等多种手段相结合，实现全民管理。[4]
德国、美国和日本等国开展雨水资源利用的思想形成较早，其发展的成功经验充分证实，以法律法规为基础，以经济手段为助力的管理体系，能够为技术发展提供更有力的支撑，也使国民自觉将雨水资源利用作为自身的基本义务。[5]未来在我国，深度建设海绵城市，实现雨水资源的最大化利用，民众主导也将是政府主导发展进程后的必然趋势，在此背景下，海绵庭院建设体系研究和推广的必要性不言而喻。
4.将海绵城市建设理念融入庭院景观营造的具体途径
基于源头控制、传输控制和末端调蓄这三个切入点，结合庭院景观的空间尺度和基本构成，将海绵城市建设理念融入庭院景观营造可通过以下具体途径实现。
4.1 透水型地面
由于无需承载大型车辆，现代私家庭院地面实际比城市路面更加适合推广使用透水结构设计。诸如嵌草型铺装（图2）、卵石碎石类铺装（图3）、透水砖铺装（图4）等，一方面可以取代单调的大草坪，使庭院景观更加丰富精致，另一方面也兼顾了地表消纳积水的能力，此外，结合自然式花境或地被的配置，相较于保水能力较差的草坪，此类景观结构在调节住宅周围小环境、节约灌溉水和便于管养这几方面，均表现了突出优势。庭院中的步道（图5）、儿童活动区（图6）等则可采用彩色透水混凝土。在庭院透水结构设计中，利用基层内设置的排水管引流，不仅能提高地面透水效率，还能实现雨水的收集再利用，所收集到的雨水经过了面层和基层的初步过滤，所含污染物和杂质较少，保存在蓄水箱中，可供庭院灌溉使用。
图2 嵌草型铺装
图3 卵石碎石类铺装
图4 透水砖铺装（为本公司专利，专利号：ZL201520141778.4）
图5 透水步道
图6 透水儿童活动区
4.2 集水型渗滤树池
私家庭院一般较少栽植大型乔木，多用到的中小型乔木和单株花灌木常作为庭荫树，为居住者在庭院中提供烈日下遮荫的休憩场所。使用公共绿地中以集水为目的常用到的下凹型树池，不仅影响庭院整体美感，还会给居住者的日常庭院活动带来诸多不便甚至是安全隐患。此情况下，在庭院中引入集水型渗滤树池（图7，图8）是较好的解决方案。[6]该种树池结构表面为稳定的透水材料，能够满足雨水下渗要求，同时弥补传统下凹型树池的结构缺陷，消除树池与周围环境的高度差。在私家庭院中运用该集水型渗滤树池，一方面可实现庭院树木的低养护，另一方面，质轻、通气、透水的面层材料还能够在冬季帮助树木根部保温，更有利于庭院树木安全越冬。
图7 集水型渗滤树池基本结构
图8 集水型渗滤树池效果
4.3 雨水蓄水箱
家用雨水蓄水箱可直接安放在地面上，收集来自屋面或其他集流场所的雨水。屋面雨水收集系统（图9）一般可分为重力式雨水收集系统和虹吸式雨水收集系统，通常由四部分组成：屋顶集流面、汇流槽、下水管和蓄水箱。屋面雨水易于收集，且雨水污染度低，雨水资源量较大，可直接回用于灌溉、冲洗厕所、洗车等。[7]
图9 屋面雨水收集系统
4.4 植草沟
庭院低地势处、人工水景附近或庭院外围可设置种有植被的地表沟渠，具体可分为传输型植草沟和渗透型植草沟两类。传输型植草沟适用于径流量较大的区域，主要功能是将雨水集中，通过高差设计将雨水径流导流至蓄水箱中，雨水在传输途中经过地表植被和填料的初步过滤，可供庭院日常灌溉；渗透型植草沟又可细分为干式和湿式两种，根据所种植的植物生长习性不同，透水结构的设计有所差异，渗透型植草沟所滞留的雨水主要供沟内植被所用。浅沟断面形式宜采用倒抛物线形、三角形或梯形，植草沟边坡坡度不宜大于1:3，纵坡不应大于4%。纵坡较大时应设置为阶梯型植草沟或在中途设置消能台坎。
4.5雨水花园
雨水花园与植草沟类似，同属生物滞留设施，一般由蓄水层、覆盖层、植被及种植层、人工填料层和砾石排水层五个部分组成（图10）。[8]蓄水层约100~250mm深，可为暴雨提供暂时的储存空间，使部分沉淀物在此层沉淀，进而促使沉淀物上的有机物和金属离子得以去除；覆盖层约50~80mm，一般采用树皮、树根或树叶进行覆盖，可保持土壤湿度，避免表层土壤板结而造成渗透性能降低，有利于微生物生长和有机物降解，同时有助于减少径流雨水的侵蚀；植被及种植土层约250mm，这一层中植物根系和土壤微生物起到了主要的过滤和吸附作用；人工填料层深0.5~1.2m不等，厚度宜根据当地降雨特性和雨水花园的面积等因素确定；砾石排水层深约200~300mm，通常由直径不超过50mm的砾石填充，其中可埋设直径为100mm的盲沟管，经上层渗滤的雨水可由盲沟管引入附近沟渠或蓄水箱中。
图10 雨水花园基本结构
5.结语
城市是我们共同的家园，深度建设海绵城市，实现雨水资源化利用，仅仅依托于政府建设力量，局限于新区设计改造，老城区的滞后必然还是影响整体效果。私家庭院作为零散分布于城市之中的小型空间，将是未来在老城区构建城市海绵体的最佳切入点，因此，对原有庭院硬质景观进行优化，建造绿色、生态、可持续的海绵庭院，将是未来园林绿化行业的又一发展机遇。
参考文献
[1] 王国荣, 李正兆, 张文中. 海绵城市理论及其在城市规划中的实践构想. 山西建筑. 2014, 40(36): 5-7.
[2] 王建龙, 车伍, 易红星. 基于低影响开发的城市雨洪控制与利用方法. 中国给水排水. 2009, 25(14): 6-9.
[3] 王冬雅. 雨水处理景观化研究[D]. 北京: 南京师范大学, 2014. 23-33.
[4] 郑兴, 周孝德, 计冰昕. 德国的雨水管理及其技术措施. 中国给水排水. 2005, 21(2): 104-106.
[5] 钟素娟, 刘德明, 许静菊. 国外雨水综合利用先进理念和技术. 福建建设科技. 2014, 2: 77-79.
[6] 王淇. 雨水口与渗滤树池的优化设计及联合应用研究[D]. 北京: 北京建筑大学, 2013. 40-50.
[7] 戚娟. 雨水收集技术在庭院景观中的应用. 山西建筑. 2007, 33(32): 186-188.
[8] 王佳, 王思思, 车伍. 雨水花园植物的选择与设计. 北方园艺2012, 19: 77-81.
作者简介
张茜，1989年4月生，女，湖北武汉人，硕士学位，助理工程师，现任武汉农尚环境股份有限公司研发主管，所在城市武汉，邮编430050，电子信箱782285983@qq.com，联系电话15827309704。
杨志龙，1976年9月生，男，湖北武汉人，本科学位，高级工程师，现任武汉农尚环境股份有限公司总工程师，所在城市武汉，邮编430050，电子信箱574865959@qq.com，联系电话13971284925
熊瑞婷，1989年4月生，女，湖北恩施人，硕士学位，助理工程师，现任武汉农尚环境股份有限公司研发专员，所在城市武汉，邮编430050，电子信箱13419562623@163.com，联系电话13419562623
