
日期:2020年03月26日 來源:江蘇野田新材料科技有限公司
普通硬質化的市政設施使得降雨快速流過城市,來不及向下滲透,補充地下水,因而導致了地下水位降低、地面下沉、海水入侵等諸多問題的產生,改變了城市局部乃至整體的自然水文循環。通過對中國古代遺跡國外雨水收集系統理論和實踐的介紹和分析,認為有必要從城市規劃選址與城市水系統相結合、規劃設計時充分考慮利用雨水以及利用生態植物群落蓄積凈化雨水這3個方面,綜合解決園林景觀用水問題,從而有助于實現城市自然生態系統的良性循環。
1、問題的緣起
由于多年的城市開發建設和持續的人類活動的影響,造成了周圍環境地質和水文過程的改變。在城市中,由于大面積地面硬質鋪地、排水管道的普及,使得具有良好透水性的自然地表被改變,城市水文循環狀況發生了變化,導致大面積地下水位下降。地面徑流加大,原有城市河道普遍不能滿足防洪排水要求。北京市在1960-2000年,地下水資源累計超采57.04億m3,城近郊區泉水基本斷流,濕地消失。城區地面沉降面積達到1800km2,中心區最大累計沉降量已近850mm。上海市區400km2在1957-1992年,地面沉降1110mm,直接經濟損失達2900億元。
在沿海降水量充足的地區,由于大量開采地下水,導致地下水位大幅度下降,致使海水倒灌,侵入沿海含水層并逐漸向內陸滲透,海水入侵的直接后果是地下淡水受到海水的污染、沿岸土地鹽堿化、水源受到破壞、沿海建筑物受損等。20世紀80年代以來,由于地下水的過量開采,中國遼寧、河北、天津、山東、江蘇、上海、廣西、海南和臺灣等省市均發生不同程度的海水入侵加劇現象,其中環渤海地區比較嚴重。
目前,中國城市中的市政排水設施均采用硬質渠化的措施,地面鋪裝和地下排水管網均是以盡快匯集和排除地面徑流為目標,降落的雨水快速向城市中的各種河道聚集,來不及滲入地下。城市中的廣場、人行道等硬質鋪裝多采用天然石材(水泥混凝土和砌塊磚)鋪砌而成,面材的底部大多鋪設水泥砂漿,面材之間的縫隙也多用水泥砂漿封住,雨水難以從硬質鋪裝下滲。而圓明園為了避免園林中的水流失,采取在湖底鋪設防滲膜的方法。諸如此類的方式更加劇了干旱缺水的趨勢。因此有必要采取“市政設施綠化軟化”的方法,將雨水延留在城市中以提高地下水位,增加蒸發量,避免上述地址水文災害的發生。
2、古代雨水收集系統實踐
中國古人意識到了水循環對人類生息的重要作用,并在堪興過程中,靈活運用這一規律,選擇負陰抱陽、背山面水的風水格局。在這樣的自然環境中,有利于涵養水土,調整小氣候,形成良性的生態循環。
北京北海公園團城是古代雨水利用工程中較好的實例。團城行宮是清乾隆在永定河進行整治時興建的行宮,是一個孤立、封閉的單元,地面高出北海湖水水面5.64m,古樹生長所需的水分很難從地下水中得到補給,只有靠天然降水。因此,團城內并沒有設地面排水明溝和在城墻上設置泄水石槽(吐水嘴),地面采用鋪裝倒梯形青磚和設置地下排水廊道的做法,充分利用了天然降水,并為古樹營造了適宜的生長環境。
3、現代雨水收集系統的實踐
在一些發達國家,已經認識到早期快速城市化對生態環境帶來的負面影響,20世紀80-90年代開始重視城市雨水資源化和雨水的收集利用。其經驗和方法對于中國不無借鑒意義。
3.1美國
雨水管理在美國已有30年的歷史,主要是針對雨水的收集、儲存和凈化。與傳統的“排”水概念相反,美國在20世紀80年代初對所有新開發區強制實行“就地滯洪蓄水”改建或新開發區的雨水下泄量(m3/s),即暴雨洪水洪峰流量不能超過開發前的水平。同時,為了保證雨水質量,排向市政管道的雨水必須經過一定時間(至少24h)的沉淀和過濾,對暴雨洪水的蓄水能力和過濾設施是工程報批必不可少的部分。滯洪設施的最低容量均能控制5年一遇的暴雨徑流。對一些硬質的市政設施采取軟水的措施,如在停車場采用嵌草路面,提高雨水的下滲量,在停車場及道路沿線兩側設置地下蓄水層(池),以擴大地表層收集雨水的能力。
3.2德國
德國是雨水利用體系建立較完善的國家,在20世紀80年代末把雨水的管理與利用列為水污染控制的三大課題之一,修建了大量的雨水池用以截流,處理或利用雨水,利用天然地形地貌及人工實施來滲透雨水。目前已形成了成熟和完整的雨水收集、處理、控制和雨水滲透等技術體系及配套的法律體系。例如赫伯特·德萊塞特爾在德國波茨坦地區進行了有關雨水收集利用的系統設計,用儲存在地下蓄水池里的雨水滿足包括廣場背面狹窄的水池和用水系統。
3.3日本
日本為解決“因抽取地下水而引起地基下沉”等問題,于20世紀80年代初期推行“雨水滲透計劃”,采取了“雨水的地下還原對策”,先后開發應用了透水性瀝青混凝土鋪裝和透水性水泥混凝土鋪裝。在日本,透水性鋪裝主要應用于公園廣場、停車場、運動場及城市道路。1996年初,僅東京都就鋪設透水性鋪裝495000m2。據統計,透水性鋪裝使東京市區雨水流出率由51.8%降低到5.4%。
4、雨水收集系統在風景園林規劃設計中的運用
4.1規劃選址與城市排水系統相結合
目前,中國城市中的排水系統采用“分流制”或“合流制”,地下排水管網均是以盡快匯集與排除地面徑流未目標,這就更加速了雨水向城市各條河道的匯集,使河道洪峰流量迅速形成,對低洼地帶造成了更大的壓力,往往形成洪澇災害。在干旱缺水的城市,應因地制宜地將現有的排水系統加以改造,將雨水匯入城市公園的湖泊濕地之中,經生態凈化后滲入地下,補充城市地下水。
城市用地在規劃選址階段就要充分考慮與城市雨水收集相銜接的問題,利用現有的洼地、濕地和湖泊,與地下水相連通。在進行總體布局階段,應保證一定的水域面積。對于湖水的容量應以5年一遇的暴雨量進行計算,留下充分的緩沖地域。并且還應設置雨水儲存、凈化區域,減少雨水中污染的危害,尤其要注重對污染較重的初期徑流進行分離,保護后續滲透設施和收集利用系統的正常運行。
4.2風景園林設計考慮充分利用雨水
現行公園、小區中園路的標高大多比綠地的標高要低(圖1),雨水很快從綠地流向硬地和排水道中,并且泥水污染硬地,淤塞了下水道及河床,使得植物大多依靠自來水澆灌生長。目前城市中的植物不僅保持了水土,相反卻消耗了地下水(圖4)。
為解決這一問題,可以考慮將花壇(池)草坪置于地面以下20cm左右的坑洼地中,樹木植于地面以下30~50cm的坑洼地中,并盡量減少不必要的硬地。硬地表面的雨水流入綠地中并下滲,使植物生長茂盛,地下水位得以提高。這樣既可節約打量綠化用水,又可減少清潔的工作量(圖5)。
園林中的硬質鋪裝也應改變過去迅速疏導面積水的做法,應用透水型鋪裝使雨水回滲地下。北京團城鋪設的倒梯形青磚為園中植物的雨水收集起到了很好的作用。在德國與日本等國,透水型鋪裝已獲得廣泛應用,形成生產、施工、維護一系列配套體系。大面積的停車場、廣場、人行道上廣泛應用透水型鋪裝具有重要的意義。
4.3利用自然的植物群落蓄積,凈化雨水
水生植物在美化水體景觀、凈化水質、保持河道生態平衡方面具有顯著功效。為了防止“水華”,可以采取人工收藻、水體交換、水中曝氣等措施,并根據河湖水質的污染成分有針對性地選擇當地水生植物加以培植,移植到湖泊、河道中。
自然地植物環境是由喬灌草形成的生態群落,能夠在很大程度上涵養水分、保持水土、減少地表徑流、促進大氣中水循環。然而,現在的城市綠地中過多的人工草坪,其根系淺,雨季不能吸收大量的降水,平時還要人工澆灌,浪費珍貴的水資源。因而,在城市綠地中應以喬灌草組成的群落為主,維護良好生態環境。
5、結語
雨水收集利用系統原理與技術應用于園林景觀設計,在水資源日益缺乏的中國已是刻不容緩。西方發達國家進行了30余年的研究,已將“市政設施綠化軟化”應用于實踐,取得了良好的效果。中國的一些干旱城市已經著手進行雨水收集利用,然而,在與城市規劃相結合方面的研究還不多。借鑒國外先進技術,與中國實際情況相結合,并著手解決出現的新外灘是雨水收集利用研究與實踐的當務之急。

