例谈雨水系统中低影响开发与绿色水基础设施

【摘 要】 随着社会的不断进步，城市进程也不断加剧，各种城市问题也不断产生。我国很大部分城位于季风气候区，夏季多暴雨，使得很多城市受到暴雨侵袭的困扰。本文根据笔者实践工作经验，举例探析雨水系统中低影响开发与绿色基础设施问题。

【关键词】 低影响开发 绿色水基础设施 雨水系统 LID

我国有三分之二的国土都属于季风气候区，暴雨多集中在夏季，而且来势凶猛。在传统的排水系统中，主要是通过增加排水泵站以及加大排水管径等手段将雨水迅速排出城区。所以就需要更大的地下空间，同时也加大了建设成本。而且清洁雨水作为宝贵的淡水资源可被利用。正是由于该种原因，雨水系统中低影响开发与绿色水基础设施应用而生。这种技术不仅可以从源头将暴雨的径流以及峰值减少，而且可以推迟洪峰到来的时候，使开发以后的城市雨水系统与自然状态下的水文系统相似。现如今已经有很多类型的绿色水基础设施应用到了城市建设当中，比如雨水花园、植被浅沟、透水性铺装以及用于观赏的雨水蓄水池等。尤其在发达国家的城市中，这种技术应用十分成熟。而在我国，这种技术起步比较晚，只有一些比较大的城市采用了这种LID技术。从可持续发展角度看，LID技术势必会得到广泛的应用和推广。我们可以根据我国的具体国情，将这种技术与目前我国的雨水处理设备相互结合，从而构建与我国国情相符的雨水系统。

1 雨水系统中低影响开发与绿色基础设施概述

目前我国的土地利用方式发生了很大的变化，越来越多的湿地、林地、耕地被建筑物以及各种道路代替，使得城市的地表径流明显增大，缩短了雨水的汇流时间。在降水条件相同的情况下，城区的洪峰流量会瞬间增大，洪峰到来的时间也相应提前。这种城市水文情况的变化，使我国城市饱受水患。为了促进城市的可持续发展，雨水系统中低影响开发与绿色水基础设施成为城市化管理重点。而低影响开发技术正是解决这种境况的有力措施。

所谓低影响开发技术，是用来控制暴雨的径流量和流速以及面源污染的，属于国际先进的新技术。其英文为Low Impact Development，英文缩写为LID。被美国环保总署在2010年率先定义为绿色水基础设施。该技术属于绿色低碳技术，专门用来解决城市内涝以及面源泉污染问题。它利用生态设施取代传统的高能耗设施，用绿色植物吸收、土壤渗透、滞留等功能分散雨水源头，减少地表径流，从而减弱了雨水的峰值，推迟洪峰到来的时间。通过这种模拟自然条件排水过程，使城市的排水系统接近于未改造之前的排水系统，对原有场地进行了很好地保护。

2 LID系统中植物所起的重要作用

植物在低影响开发与绿色水基础设施中起着非常重要的作用。比如雨水花园、绿色屋顶、植被浅沟、雨水塘、雨水调蓄池、嵌草砖等都应用到了植物。具体主要有以下几个作用：

（1）植物的根系和土壤可以吸收、净化雨水中所携带的污染物，维护水环境。（2）植物可以通过茎、叶滞留雨水，通过根渗透雨水，从而缓冲雨水冲刷地面的力量，减少雨水的径流量，减缓水流速度。（3）植物可以进行蒸腾作用将根系吸收到的土壤中的水分释放到大气中，增加空气湿度。（4）植物复杂的根系可以固定土壤，防止土壤被雨水侵蚀，起到保持水土的作用。（5）植物的叶子颜色多样，给人以美的享受，具有十分显著的美化环境功能。（6）植物可以保持生物多样性，缓解城市热岛效应，调节局部小气候，提高空气质量。

3 不同的雨水设施如何选择适当的植物

现如今，我国开展了很多针对雨水系统中低影响开发与绿色水基础设施的研究和应用，并取得了一定成果。这种技术在受到重视的同时，也面临了一些挑战。如何选择植物就是其中的问题之一。因为缺乏设计研究植物的选择，业主和设计师对于选择何种植物存在很多困惑，从而制约了该种技术的发展。在低影响开发当中选择植物与一般的园林选择植物不大相同，它更看重植物在雨水设计中所表现出的特殊功能以及在特定情况下的生长特性。在选择植物与设计雨水设施时要构建可持续发展的植物群落，既与生态相符，又要与人们的审美相符。在选择植物时，可以遵循以下基本原则：

（1）乡土植物要优先选择，最好是适应场地的环境，可以保证各种植物之间没有负面的影响。（2）选择可以净化径流强的植物。（3）选择抗性强、耐城市环境、耐污染的植物。（4）尽量选择可以多年生的植物，从而降低维护费用。（5）尽量搭配多种树种，可以保持植物群落的稳定性，防止生物入侵，同时具有一定的美学价值和生态价值。

4 以深圳地区为例进行植物选择

基于以上选择植物的基本原则，不同的雨水设施在结构、适用条件以及功能方面有所差异，因而对植物的要求也不尽相同。根据深圳地区具体的物质条件和气候条件，本论文将会探讨植物的选择和雨水系统的设计方法。

4.1 绿色屋顶

建设绿色屋顶有两种主要形式。一类是在阳台、露台建设密集型的绿色屋顶，往往以使用和人的欣赏为目的。需要较厚的土壤层，植株比较大的观赏型植物。这种绿色屋顶要靠大量的水资源灌溉，同时加大维护管理的费用，所以与我们所要求的可持续发展型的低影响开发不相符。另一类就是笔者所倡导的粗放型的绿色屋顶，重环境功能，轻构造，需要较薄的土壤层，可以维护管理起来比较简单。在欧美得到了非常广泛的应用。起到了改善环境、缓解雨水冲刷、减少雨水径流的目的。下面将对粗放型的绿色屋顶进行介绍。

粗放型的绿色屋顶主要是由防水层、排水层、种植土层、植物层等组成，可以起到减少雨水的径流量、降低夏季室温、减少冬季热量散失、净化空气、缓解城市热岛效应、美化城市环境、提高生物多样的作用。植物是粗放型绿色屋顶最主要的覆盖物体，植物可以截留雨水、吸收雨水，同时土壤层也可以吸收雨水，这样大大降低了雨水的径流量，减缓雨水的流速。雨水经过净化以后可以回收再用。植物的叶片不间断地进行蒸腾作用调节了局定小气候，节约了对电能的消耗。在选择植物时首先要考虑根系的长度。植物的根系长度不能超过土壤层的厚度，并受到成本和屋顶承载力的限制。土壤层的厚度一般在5厘米到30厘米之间，所以要选择根系比较浅的植物。粗放型绿色屋顶主要位于高处比较暴露的区域，需要抗风能力比较强的植物。为了减少对绿色屋顶的维护管理以及提高水资源的充分利用，还要选择抗旱能力强的、不需要经常修剪的植物。比如常见的植物垂盆草、八宝景天、紫花地丁、佛甲草、草地早熟禾等。（图1）

4.2 生物滞留设施

生物滞留设施主要是指在低洼地区种植生物，利用植物和土壤对雨水进行滞留。比如停车厂、街道、小型广场、宅院等地面，可以起到净化、渗透、排放雨水的作用。雨水花园、下凹式的绿地等就属于生物滞留设施。这种设施的渗透时间一般要小于48小时，此时需要选择可短期耐水淹，同时又有抗旱能力的植物。由于生物滞留设施雨水的尝试不同，所以种植的植物也有一定区别。可以将生物滞留设施划分为边缘区、缓冲区和蓄水区。这三个分区水淹的状况逐渐增强。在这三个分区进行植物的种植时，要考虑植物的耐旱、耐水特性。为了增强去除雨水中污染物的能力，还要选择净化能力强、根系发达的。在生物滞留设施的建设中，可以选择的植物有很多。比如草坪草、一些常见的木本植物和最近引入城市的绿化观赏植物都可以在雨水花园中种植。可以根据不同的景观及功能进行选种。

4.3 透水性铺装

透水性铺装，可以引导雨水下渗，从而减少雨水径流量，减轻排水系统负担；雨水中的污染物质也可以在通过透水性铺装时得到净化。这种设备的缺点就是造价比较高，耐久性差。但是从可持续发展的角度来看，还是需要得到推广并广泛使用的。

4.4 植被浅沟

植被浅沟主要是利用重力流来收集和输送雨水的原理，在地表的沟渠中种植绿色植物，利用植被发达的根系和土壤对雨水起到过滤的作用。植被浅沟主要建设在不透水地面周边、道路两侧、大面积的绿地上。在进行植被选择时，要选择可以抵抗雨水冲刷的植物，植被高度最好控制在75毫米到150毫米之间，过高的植物可能会因为雨水的冲刷出现倒伏的状况。如果选择了比较高的植被，则要加强植被修剪、控制高度。建设植被浅沟时，注意选择根系比较发达的植物，这样不仅可以减少水土流失，加固土壤，而且可以净化雨水中的污染物。所选择的植物最应承受长时间的干旱和周期性雨涝。在建设植被浅沟时，还要注意种植植物的密度，较多的植被，可以在很大程度上延缓雨水径流。当然，种植在植被浅沟里的植物既可以是单一物种，也可以多种植物相结合。比如野牛草、结缕草和草地早熟禾等。（图2）

4.5 嵌草砖

嵌草砖是指具有各种空隙形状的混凝土砖，其作为透水铺装，多用于停车厂、人行横道、车流量比较少的道路和广场等。在砖中种植植物，可以有效地增加雨水的渗入量，在小雨的时候保证地面没有积水。种植在嵌草砖的植物还可以减缓雨水的径流、净化雨水，同时调节局地小气候。在嵌草砖内种植的植物一般为耐践踏、比较低矮的植被。可以选择野牛草、结缕草这些耐干旱并且耐短期洪涝的植物。

4.6 景观雨水调蓄池

景观雨水调蓄池属于生物滞留设施，它将雨水调蓄与建筑景观相互结合，提高了土地资源的利用效率，充分了绿色水基础设施的理念和可持续发展的理想。通常情况下，景观雨水调蓄池的水位保持在正常状态。在该水位之位比较高的地方可以修建运动场和停车场等。如果城市遭到暴雨的侵袭，高地与常水位之间的空间就可以发挥雨水调蓄作用，它可以将暴雨流量贮存起来，减少洪水对下游和周边地区的危害。暴雨结束后，池内储存的雨水再通过排放水体或下渗，恢复调蓄池内正常的水位。下面将会以雨水湿地为例进行讲解。

雨水湿地一般为自然湿地，可以减少雨水径流，改善场地的景观并能充分利用雨水资源。雨水湿地是生态系统，该生态系统比较复杂，是一个水陆交接的系统。它可以利用微生物降解以及植物的吸收作用净化雨水，起到了非常显著的效果。根据水环境条件的不同，我们将雨水湿地划分为五个区域，如图3所示：

（1）深水区：该区域深度一般在0.45～1.8米之间，可以选择抗较深水淹、净化能力强、根系发达的水生植物。适当地选择浮水植物、挺水植物和沉水植物，比如狐尾藻、金鱼藻、水葫芦、荷花、荇菜、睡莲等。（2）浅水区：该区域深度在0.45米之内，可以选择抗一定水淹、根系发达净化能力比较强的水生植物。最适合该区域的就是挺水植物，比如芦苇、水葱、慈姑、香蒲等。（3）植被缓冲区：此地区为水陆交错地带，是陆地向湿地的过渡地带，这里的土壤含水量比较多，可能会遭到雨水的周期性淹没，可以选择种植一些水陆两栖植物以及湿生植物，比如黄菖蒲、千屈菜、柳属植物、莎草科等。（4）泛洪区：该区域通常情况上一般比较干旱，如果遇到较强的降水就会被淹没。泛洪区比较平坦，泛洪区并不是必设的区域。在该区域种植植物要选择耐短期水淹和耐长期干旱的植物。（5）边缘区：该区域的植物因为不会受到雨水的影响，可以根据当地的景观条件和气候条件选择植物进行种植。

5 LID系统在国内外的研究以及相应实例

在一些发达国家，低影响开发技术已经形成比较成熟的技术体系，而且得到非常广泛的应用。不再是一味地注重“排水”，而是与渗、滞、蓄、排、用相结合。在我国，这种低影响开发技术应用起步较晚，绝大部分城市把雨水当作“废水”排出，只有像北京、上海、深圳这些发达的城市才实施低影响开发技术。

5.1美国High Point住宅区

在美国的西雅图就有很多住宅区使用了低影响开发技术。

（1）透水性铺装。在该住宅区的停车场和街道都采用了这种透水性铺装。可以让雨水渗透到土壤当中，减少雨水径流量。（2）雨水花园。如果当时降水比较多，无法通过排水系统排出时，可以利用雨水花园加快雨水的过滤和渗透。（3）植被浅沟。在西雅图的一些住宅区有一些浅沟，这些浅沟被植物铺满，组成了一个网络系统。这些植被浅沟布置在街道上，路边有排水口，这样雨水就可以顺着排水口进入植被浅沟。

5.2 深圳光明新区低影响开发技术示范区

住房建设部与深圳市于2010年签订了低影响开发技术示范合约，深圳光明新区就成为了我国第一个低影响开发技术示范区。

在光明新区的规划当中，绿地的面积就达到了16.6%。所以，植被浅沟、下凹式绿地、透水性铺装等设施鼓励因地制宜，大胆尝试。因为绿地贮存雨水的能力有限，可结合该地区天然的水体进行雨水调蓄和贮存。对于超设计标准的降雨，可将雨水排入到自然的湖泊或河道，从而能够减少洪涝灾害。同时，将本地区的自然湖泊和河道改建成雨水湿地，使得雨水得到进一步净化。

6 结语

6.1 总结

传统的排水系统不仅占地面积大，而且成本高，与低影响开发技术相比，劣势凸显。低影响开发技术与景观相结合，不但可以节省大量的成本，而且可以节约土地。这对于寸土寸金的现代城市具有非常大的优势。低影响开发技术是属于低能耗、低成本的技术，只是需要大量的劳动力进行维护管理，有利于解决农村人口的就业问题。同时，低影响开发技术同时也给植物、岩土、化工、景观、城市规划等领域创造出新市场和新产品。

6.2 展望未来

低影响开发技术具有很多优势，可以与开放式的排水沟或雨水渠相结合构建与自然的排水系统相似的系统，从而取代传统的雨水系统。但是不得不承认，低影响开发技术还存在一定的缺陷，如果遇上特大暴雨，这种国际先进的技术就不能像传统的雨水系统一样很快发挥作用。另一方面，集中处理雨水的设施也存在很多缺点，建设成本高，而且不利于雨水的充分利用。简而言之，雨水系统中低影响开发与绿色水基础设施要与我国水资源匮乏、降水分布不均、城市建设密度大等国情相符，并与雨水管网和雨水处理设施相结合，构建符合我国国情的可持续发展的雨水系统。

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