雨水花园在我国城市道路暴雨径流控制中的应用研究

邓 洁

(永州职业技术学院农学部，湖南永州425100)

1 我国城市道路暴雨径流发生的主要人为原因

1.1 城市道路中大量不透水路面的存在

研究表明，道路表面的径流系数与其面层、基层结构密切相关。基于此，日本和欧美的一些国家从20世纪末开始在城市道路建设中广泛推行透水路面的应用。对比之下，透水路面的研究与应用在我国尚处于起步阶段，目前我国大多数城市的车行道仍以普通水泥或沥青混凝土为主，人行道铺装则多采用陶土砖、花岗岩等透水率低的面层材料。值得一提的是，近年来布洛克等透水砖虽在我国得到广泛应用，但这类块料铺装的基层仍多采用细集料混凝土施工，不透水的基层结构使透水砖对雨水的渗透量实际十分有限。以往为提高道路密实度与荷载值、快速排除积水而大量采用的不透水路面，直接导致了我国城市道路径流系数增大、洪峰增高与峰现时间提前。

1.2 现有雨水管网设施难以满足排水需求

随着我国城市化进程的加快，许多城市现有的雨水管网设施难以承受建成区迅速扩张而带来的排水压力。对城市道路而言，雨水口是排除道路暴雨径流的起始点，但实际情况是包括植物枝叶、路面沙尘在内的各种固体垃圾常常造成雨水口的淤堵，此外雨水口自身在位置、数量及形式设计上的不合理致使其汇集排除雨水的作用实际十分有限［1］，再加上雨水管道干径过小、管网设施陈旧老化、内河水道泥沙淤积等多方面原因，每遇强降雨等灾害性天气，道路积水、城区内涝现象在许多城市中成为常态。

1.3 道路绿地的实际截流蓄水能力偏低

由于绿地植被的截流以及土壤的渗透作用能降低雨水径流的流速，国外一些重视雨水利用的国家在工程实践中普遍采用雨水花园、植被干渠等措施来削减路面雨水径流［2］。而在我国，道路绿地大多仅停留在美化城市景观、分隔车道的层面上:植床土质的渗水持水能力普遍不高;植物种类的选择以观赏性植物为主，缺乏不同生活型植物组成的复合群落;对植物抗旱耐湿等抗性特征较少考虑，在干旱天气甚至成为高耗水的园林景观;植床标高往往高于路面，降雨径流难以流入绿地，植物仅截蓄降落在植床上的部分径流。以上种种原因使得我国城市道路绿地实际发挥的截流蓄水功能十分有限。

2 雨水花园的源起及发展

结合以上原因分析，笔者认为，要最大限度地发挥我国城市道路绿地对暴雨径流的控制与利用功能，利用现有道路绿地建设雨水花园是一种可行思路。作为一种雨水处理设施，雨水花园是在低洼区域种植特定种类植物，通过土壤与植物的过滤作用净化雨水，并最终将雨水暂时滞留渗入地下或利用溢流装置排出以减少地表径流的(图1)。这种技术设施最早于1990年在美国马里兰州乔治王子郡(Prince George’s County)的Somerse住区开发时运用，当时开发商希望用一种生态滞留与吸收雨水的场地来替代标准化的雨洪最佳管理措施BMPs(Best Management Practices)，最终采取的方法是在每户临街的前院配建一个28～40 m2的雨水花园。建成前后的监测数据对比表明，这条街道可以吸收周边75%～80%的地表径流，其最大设计能力可以抵御该地区100年一遇的暴雨，而造价仅为传统BMPs系统的 1/4［3］。

图1 雨水花园结构示意

近年来雨水花园在一些国家的城市户外公共场所中得到了广泛应用，包括道路、广场、停车场、居住社区、街头绿地等。相比雨水干塘/湿塘、径流湿地等设施而言，由于占地面积可大可小，所以在对径流流速控制与污染物处理方式上较为简便可行，雨水花园在人为活动相对密集、地价较高的城市中心区域更为适用。在我国，对于雨水花园这一设施，目前已有专业学者对其概念及建造技术进行了引入研究［4－5］，但投入应用的实践项目并不多，特别是在道路暴雨径流的控制方面，如何根据我国城市道路的实际情况，将雨水花园与道路绿地结合起来，发挥其截流蓄水功能，目前尚无研究报道。

3 雨水花园在我国城市道路暴雨径流控制中应用的可行性

3.1 径流处理方面:去污、截流效果明显

目前我国大多数城市采用“分流制”雨水排放方式，即雨水由独立管网收集，直接排入江河内湖，由于未经过处理，因此排放的雨水往往会给城市水源地造成一定的污染。现有研究表明，雨水花园通过土壤过滤与植物根系的吸收作用，可有效去除道路径流中大部分的污染物质，其去除率分别为:总悬浮物(TSS)80%、总磷(TP)40%、总氮(TN)30%、重金属离子(Cd、Pb、Zn等)50%、病原体70%。

在减少道路径流方面，国内尚未见相关论证数据，实践中可通过雨水花园的径流渗透量与道路总径流量的比值来计算其截流能力。参考罗红梅等人的研究成果［4］，可知雨水花园在tf的时间里雨水渗透量Qtf渗透量的计算公式为

式中:K为渗透系数，经验值为0.3 m/d;h为花园蓄水层平均水深，取0.11 m;df为种植土深度，一般取1 m;tf为雨水在花园表面的滞留时间，取1.2 d;Af为雨水花园表面积，m2。以红线宽度40 m的城市道路为例，取1 m长度作为计算范围，设道路绿地率为20%(详见《城市道路绿化规划与设计规范CJJ 75—97》相关规定)，并假设该范围内所有绿地均建为雨水花园，代入上式可得Qtf渗透量=3.20 m3，道路总径流量的计算取24 h最大降雨量为100 mm的暴雨标准，则Q总径流=40×1×100/1000=4(m3)，由此可知在1 m长度范围内雨水花园可减少3.20 m3/4 m3=80%的道路径流量，可见，雨水花园的应用可有效减少道路表面的暴雨径流。

3.2 经费投入方面:利用现有设施，施工维护方便

雨水花园可利用我国城市道路现有绿地及雨水管网设施建设而成，其费用主要产生于各土壤层与滤层的施工、植物种植与维护两个环节，此外，视场地实际需要铺设溢流及排水管至检查井也会产生一定费用。但相比改造或重建整套地下雨水管网所产生的费用而言，雨水花园的建设投入较为低廉，且可以通过分期建设、减少建设数量等手段以降低费用。在后期维护方面，沉积物的清理、杂草清除、修剪与灌溉可纳入道路绿地的日常维护工作中去，且对道路交通的影响较小。

4 雨水花园在我国城市道路暴雨径流控制中的应用模式

我国城市道路绿化的主要横断面形式有一板二带式、二板三带式、三板四带式及四板五带式，不同车道由分车绿带隔开，人行道与非机动车道由行道树绿带隔开，人行道边缘至道路红线之间区域为路侧绿带，道路两侧设有雨水口，沿路地下敷设雨水管线与城市排水系统相连。以四板五带式为例，暴雨径流先沿横坡流至两侧分车绿带路缘，再沿纵坡流入雨水口，经连接管连至检查井、雨水干管，最后由出水口排入城市水系(图2)。在此过程中，绿化分隔带中的植物和土壤往往由于路缘石的阻隔而无法吸收路面径流。考虑我国城市道路绿化的上述特点，笔者以绿化横断面形式较为复杂的四板五带式为例，提出几种利用现有绿地和排水设施改建雨水花园的模式，其他道路形式可以此类推。

图2 四板五带式道路绿地与雨水系统示意

4.1 利用中间分车绿带改建的雨水花园模式

中间分车绿带位于道路中央用以分隔上下行机动车道。由于处于横坡路拱拱顶，行车道在横坡方向上的雨水较少在此汇聚，一般在道路纵坡大于横坡值的情况下，绿带才会对道路中心线附近的径流起截流作用。其特点是径流量小，固态垃圾少，污染物以行车过程中产生的重金属离子、有机污染物居多。根据上述特点，可将中间分车绿带纵坡方向的路缘石各断开一缺口以使径流流入绿带内的雨水花园，并在断口附近铺设石子以避免雨水将植床泥土带出绿地，同时为避免纵坡大形成的短时较强径流对植床造成冲刷，应将低洼种植区域设计成“S”形曲线，以延长径流在花园中的滞留时间(图3);植物选择应以根系对Pb、Zn、PHC等污染物吸附能力较强的种类为主，且宜种植低矮地被以保证行车的视野开阔。此外，中间分车绿带中的雨水花园改造不宜铺设暗管以避免穿越行车道，超出设计截流能力的多余雨水可经绿带中标高较低的路缘石断口排出。

图3 中间分车绿带改建雨水花园平面示意

4.2 利用两侧分车绿带改建的雨水花园模式

两侧分车绿带在道路中位于车行道两侧用以分隔机动车道与非机动车道。为减少管线维修时对行车的影响，雨水管线多布置在两侧分车绿带下，雨水口则在绿带左右两侧以收集临近车道雨水。其特点是径流量大，污染较严重，尤其是非机动车道一侧，固态垃圾、泥沙悬浮物较多。与中间分车绿带的改造模式不同的是，两侧分车绿带路缘石断开的位置应在道路横断面方向，当道路纵坡不大时，断口可采取平断口形式(图4)，且断口位置宜相互错开以避免径流对两侧车道的冲刷;当纵坡较大时(如下立交道路)，断口可采取与路缘石倾斜一定角度的形式，以增加流入花园的径流量，超出截流设计能力的雨水则通过溢流口流入附近雨水口。考虑到机动车道的汇水面积大于非机动车道，机动车道一侧断口的数量可适当增加。植物选择上建议种植乔木、灌木及草本类乡土植物，这些植物一般抗性较强，对当地的极端天气有较强适应性，而多种生活型组成的复合植物群落会加大对径流的吸收渗透。

图4 两侧分车绿带改建雨水花园平面示意

4.3 利用人行道树池改建的小型雨水花园模式

我国城市道路的人行道绿化往往分为树池式或绿带式。利用绿带改建雨水花园同4.2。树池种植行道树占地少，方便行人进出道路两侧建筑，实际运用较多，但由于树池面积不大(一般边长或直径为1.5 m左右)，难以发挥汇聚吸纳雨水的功能。根据现有情况，在实际应用中可通过以下两种方式改建:一是在树池沿车行道一侧设一侧沟以吸纳地表雨水，同时在树池里埋设过滤管道，并将管道连接至一个与市政雨水管道相通的过滤器(图5)［6］，当雨量不大时收集的地表径流可完全被行道树根系与种植土吸收，当雨量过大时过滤管则把树池中的过量雨水吸收进入过滤器，经雨水管排走。目前这项技术在国外一些城市道路中广泛应用，但缺点是造价较高，且需要预先埋设。另一种方式则是通过改变树池植物栽植方式来提高对雨水的截流量，即采用乔灌草的复合栽植方式，在减少种植池水土流失的同时，也美化了人行道绿化景观(图6)，从经济投入和后期改造的角度看，具有较大的可行性。

4.4 利用路侧绿带改建的雨水花园模式

路侧绿带是布设在人行道边缘至道路红线之间的绿带，无分道分流功能，在对其进行雨水花园改造时，应保证绿带植床标高低于人行道。雨水流入花园的方式视具体情况有两种:当绿带面积不大时，可将人行道紧邻绿带的一侧路牙设置为平路牙以方便雨水流入;当路侧绿带与其他面积较大的城市绿地或水体相连时，由于可吸纳的径流量较大，可设计一暗管穿越人行道、非机动车道连通雨水口与路侧绿带，将道路暴雨径流收集排入就近的城市内河水系或公园绿地。

5 雨水花园在我国城市道路绿地中的应用建议

5.1 转变“以排为主”的道路排水设计理念

我国城市道路排水设计的传统理念强调“以排为主”，实践证明，这不仅增加了现有雨水排放设施的负荷，而且也加剧了水质污染、城市地下水位下降等问题。相比之下，新型的雨洪控制理念更为强调对雨水径流的存蓄与利用。结合我国实际，在道路绿地中建设雨水花园，正是在传统管道排水的基础上，强化绿地蓄水滞水的功能。实际应用时，需相关工作者转变传统道路排水的设计思路，才能使上述应用模式在我国道路建设工作中得以推广。

5.2 制定相关的鼓励性政策及措施

对于包括雨水花园在内的雨水处理设施的实施，发达国家有着与相关技术相配套的完善政策法规。就目前我国城市道路排水工作而言，建立类似的技术与法规体系尚不成熟，但通过政府行政干预，在道路工程建设和维护中出台相关的鼓励性政策及措施，如补贴雨水花园的建设费用，倡导市民维护公共绿地中的花园植物等，将对雨水花园在道路绿地中的推广和实施起到重要的推动作用。

5.3 实施多学科多部门协调的场地规划

城市道路绿地中雨水花园的应用，不仅在于具体施工技术的实施，而且需要综合考虑多方面因素对其所在道路及其周边地段进行合理的场所规划，这就涉及包括园林、规划、市政、道桥、环卫等多部门多学科的共同协作。因此，可考虑借鉴国外在类似项目施工前期启动场地综合规划与设计程序的做法。对雨水花园在建设维护过程中涉及的问题，建设部门需协调不同学科及部门通力合作解决，这样才能发挥其在径流控制与利用方面的更大价值。

［1］曹美娟.城市道路雨水口布置的弊病分析［J］.市政设施管理，2008(12):8－11.

［2］格莱格里·赫斯特，汪可薇.区域建设中的湿地和暴雨径流管理方法［J］.中国园林，2005，21(10):1 －4.

［3］陈晓彤，倪兵华.街道景观的“绿色革命”［J］.中国园林，2009，25(6):50 －53.

［4］罗红梅，车伍，李俊奇，等.雨水花园在雨洪控制与利用中的应用［J］.中国给水排水，2008，24(6):48 －52.

［5］向璐璐，李俊奇，邝诺，等.雨水花园设计方法探析［J］.给水排水，2008，34(6):47 －51.

［6］Kelly R F，Ruby M.BacterraTMAdvanced Bioretention Technology［DB/OL］.http://www.filterra.com/pdf/bacterra_ebook.pdf.