低影响开发模式在风景园林场地设计中的应用

林伟斌，林伟光，陈凌艳，何天友，郑郁善

(1.福建农林大学 园林学院，福建 福州350002； 2.成都赛肯思景观设计有限公司，四川 成都 610000；

3.福建林业职业技术学院，福建 南平 353000)

低影响开发模式在风景园林场地设计中的应用

林伟斌1，林伟光2，陈凌艳1，何天友1，郑郁善3

(1.福建农林大学 园林学院，福建 福州350002； 2.成都赛肯思景观设计有限公司，四川 成都 610000；

3.福建林业职业技术学院，福建 南平 353000)

摘要：快速城市化使城市地区原来的水文循环发生改变，使得城市原有的排水系统无法有效应对极端暴雨天气，容易发生严重的城市内涝，最终造成大量的财产损失和人员伤亡。从场地尺度出发，使用低影响开发(Low Impact Development,LID)措施进行网络化布置，形成上、中、下相互连接的网络，并以草沟设计为例，将LID措施应用于尺寸设计上，根据设计条件计算得出草沟尺寸。最后，以荷兰鹿特丹水广场和台湾秋红谷生态公园为例阐述了场地设计中的LID措施的实际应用。

关键词：海绵城市；低影响开发；场地设计；网络化布置；尺寸设计

中图分类号：TU986.2

文献标志码：码：A

文章编号：号：2095-4824(2015)06-0099-05

收稿日期：2015-08-10

作者简介：林伟斌(1989-),男，福建仙游人，福建农林大学风景园林学硕士研究生。

在中国城市化进程中，大量不透水的道路、建筑、广场取代了原来透水的森林、农地，硬化的地面阻隔了雨水直接渗透到地下，使城市地下水位难以及时得到补给，直接影响了地表植被的健康[1]。根据美国EPA测算，当降雨发生在自然地表时，只有10%雨量形成地表径流，50%雨量形成下渗。而当强度降雨发生在城市建成区，55%的雨量形成地表径流，15%形成下渗，导致地表径流量显著增加，雨水自然下渗量显著减少[2]。

根据住建部2010年对国内351个城市专项调研显示，2008—2010年间，有62%的城市发生过不同程度的内涝，其中内涝灾害超过3次以上的城市有137个，在发生过内涝的城市中，57个城市的最长积水时间超过12小时[3]。其中，2012年1月—2015年6月，我国主要城市北京、上海、广州、深圳在暴雨来袭之际，城市现有的排水系统无法应对这种极端天气，导致城市在暴雨来临之际发生严重的内涝灾害，造成了重大的财产损失和严重的人员伤亡。具体情况见表1[4-6]。

西方城市化的发展比中国早，问题出现也比中国早，许多国家在应对城市化带来的问题上提出了先进的雨洪管理理念，比较有代表性的有美国的低影响开发(Low Impact Development,LID)，英国的城市可持续排水系统(Urban Sustainable Drainage System,USDS)，澳大利亚的水敏感城市设计(Water Sensitive Urban Design,WSUD)，新西兰的低影响城市设计与开发)(Low Impact Urban Design and Develoment,LIUDD)等管理理念。

2014年10月中华人民共和国住房和城乡建设部组织编制了《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)》，并在2015年4月公布了第一批海绵城市建设试点名单，包括迁安、白城、镇江、嘉兴、池州、厦门、萍乡、济南、鹤壁、武汉、常德、南宁、重庆、遂宁、贵安新区和西咸新区[7]。这一政策的实施为低影响开发在我国城市发展建设中的应用提供了理论指导。本文将从低影响开发概念出发，归纳低影响开发各措施在风景园林场地设计中网络化布置中的功能、位置、尺度和管理措施，并以草沟设计为例，根据设计条件计算得出草沟尺寸，为实际风景园林场的设计提供参考。

郑郁善(1960-)，男，福建永泰人，福建林业职业技术学院教授。

表1　2012年—2013年夏季我国主要城市暴雨灾害

1低影响开发概念

低影响开发的概念和传统的雨水管理方式有显著的不同。传统方式将雨水尽可能快地排入雨水管网，之后进入附近的水体。低影响开发是1990年由美国乔治省马里兰州(Prince George)环境资源署提出，是一种运用场地设计策略，通过一系列的雨水管理设施实现场地开发后，使水文状态尽量保持开发前的自然状态。两者之间的区别见表2[8]。

表2　传统的雨洪管理和低影响开发的雨洪管理

2海绵城市背景下LID的建设策略和目标

2.1LID的建设策略

城市化过程导致城市水文变化，场地径流量和径流污染物增加。低影响开发模式采用景观的手段，利用生态草沟、植物渗透池等措施阻滞、过滤、吸收、下渗雨水，在不同的建设场地，根据土壤类型、空间大小、坡度以及地下水的特征等条件进行合理的配置。LID措施建设的策略主要包括以下七个方面[9]：

(1)延长地表径流的通过时间。

(2)维护自然的泄洪通道，尽量分散径流。

(3)将不透水的区域(例如路面和屋顶)与排水系统分开，利用透水区域下渗雨水。

(4)保护能够减慢地面径流速度、过滤污染物、容易下渗的土壤和自然植被。

(5)引导地表径流通过有植被覆盖的区域，以过滤径流并补给地下水。

(6)提供小尺度的分散式措施，实现调控目标。

(7)从源头控制，就地处理污染物。

2.2LID的建设目标

在海绵城市建设背景下，LID的控制目标主要有径流总量控制、径流峰值控制、径流污染物控制和雨水资源化利用。在确定不同城市的雨洪控制目标时，应该结合当地的土地使用状况、水文地质条件、经济发展水平、气候条件等因素综合考虑。

目前，面对极端天气，我国多个城市在强降雨情况下容易发生严重的内涝，因此径流总量的控制是基本和首要的LID雨洪控制目标。《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)》对我国大陆地区年径流总量控制率分成5个区(见图1)[10-11]。

图1　我国大陆地区年径流总量控制率分区图

3LID在风景园林场地设计中的应用

低影响开发模式分为结构性措施和非结构性措施。结构性措施主要通过一系列雨洪管理的具体设施实现雨洪管理目标，包括绿屋顶、植被过滤带、生态草沟、生物滞留池等。非结构性措施主要包括各种管理措施、宣传教育等非结构性措施。在实现雨洪管理的目标上，结构性措施侧重于减缓雨水径流和降低雨水中污染物浓度，而非结构性措施侧重于预防。

3.1LID结构性措施网络化布置

在风景园林场地设计过程中，应用LID结构性措施进行雨洪控制，主要实现六个方面的功能：

(1)通过雨水径流分流控制径流流速。

(2)通过阻滞水流延缓径流生成时间与洪峰流速。

(3)通过雨水滞留清除各种悬浮颗粒物。

(4)通过各种天然或人工渗透性介质过滤杂质和污染物。

(5)通过让雨水渗透过植被、土壤、砂石等介质实现地下水源。

(6)通过微生物分解、植被吸附等实现水质的净化。

在LID的各项措施中，有的只具有其中一项功能，有的具有其中多项功能。与单独而分散的措施相比，依据自然状态下的水文过程，结合不同措施进行综合应用，形成从降雨源头控制、水流传输、末端处理的综合LID网络，能更好地实现各项雨洪控制目标。网络化布置各措施的使用方法主要有如下几个方面。

3.1.1贯穿网络，控制水流

此类设施贯穿整个网络中，使用范围较广，多布置在道路、绿地周边等区域，连接各个措施，主要用于减少表面径流和管道排放，但不具备生态功能。LID贯穿网络各项措施见表3。

表3　LID贯穿网络各项措施

3.1.2LID上游网络各项措施

此类装置直接接收不透水表面汇集的雨水，对其进行初级沉淀、过滤，并将雨水径流导入下一层设施。LID上游网络各项措施见表4。

表4　上游网络各项措施使用情况

3.1.3LID中游网络各项措施

此类设施主要通过收集和过滤功能，在最终处理前分流雨水，避免水污染，保障网络下游设施的安全运转。LID中游网络各项措施见表5。

表5　LID中游网络各项措施

3.1.4LID下游网络各项措施

此类设施通过渗透方式将雨水径流导入地下，并通过生物方式处理雨水中的污染物，建立动植物生态群落。LID下游网络各项措施见表6。

表6　LID下游网络各项措施

3.2LID结构性措施尺寸设计

在场地设计的后期，LID结构性措施的尺寸设计需结合当地的水文数据、场地的土壤类型、土地使用状况、坡度等条件确定。对于小排水区(例如不到80公顷)，使用合理化公式计算尖峰径流速率，表示为[10]：

(1)

式中：q表示尖峰径流速率(单位: m3/s,立方米/秒);c表示径流系数(介于0～1之间);i表示在指定的设计暴雨频率与集流时间下之降雨强度(单位:mm/hr,毫米/小时);A表示排水区之面积(单位:ha,公顷)。

下面以草沟尺寸设计为例，介绍尺寸设计的具体过程[10]。

某纵向坡度为4%的草沟，必须容纳1.5 m3/s的径流。其土壤易受冲蚀，植被是生长良好的蓝草,并经常修剪保持5 cm的长度，草沟断面为抛物线。

根据设计条件中植被覆盖、纵向坡度、土壤冲蚀性，查阅相关规范确定该草沟容许最大流速为1.52 m/s；而其粗糙系数n取为0.04。

根据如下连续方程计算水流断面：

q=A×V

(2)

式中：q表示流量(单位: m3/s,立方米/秒);A表示水流断面(单位:m2,平方米);V表示流速(单位:m/s,米/秒)。水流断面计算为：

(3)

(4)

式中：V表示流量(单位:m/s,米/秒);n表示开放式渠道的曼宁粗糙系数;R表示水力半径(单位:m,米);S表示渠道坡度。

对于小型抛物线草沟，可取1.5R作为试算深度。本例中R=0.167 m,1.5R=1.5×0.167=0.25 (m)。抛物线断面的面积公式:

(5)

式中 ：A表示水流断面(单位:m2,平方米);W表示顶部之宽度(单位:m,米)；D表示中心之深度(单位:m,米)，求得W=6 m。

根据抛物线型计算水力半径：

(6)

式中：R=水力半径(单位:m,米);W为顶部之宽度(单位:m,米)；D为中心之深度(单位:m,米)，求得R为0.165 m(近似0.167 m)，故设计尺寸W=6 m与D=0.25 m符合设计要求。

4案例

4.1城市公共空间——水广场

荷兰鹿特丹水广场是由两位创意人士弗洛里恩·波尔(Florian Boer)及马可·弗穆伦(Marco Vermeulen)为荷兰鹿特丹设计的一套独特的暴雨管理方案。

鹿特丹市在暴雨时节降下的雨水，可以经过雨水过滤系统排入水广场内进行滞留，设计最大的滞留雨水标准为10年一遇暴雨,滞留容量为1 600 m3。一年中大多数时候，水广场都处于干燥的状态，只在有大雨的季节水广场才会被注满水，这时小溪、细流和池塘都会出现。为了保证广场景观用水的水质，流入下沉广场内的雨水都已经过过滤处理，孩子们可以在水周围或水中玩耍，冬天甚至可以在结冰的广场上溜冰。

4.2城市公园——台中秋红谷生态公园

秋红谷生态公园原来为国际会议中心建筑用地，原先场地建设已开挖地下室，深度达20～21 m,后因工期延宕，就不了了之。台中市政府最后决定将此处改建为秋红谷广场，将原本因荒废而显得荒凉的水洼地，采用回包式挡土墙工法，形成一个下凹 8 m左右，中央湖水区最深约12 m，兼具休憩、滞洪功能的新型都市公园。

秋红谷生态公园总面积30 000 m2，湖面面积6 200 m2，其中蓄水池面积5 156m2，生态水池面积1 044 m2，暴雨来临之际可以容纳外来水量约200 000 m3，可以在极端降雨情况下为周边地区提供一个滞留雨水的空间，能有效降低周边地区淹水的概率[11]。

5结语

低影响开发在场地设计的应用过程中需要经过场地条件的筛选和复杂的水文计算。设计过程中需要综合考虑水文、土壤状况、地形、土地使用等多个因素，再结合实际的经济投入制定合理的雨洪控制措施。后期的工作需根据场地的水文资料和雨洪控制目标进行一系列水量计算，确保各项措施的尺寸能满足设计的预定目标和要求，这样才能发挥LID措施对场地内暴雨的有效管理。

[参考文献]

[1]王迪.城市内涝的原因与建议[J].科技创新与应用,2014(5):145.

[2]Stormwater[EB /OL].(2015-10-08)[2015-10-11]. https://en.wikipedia.org/wiki/Stormwater.

[3]170城市不设防，340城市不达标[EB /OL].(2013-07-18)[2015-10-11].http://www.infzm.com/content/92491.

[4]7·21北京特大暴雨[EB /OL].(2015-8-23)[2015-10-11].http://baike.baidu.com/link?.

[5]深圳30日凌晨强降雨致2人死亡[EB /OL].(2015-8-30)[2015-10-11].http://news.xinhuanet.com/local/2013-08/30/c_117164077.htm.

[6] 9·13上海特大暴雨[EB /OL].(2015-8-11)[2015-10-11].http://baike.baidu.com/linkurl=mL0VuWVwpWasMkGWKGOYHuYAPzCPnIoLZcIAupHK_H4GdY7iNeh05Ir_vCK8JG9aMrP3GYtnrGpygHr3c2DTGK.

[7]2015年海绵城市建设试点名单公示[EB /OL].(2015-4-2)[2015-10-11].http://finance.sina.com.cn/china/20150402/161921874961.shtml.

[8]Low impact development (LID):A literature review[EB /OL].[2015-10-11].http://www.toolbase.org/PDF/CaseStudies/epa_lid_review.pdf.

[9]王思思.国外城市雨水利用的进展[J].城市问题,2009(10):79-84.

[10]Storm S, Nathan K, Woland J. 敷地工程[M].吴树陆,译.4版.台北:六合出版社,2008.

[11]中外景观编辑部.秋红谷景观生态公园[J].中外景观,2013(8):65-67.

(责任编辑：张凯兵)