东北地区雨水花园设计方法研究

张 鑫，王馨甜，叶 程，陆 海

（1.吉林建筑大学市政与环境工程学院，长春 130118；2.长春科技学院建筑工程学院，长春 130022）

近年来，随着东北地区城市人口的快速增长及城市的不断扩建，东北地区城市面临诸多的雨水利用方面的问题。一是城市硬化面积逐渐扩大，严重阻隔了雨水向土壤中下渗，减少了对地下水的补给，导致雨水资源的流失；二是排水设施负担重，在降雨集中期雨水无法被及时地清除，易形成雨洪；三是初期雨水会携带着污染物进入河流中，导致水体污染，这也在一定程度上加剧了东北地区水资源的匮乏[1]。

上述问题已经给东北地区的人们在生产生活方面带来了极大的困扰，而一种行之有效的雨水利用设施是解决这些问题的关键。近些年，东北地区对于雨水利用的研究不断发展与进步，并开始将雨水研究应用到实际案例中，如哈尔滨市群力雨洪花园、长春市劳谦公园等。但东北地区许多城市在雨水利用方面仍处于初步探究阶段，专门的暴雨管理体系尚未形成，雨水收集和利用方面的措施也很少，同时雨水常常和污水合流，这大大减少了对雨水资源的有效利用，所以大力发展雨水利用设施是解决诸多雨水问题的有效途径[2]。

1 雨水花园在雨水利用中的作用

1.1 雨水花园的含义

雨水花园是一种生物滞留区的应用形式，通常在人造或者天然形成的浅洼地区建造，可以对来自不透水地面、屋顶等的雨水进行收集，并可通过其中植物与土壤的一系列作用，净化雨水，达到控制雨水地表径流和雨水回补地下水等目的。最初的雨水花园是于20世纪90年代由一位美国地产开发商所提出的，他希望建造一个能够滞留和吸收雨水的场地以更有效地管理雨水。在相关部门的协助下，当地每栋住宅都配建了一个30～40 m2的雨水花园，并在建成后的数年里进行追踪检测，数据显示建造雨水花园比未建前平均减少了75%的地面雨水径流量[3]。由此，雨水花园开始广泛地被世界各地所熟知和运用。

1.2 雨水花园的功能

雨水花园的功能：一是可以回补地下水，雨水花园的建造增加了城市空间中可渗透雨水的土壤面积，同时可通过植物的吸附、土壤的下渗，增加对地下水的补给；二是可以降低水体污染，雨水花园中的植物、土壤以及微生物能够有效地除去初期雨水径流中的有害物质，如有机污染物、重金属离子等，使通过地表径流进入水体中的雨水得到净化，减少水体污染；三是可以防治雨洪，雨水花园当中的植物和土壤能够对雨水起到有效的滞留和渗透作用，从而减少雨水地表径流量，而当降水量较大时，其中的溢流管可将超出处理范围的雨水排到其他系统当中进行处理[4]。

2 东北地区雨水花园设计方法

东北地区年降水量自东南向西北呈现逐步递减的规律，而降水日数自东南向西北则呈现多—少—多的分布格局[5]。同时，东北地区易发生严重的旱涝灾害，而造成严重旱涝的一般是强降水异常事件，其多发生于6-9月份，尤其在7、8月份最为频发，该时期降水时段集中，降水强度大，降水量可占到全年降水量的60%[6]。由此可以看出，雨水花园的应用在东北地区具有很大的发展潜力，因此对东北地区雨水花园设计方法的进一步研究也具有重大的意义。

2.1 东北地区雨水花园的功能定位

在雨水花园设计之前，需要对雨水花园建造地点进行系统调研，并对待解决的关键性雨水问题进行总结，以此确定将要建造的雨水花园的定位类型。

雨水花园可划分为两种定位类型：一类是以控制径流量为主要功能的雨水花园。其适用于环境较好、雨水径流污染较轻的城市空间，如公园、学校等，可以达到对雨水的滞留、渗透的效果，结构较为简单[7]；另一类是以降低径流污染为主要功能的雨水花园。其适用于雨水径流污染较重的城市空间，如商业中心等，可以达到净化雨水的效果，但施工困难，需要在底部敷设专门的排水沟[8]。

2.2 东北地区雨水花园的选址

对于雨水花园的选址，在完成建设场地调查的基础上，还应做到以下9点：

选址应当满足甲方的相关要求，符合相关的法律法规；把场地地下水位的高低作为雨水花园选址的重要参考之一，即应选在地下水位较低而需要雨水补给的地方；分析土壤状况，找出建设场地中土壤渗透能力较高的地方，将其作为区域雨水主要汇集下渗的候选区；确定建设场地的高程，找出高程较低且易积水的地方，作为雨水汇集和蓄存区；为了保护建筑基础不被侵蚀，建筑基础与雨水花园外围的距离至少为2.5 m；雨水花园的位置应选在远离供水系统的地方；尽量让雨水花园建造在光照充足的地方；尽量建造在地势平坦的地方，以便于施工和维护；应适当考虑雨水花园与周围环境、其他设施的有机组合[9]。

2.3 东北地区雨水花园的规模

基于达西定律的渗透法、蓄水层有效容积法以及完全水量平衡法是精确计算雨水花园表面积的三种方法，这些方法各有特点，但计算过程均较为烦琐[10]。在此，可以采用一种方便快捷的方法对精度要求不高的雨水花园面积进行估算，主要步骤如下[11]。

2.3.1 汇水面积的计算

汇水面积S汇水的计算（其包括屋顶、不透水地面、草坪）公式为：

式中，S屋顶屋顶的面积；S不透水地面为不透水地面的面积；S草坪为草坪的面积；α为雨水花园可处理屋顶雨水径流的比例；λ为草坪的径流系数，一般取0.2。

2.3.2 径流量的计算

径流量Q的计算：

其中，h1为当地24 h内最大降雨量。

2.3.3 雨水花园24 h内雨水下渗深度的计算

雨水花园24 h内雨水下渗深度h2的计算公式为：

其中，r为雨水花园的渗透率。

2.3.4 雨水花园面积的计算

雨水花园面积S花的计算：

上述方法计算简便，但精度不高，适用性差，所以需要根据不同情况进行具体修正。

2.4 东北地区雨水花园的竖向设计

雨水花园主要由五部分组成，由上到下依次为蓄水层、覆盖层、种植土层、砂土层和砾石层[11-12]。一是蓄水层，是雨水净化的第一步，它能短暂地对雨水进行滞留，并可对雨水中的杂质进行沉淀。二是覆盖层，通常为50～80 mm厚的木屑或树皮等，其不仅可以为微生物提供有益的生存环境，促进雨水的净化，还可以使土壤湿度得到保持，有助于增大土壤的渗透性。三是种植土层，一般选用具有较好渗透性能的砂质土壤，由于植物扎根于此，所以其具有较高的净化雨水能力，该层厚度应根据植物的类型来决定：若是草本植物，层厚一般在0.3～0.5 m；若为灌木时，层厚一般在0.5～0.8 m；如果为乔木，则层厚一般需要1 m以上。四是砂土层，厚度一般为0.15 m，其将种植土层与砾石层分隔开，避免了土壤颗粒进入穿孔管中将其堵塞。五是砾石层，组成其的砾石粒径均不超过50 mm，层厚一般在0.2～0.3 m，同时在该层敷设穿孔管，可将收集到的多余雨水排到市政排水管网中。

3 结论

雨水花园可以划分为以控制径流量为目的和以降低径流污染为目的的两种类型，人们在具体设计时应根据所需目的加以区分选择。雨水花园在选址时应充分考虑当地水文、地形、日照、土壤肥力等自然条件。对于面积精度要求不高的雨水花园来说，可以采用汇水面积对其规模进行估算的方法来实现。雨水花园工程结构可分为蓄水层、覆盖层、种植土层、砂土层、砾石层五个组成部分，每个部分均具有相应的作用和建造标准。

参考文献

1 杨 楠.可持续的雨水管理探讨——以沈阳七二四绿道雨水花园设计为例[A].中国城市科学研究会.2014（第九届）城市发展与规划大会论文集[C].天津：中国城市科学研究会，2014：1-4.

2 白 洁.北京·水花园设计研究[D].北京：北京建筑大学，2014.

3 Prince George’s County.Design Manual for Use of Bioretention in Stormwater Management[M].Prince George’s County：MD Department of Environmental Protection，1993.

4 阎 波，付中美，谭文勇.雨水花园与生态水池设计策略下城市住区水景的思考[J].中国园林，2012，（3）：121-124.

5 唐宝琪，延军平，王璐璐.1960-2014年东北地区大雨和暴雨事件的变化特征[J].资源科学，2015，37（12）：2514-2523.

6 贾小龙.东北地区汛期降水异常及其与海温异常的关系[D].南京：南京气象学院，2003.

7 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，（6）：48-52.

8 刘 菲，孙 瑞.基于海绵城市背景下雨水花园建设浅析[J].艺术与科技，2016，（9）：311.

9 Royer Bannerman，Ellen Considine.Rain Gardens：A How to Manual for Homeowners[M].Wisconsin：University of Wisconsin Extension，2003.

10 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.

11 王淑芬，杨 乐，白伟岚.技术与艺术的完美统一——雨水花园建造探析[J].中国园林，2009，（6）：54-57.

12 张 婧.基于气候变化的雨水花园规划研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.