蓝绿生态网络系统修复的LID雨景单元设计方法研究——基于山地水文特征分析

金云峰

周 艳

沈 洁*

重庆直辖以来，人口经济结构剧烈演替，城市规模快速扩张，大面积自然绿地和水系被建设用地征占，造成大部分建成区汇水路径阻隔，整体水文格局紊乱。受重庆地区复杂山地建设条件的影响，部分建成区出现了雨水汇流变快、冲刷力变强、汇流时间缩短、下垫面渗透率降低等现象，水文地质灾害潜藏，伴随而来的雨水径流污染和循环问题日趋受到关注。妥善处理城市空间系统与水文绿地空间系统的相互关系成了城市可持续发展的内在动因。

目前，国际上城市化水平较高的国家在雨水系统的生态管理上，其理论技术体系和法律管理制度已趋于成熟完善。比如美国在最佳管理措施(BMPs)基础上推进的低影响开发设计(LID)、英国的可持续城市排水系统(SUDS)以及澳大利亚的水敏感性城市设计(WSUD)等均已具有高效的实践指导价值[1-2]。而国内相关的研究实践开展较晚，尺度偏向微观，缺乏流域尺度的综合全局观，且多集中于平原城市。因此，寻找一套适应于山地水文特征的区域性多尺度情境下的生态雨水系统构建方式具有其特殊的创新价值。

本文基于山地水文循环过程特征分析，以位于盘溪河支流的流域单元为研究对象，探寻适应山地特征的LID雨景单元设计方法，以期对同类型区域的生态修复与优化建设实践有所助益。

1 山地水文特征分析

1.1 水“源”——流域降雨时序不均

降雨是山地水文循环过程的重要组成部分之一，起到补充湖库库容和地下水量等源头作用，能促进山地水文格局生态过程的发生。重庆地区雨量丰沛，主城区多年平均降雨量约为1.2m，降雨时间及强度分配存在明显的季节性差异，降雨量的75%集中在4—9月，5、6、9月为降雨最集中的汛期，主要降雨类型为中雨和小雨，7、8月为大雨和暴雨，表现出雨峰靠前、雨型急促、汇流历时短、峰高量大等特点[3]，径流污染过程的初期冲刷效应明显。但大量建成区的灰色快排市政基础设施无法对降雨进行有效的利用和消纳。

1.2 水“流”——径流地貌空间复杂

山地水文的径流阶段是雨水汇入自然水体的迁移过程，其中地表径流过程中的汇流时间和径流峰值受地貌结构与下垫面类型影响较大。重庆主城区以低山、丘陵为主体的地貌组合呈层状分布，内部最大高差达1 417m，地势起伏明显，坡地分布广泛[4]。较平原城市，主城区建筑小区依附山地地形建设，坡度多在10%以上，形成了分台聚居、垂直分异的组团布局模式[5]。主城区道路多为坡段路，大于3%的道路占80%以上，5%的大纵坡段比例较大，局部甚至超过9%[6]。在主城区广场及绿地的地形处理方式中，台地和断崖类型景观最为典型，局部地段高差明显，例如滨水绿地入水段可达几百米。复杂的地貌空间存在雨洪灾患威胁，增大了合理引导雨水径流的工程技术难度。并且，主城区流域的下垫面不透水面积逐步扩张，降雨产流的正常水循环体系出现断裂，径流传输空间的生态敏感性和脆弱性更加突出。

1.3 水“汇”——枝状汇流循环不畅

在汇水过程中，山地水网体系因径流空间地貌复杂多样，依托流域特性汇集形成层级清晰的树枝状水网结构。并且，山地汇水空间层级丰富，汇水结构复杂，依次划分为流域、子流域、流域单元、子流域单元和集水区5个层次[7]。山地开发过程中存在大量将湖库坑塘等集水区渠化改道、截弯取直、侵占填埋等现象，直接阻隔了汇水路径的连通性，使水文动力缺失、水系循环不畅，由此造成了主城区内众多湖库生态系统崩溃、水体污染严重。据统计，主城区82%的湖库水质降为劣V类[8]，既不能满足景观水体功能，同时水文调蓄功能也逐步丧失，故城市建设前期应严格控制蓝绿保护水文线，最大程度减少对水“汇”过程的干扰。

2 山地LID雨景单元设计策略

图1 基地概况及集水区划分

图2 基地排水条件

结合重庆盘溪河支流流域单元实践案例，探讨山地水文特征下的低密度建成新区水生态优化策略。研究项目位于重庆市渝北区北部新区，属于盘溪河上游区域的子流域。规划研究范围总面积为417hm2，水体面积达11hm2，整体北高南低，高差近130m。西邻照母山森林公园，公园东部余脉嵌入基地。3条城市主干道与其相接，金开大道贯穿其中。内部5个湖库分属于5个子流域单元，集水区共计61个(图1)。最初建设目标为生态环境友好的低密度宜居新区，但缺乏生态水文保护研究的前期开发模式对水文敏感区进行了粗暴的人工干预，比如围筑湖库坑塘、填埋连接湖库上游的小型湖泊湿地、暗渠化道路中的自然溪沟、硬化河流自然式缓冲护坡、侵占潜在汇水区域与路径[9]，严重破坏了坡面结构及坡地植物系统，造成上游翠微、颐和湖库库容陡降，中游青年、茶坪湖库水体循环不畅，下游六一湖库自净功能骤降、局部水体污染严重，整体水网体系出现断裂。极端气候下，上游雨水汇流变快、汇流时间缩短、冲刷力变强，而下游行洪系统泄洪不畅，存在山地崩塌、滑坡、泥石流等水文灾患(图2)。

基于山地水文特征影响下的蓝绿生态网络系统破坏机制，利用低密度建成新区易于布置低影响开发LID雨景单元设施的空间优势，针对其内部山地汇水路径阻隔、湖库水体循环不畅及淤堵污染等问题，提出了修复潜在汇水路径来连通水网系统的适应性策略。并结合山地建筑小区、道路、广场及绿地等主要类型，提出了典型山地条件下的LID雨景单元优化策略，将不同级别类型的雨景单元累加组合，构建具有山地特征的低影响开发雨水系统(图3)。

2.1 蓝绿水网汇水机制修复

首先，对建成区进行生态本底评估，基地现状下垫面共61个地块，根据前期基础数据和降雨数据，运用《重庆市海绵城市规划与设计导则》中的计算公式，得到基地的年径流控制总量为43%，污染物控制率为36%，远低于相应的生态标准。结合山地径流控制难度及改造经济成本等因素，将该区域年径流总量的控制目标定为65%，径流污染控制率调整为45%。

其次，利用GIS的水文功能分析模块对可改造区域的建设强度进行分级，梳理水系网络，保留原生天然坑塘、沟渠、湿地冲沟等，甄别汇水断点及潜在径流通道，连通山地自然排水廊道，完善公园山体绿地的坡体加固工程，复明城市道路的地下暗渠，促进各等级水系的连通性，保证蓄洪与泄洪能力(图4)。

最后，以山地建筑小区、道路、广场及绿地为例，置入典型山地条件下的初级LID雨景单元，加以重复、链接、嵌套累加形成初、支、次、主、超结构的低影响开发雨水单元系统[10](图5)。

2.2 山地LID雨景单元设计

2.2.1 散纳广滞的建筑小区LID雨景单元设计

1.了解现实问题。为了让学生全面了解问题，主动参与课堂教学，笔者为学生播放相关视频纪录片，学生在感到震撼的同时，也对环境污染问题有了更深入的了解，产生了掌握相关词汇的迫切欲望。

山地建筑小区空间布局竖向变化明显，硬质化率高，绿地集中，雨水产流点多而不定，整体蓄水能力弱。结合山地住区布局及地形特征，宜采用小规模分散式的雨水处理方式，引导外向型雨水排放向内向消解型转变，形成独立的雨水消解单元，构建住宅级-组团级-住区级的多级网状雨水渗透系统。通过绿色屋面的预处理，初期弃流的雨水由雨落管及雨水桶进入宅间庭院的LID雨水滞留设施进行初级滞留，饱和时通过渗透沟渠、植草浅沟等传输措施到达组团级调节塘下凹绿地进行二次消减，汇入居住区级的雨水花园，最后将超量雨水排放至山体绿地等终端蓄存单元。中坡和缓坡为基地住区2种主要的建设地形，针对坡度小于10%的缓坡，以协信TOWN城小区为例，可采用相似的方式将环状组团作为雨水消解单元，链接一个或多个缓坡上独立的单元来完成对雨水的控制引导。中坡坡度介于10%～25%之间，采用填挖方对建设地形进行改造，形成分台带状布局模式，其中绿地空间呈多级台地状，局部有陡坎。结合万科悦府小区地形呈阶梯三维化的特点，可设置阶梯式过滤草沟，将同台地汇聚区的雨水通过梯级流动的方式引入跌落式雨水花园来调节水量，同时将陡坎、斜坡进行绿化处理，降低径流流速。暴雨时，泛洪雨水可依托开放式沟渠及雨水塘排入湖库和城市雨水管渠，满足暴雨排洪的要求(图6)。

图3 构建山地低影响开发雨水系统的总体策略

图4 基地蓝绿水网汇水机制修复策略

2.2.2 减峰控污的城市道路LID雨景单元设计

城市道路既是雨污产生、排放的主要场所，也是构建低影响开发雨水系统的基础性骨架结构。依据山地道路纵坡大、保水能力弱、初期径流污染严重、径流峰值高等特点，可采用梯级生物滞留带的雨水处理方式[11]。低强度降雨时，通过铺设透水铺装及生态树池对雨水进行初级渗透，再借助路缘石豁口进入拦污槽等预处理设施，过量雨水则通过植草浅沟等净化传输导入隔离带中的阶梯状生物滞留池，最大限度地过滤蓄积雨水。若遇高强度降雨，超负荷雨水就近导入绿地雨水调节塘，完成调蓄和错峰。同时为防止雨水下渗造成的地基不稳，必须做好相应的防渗措施，比如将非透水性材料应用于路面结构的基层与中下面层中。以基地内坡度为4%的金开大道部分路段为例，可采取路段初期弃流、源头截污等措施解决径流污染问题。根据路段径流量，在纵向上每间隔15m设置0.02m×0.02m的梯级生物滞留池，且选用耐淹耐污性强的本土植物，使雨水快速消纳扩散(图7)。

2.2.3 高蓄低存的城市广场LID雨景单元设计

基地广场用地高差明显、硬质化率高，分为下沉和台地2种形式，其雨水径流汇聚速度快、冲刷力大、积水严重、污染物易累积。多途径收集雨水、增强场地的蓄水能力为基于低影响开发的下沉广场设计的基本原则。基地内的协信星光天地下沉广场高差达2m，雨水收集改造通过在地上部分铺设拦污槽过滤较大的固体悬浮物，再通过渗透沟槽传输至低洼处。在地下广场的下凹绿地敷设渗漏沟，雨水通过硬质铺地上的不透水层流入蓄水涵箱，实现储蓄雨水、削减洪峰的目的。下沉广场根据降雨量的大小呈现出旱、雨、涝3种不同的景观效果。

颐和公园台地广场遵循水文路径完成雨水的阶梯性流动，在每级台阶上设置连续的线性植被渗渠，通过生态树池将雨水径流引入植被缓坡区的分散小型生物滞留池，溢流雨水最终汇入同台地水平硬质区域中的下凹绿地。广场入口的水景区可依据高差设计成梯级跌落式水景，增设小型曝气装置来提高水文动力。为满足山地广场的防晒需求，植物配置应以耐旱湿的乡土乔木为主，搭配相应的灌草地被，形成层次丰富的小型LID植物群落(图8)。

2.2.4 梯级滞蓄的公园绿地LID雨景单元设计

图5 山地雨景单元系统的衔接关系

图6 万科悦府小区LID雨景单元设计

作为雨水消解的终端核心单元，山地公园绿地既要消减处理周边建筑及道路的雨水径流，又要承接自身径流的蓄存排放。基地内公园坡度较陡，平均坡度在25°以上，最大达60°。坡体土壤蓄水层较薄，内部存在众多短流程冲沟，降雨持续或急促时，快速汇流携带的大量砂石和杂物给周边住区带来一定的安全隐患。颐和生态公园作为基地内典型的坡地公园，坡面呈上陡下缓状，坡顶表层岩石裸露，施工遗留的大量弃土废渣造成了严重的汇水阻隔。为修复坡体生态，保证山体稳固性，需对山地绿地进行水文地质灾害评估，加固地质不良区域，识别潜在汇水路径，采用梯级分层滞蓄的方式对地表径流进行有机引导。在上游坡顶修筑0.5m×0.5m的截洪沟，锚固失稳地段，清除坡面危石。中游间隔布置梯级湿塘，最大限度地消减水文动力，调节冲沟径流量。上下游交界处设置截污沟，再次对径流雨水净化过滤，下游采用生态方槽软化硬质化驳岸，利用生态袋加固驳岸。同时对引流载体自然型冲沟进行分级改造，稳固冲沟两侧地形，充分利用高差缓冲导控引流水体。山体步道一般可与梯台结合，在步道两侧建立植草浅沟和砾石沟系统，将收集的径流传输至梯台的生物滞留池。针对公园西北高处断崖空间的修复治理，应以最大限度保留原始地貌为原则，结合连续带型的崖线界面，配置多层次根系发达的乔-灌-草植物群落以涵养水源，保证崖线周边的生态地质安全(图9)。

图7 金开大道部分路段LID雨景单元设计

图8 颐和公园台地广场LID雨景单元设计

图9 颐和公园绿地LID雨景单元设计

3 结语

本文基于低影响开发的山地特征的蓝绿生态网络系统修复设计实践，提出了针对山地地域生态特征的各种类型用地的LID雨景单元设计及组合方式，探讨了建筑小区、城市道路、广场及公园绿地之间处理雨水径流的衔接方式，系统性地提出了蓝绿基础设施与灰色排水市政设施协调的高效实践途径，从生态安全格局评估、城市自然水文系统恢复、雨水排放管理利用等方面实现了山地城市的优化提升。在山地新城规划初期，从流域整体格局出发，保留水文系统自然生态本底，统一构建多目标雨水系统控制专项规划，预见性地保护天然水文空间，建立城市水环境与城市空间新型共融关系。针对山地旧城更新，需重新对水文环境进行综合评价，结合可拓展改造的空间统筹布局蓝绿生态基础设施，恢复完整多样的水网格局，达到旧城升级转型的目的；后续仍需结合建成后的生态保护与建设效果评估，针对性地做出优化与调整。

注：文中图片均由作者绘制。