雨水花园在现代城市排涝中的应用研究

魏广龙，覃楚越，增誊录

（河北工业大学，天津 300130）

一、城市排涝系统的发展

（一）国内城市排涝系统的现状及发展

自进入2000年，我国城市内涝出现的频率增多，以往的城市排水系统暴露出明显问题，由于我国近年来城市用地、建筑、人口的快速扩张，同时引发温室效应的极端天气，暴雨持续时间长、影响范围广且集中，使原有排水系统不堪重负，造成不同程度的内涝。图1的中国暴雨时间变化分析呈现出近70年来暴雨天数的观测站点数量，1951至1960年，小于30天的站点数有547个，而2001至2010年只剩下233个站点；1951至1960年，大于120天的观测站点没有观测到暴雨天数，但在2001至2010年，十年内暴雨日数超过120天的有265个观测点。由此可见，我国近些年来频发的极端暴雨，是引起城市内涝的重要原因。

通过了解我国长期的洪涝治理历史，我国古代的防水体系中已经初步形成了较为完整的洪涝治理方案，例如，北宋时期江西赣州城依据城内道路走向和地势特点采取划分区域排水的规划原则，建设两个砖拱结构的排水干道穿城而过，因两条排水沟走向形似篆体的“福寿”二字，故称“福寿沟”。福寿沟的设计是根据赣州城西南高、东北低的地势特点，采取自然流向的方法，使城市内的积水、污水自然排入水沟内再排入江中，并且城中蓄水池之间的串联能够调节城内空气环境湿度，蓄水池停积淤泥等沉积物能够减少排水沟的径流负担，这对我国现代城市排涝建设具有很大的借鉴作用，也可以发现海绵城市相关理论也出现在古代城市排涝系统中。因此，文章通过对城市内涝现状及问题的研究，运用海绵城市理论和雨水花园设计应用提出缓解城市内涝的建议。

（二）国内城市排涝系统存在的问题

根据2016年城市建设统计年鉴显示，如图2，排水管道密度最高的天津、上海、江苏雨水管道长度也仅在40%左右，污水管道、雨水管道、雨污合流管道组成城市排水管道，雨水管道只占城市排水管道的一部分，所以暴雨的频发使雨水无法及时排入下水管道，同时也没有充足的蓄水池缓解雨水径流而导致严重内涝，城市的排水蓄水能力差造成了水资源紧缺和洪涝灾害。具体问题有：

1.城市调蓄能力偏弱，防洪标准低。排水管道口径小使得排水能力偏低，达不到城市建设的新要求。

2.径流方式的改变。城市建设用地不断扩大，大量农田水域湿地被填埋，大面积的硬质铺装忽视了对雨水径流的控制，使得雨水无法正常下渗到地下，容易形成积水和内涝从而影响地下蓄水功能。

3.缺少维修管理。由于缺乏资金支持导致缺少技术人员维护保养，使得排水管线、泵站老化，水泵堵塞严重年久失修。

二、海绵城市理论

（一）海绵城市理论的概念

海绵城市是指城市像海绵一样在应对极端暴雨的情况下，其蓄排水系统具有良好的弹性，需要时能够将储存的水加以利用，并且分担城市排水压力，具备应对雨水过量时的处理设施，可充分发挥城市中建筑物、交通道路、城市绿地、自然水系等生态系统的功能，控制雨水径流，以减少城市内涝的产生，发挥自然地势作用实现下渗、净化、储存等功能的城市雨水管理系统。

图1 中国年代际暴雨时空变化格局（作者自绘）

图2 2016年中国城市排水管道密度与雨水管道长度占比（作者自绘）

（二）海绵城市国内研究现状

“海绵城市”概念的首次提出是在2012年4月举行的《2012低碳城市与区域发展科技论坛》上，随后于2015年确定两批“海绵城市”试点城市，对不同城市和地区实施具有针对性的试点工作。虽然海绵城市理论在我国现出稍晚，但是之后针对海绵城市建设的标准规范纷纷出台，这意味着中国走上海绵城市发展的道路是必然的。

如今中国的海绵城市建设进程涉及范围广，虽有落实之处但仍处在研究阶段，出现了诸如试点布局范围是否均匀、海绵城市建设具体实施形式是否因地制宜、雨水净化技术标准体系是否完善等问题，这些实际的问题还需要进一步解决。

（三）海绵城市国外研究现状

19世纪的巴黎提出排水系统理念，在1852年把排水系统纳入城市规划中。纽约的地下排水系统在1849年开始建设。德国是最早且最广泛应用“分散暴雨管理的概念”的国家，在其政策、法规的导向下形成了较为系统较为详细的雨洪管理系统，一定程度上达到了高效集水及平衡生态的作用。日本东京的排水系统于20世纪90年代开始建设，因其地下排水河道深60米，采用的是“五至十年一遇”的标准，所以被称为世界上最先进的地下排水系统。

（四）海绵城市理念的雨水花园应用

海绵城市理念正是摆脱传统城市原有的排水模式及开发弊端，通过雨水花园本身的循环模式、蓄水能力以及丰富的植物特性，能够使其周围生态环境得到改善，缓解雨水径流、加大雨水渗透收集能力、提高雨水的净化和利用率，提升城市防洪排涝能力。在符合海绵城市标准下，采用布点的方式将雨水花园合理分布在城市中，还能够改善周围场地中的生物多样性，补充地下水以供给周围植物，从而实现雨水的高效利用。

三、雨水花园的作用机制

（一）雨水花园的概念

雨水花园是城市环境中一种具备雨水生态处理功能和景观审美功能的雨水处理系统，强调对雨水的管理，主要依靠自然形成的下凹地势或人工建造的方式，通过雨洪管理设施、沙土、植物等方式将雨水进行收集、净化、下渗、储存处理，起到涵养城市地下水、提供景观用水或城市公用卫生间供水等作用，是一种可持续的、生态的雨水再利用设施。

（二）雨水花园国内外研究现状

1.雨水花园国内研究现状

国内雨水花园的相关建设更多为单纯依靠没有循环系统设施的自然下渗的下凹绿地，因其不具备净化排水蓄水的功能所以仅仅是雨水花园的雏形，近些年来颁布的海绵城市的法律法规也进一步推动了雨水花园系统的建设，雨水花园是海绵城市的具体应用，对于更多更具体的研究还应该根据实际情况来继续探索。例如北京奥林匹克公园规划建设的中心区域，便是采用了雨水花园的雨洪调蓄技术对雨水进行管理，这对之后雨水花园的建设具有积极的探索意义。

2.雨水花园国外研究现状

自20世纪90年代始，雨水花园在国外就已通过理论研究之后进行了实践应用，拉里·霍夫曼团队最早提出了生物滞留池概念并在90年代出版了生物滞留池设计手册，提出了用来吸收滞留雨水以达到控制雨水径流功能的雨水花园概念。澳大利亚的水敏感城市设计也是以建设雨水花园的方式将其运用在小区的建筑中，有效缓解并利用了一定范围内的雨季的过量雨水。国外对于雨水花园的探索比中国早，研究更为系统和具体，对中国进行雨水花园建设而言是很好的经验与借鉴。

（三）雨水花园的设计原理

雨水花园设计原理是在下沉的地势下，对雨水资源进行收集、净化再利用的循环水系统设施，可实现对雨水地表径流的控制，再通过设施的处理进行控污和净化，将雨水留存在蓄水池中，具备净化水体污染的作用，从而完成蓄水、滞洪、削峰的任务。（图3）

图3 雨水花园设计原理图（作者自绘）

1.雨水花园的上层是花园专属循环系统构造。土工布顶端是水源点，其次是卵石造型阶梯，再次为泥土颗粒，雨水能够顺着阶梯坡道缓缓流入花园水沟，少量渗入土地作为暗管灌溉用水以减少蒸发，其余大部分雨水留存在水沟形成循环流动，与底部蓄水箱无关，冬季只维持暗管灌溉。

2.底部蓄水池循环系统设计。雨水花园需要设置在比周围地势低的地方，花园四周有深沟，确保雨水能够从四面八方流入深沟而不进入雨水花园，雨水通过低地势、深沟流入离心式雨水过滤设备中，经过雨水过滤变成清水流入地下蓄水池中，过滤出的污水直接排入污水井。花园广场地下可以做成大型地下水库，需依照当地现状场地空间设计最大蓄水池。使用钢筋混凝土结构在地面上做成花园或造型美观的下沉广场，在兼具美观的功能前提下也可以实现雨水的循环利用。

（四）雨水花园的功能优势

雨水花园的雨洪管理体系依附于海绵城市工程的设计原理，其有以下几个具体功能是传统雨水花园所没有的：

1.下沉式自然防涝设计。雨水花园下沉式设计可以有效缓解雨水径流，通过调整地势标高创造微地形来汇集地表水，使其流入雨水花园蓄水池。

2.大量蓄水防涝设计。雨水花园下方建造一定容量的蓄水池，可以解决城市一定范围内的雨水洪涝问题，将雨水收集储存再利用。

3.雨水回用为主要设计目标。雨水花园的雨洪管理系统可以过滤雨水径流中的有害垃圾、重金属等有害物质，使雨水达到环境用水的标准。

4.雨水净化系统构造简易，便于施工，后期维护资金以及人工投入少。

5.雨水净化构造简易，无需太多后续费用与人工维护。当蓄水量超过蓄水箱的容量时，雨水花园的循环系统可以将过量的雨水排至市政下水管道，形成有效的雨水分流。

6.雨水花园中的植物具有表面雨水滞留净化和根系吸收下渗的功能，选择当地耐旱且可以短时间耐涝的植物，植物存活率的提高可以降低之后的维护成本，采用香花类植物进行搭配，能够吸引蜜蜂、蝴蝶等昆虫，产生更加良好的景观效果并且可以通过雨水蒸发调适周边气候。

（五）雨水花园需要解决的问题

由于我国对雨水花园的研究起步较晚，实际经验也在探索中，所以在实际应用中会出现一些问题：

1.雨水花园在城市中的建设分布没有系统的规范和规划，实施标准不完善导致其使用率低。

2.单纯认为雨水花园与传统花园无差别或仅发现雨水花园的自然下渗功能，忽视了雨水花园建设工程对雨水的吸收、净化、储蓄、排出的作用。

3.针对雨水花园施工目标不明确，设施系统不完善，植物运用不当导致后期维护费时费力。原有的雨水花园存在的问题，能够在之后的实践中不断完善，形成更系统更科学的设计实施方法，通过分析其设计原理，因地制宜地应用于城市绿地、道路、居住区以及商业区的建设中。

四、雨水花园在城市的设计应用

城市中的防洪排涝不仅需要从理论上进行分析，更要避免“纸上谈兵”，应注重实践，对社会产生确切的效益。雨水花园是一种低成本、高收益的缓解雨水径流的设施，在分析了雨水花园的功能优势、设计原理的前提下，在城市建设实践中可以从不同的城市功能区域开始应用，如城市绿地、道路、建筑等。

（一）城市绿地的雨水花园设计应用

近年来，按照我国构建社会主义和谐社会的要求，城市绿地建造开始逐渐被重视。城市绿地面积虽然与日俱增但是大多绿地为平于或高于道路的形式，这显然达不到雨水花园的排涝标准。将雨水花园应用在城市绿地中，利用其专属循环系统构造以及50～100mm的下凹深度使雨水自然流入雨水花园四周的雨水篦子里，雨水流经植物表面、植物根部和土壤，使雨水得到初步的吸附过滤，再通过设备净化达到防洪排涝的标准。城市绿地面积得以增加，同时雨水花园的建造具有低成本优势，其景观观赏性好，是城市中极具性价比的排涝措施。

（二）城市道路的雨水花园设计应用

城市的快速扩张使得交通道路急剧增加，地势低的城市道路、立交桥底部在暴雨季节非常容易发生内涝，可以将雨水花园设置在道路的交叉路口、车行道与人行道的隔离带或现有绿地区域。通过开设绿地排水口和降低标高的方式将雨水输送到就近的道路雨水花园，以起到缓解积水的作用。例如LID树池的应用，雨水经过其土壤过滤流入下方设置的生物滞留池，利用排水孔排入地下和市政雨水管。

（三）居住区的雨水花园设计应用

传统的居住区排水以直接排水为主，小区内硬化铺装面积大，绿地形式单一，排水效果差，地势低的小区在突发降雨时容易引发内涝。将雨水花园应用在小区地势低的区域，不仅可以利用雨水篦子、植草沟等下渗系统对雨水进行分流，实现对雨水径流的控制从而减少路面积水，通过净化系统之后的雨水还可以储存在底部蓄水池内以供居住区日常清洁及植物浇灌使用；屋顶花园是针对居住区建筑屋顶排水系统的具体实践，指在建筑屋顶或建筑平台上进行绿化，并营造园林景观以提供给人们休闲游憩的场所。以往雨水积攒在建筑屋顶排水慢，泡水时间长容易引发屋顶漏水，屋顶花园对屋顶防水、雨水口、蓄水箱有具体要求，不仅可以分流雨水在下水口的雨量、浇灌屋顶绿植，增强园林观赏性，还可以使净化后的雨水就地收集在屋顶蓄水池，直接供应屋顶花园的日常用水。

（四）城市商业区的雨水花园设计应用

由于雨水硬化铺装面积大且多采用不透水铺装，发生洪涝时，连接城市道路与广场的大面积铺装常常是雨洪泛滥的场所。将雨水花园应用在商业区不仅可丰富广场的景观层次，还可以通过对绿化带、树池、花坛等空间进行改造降低标高，增设净化系统和蓄水池；同时也可在雨水花园局部蓄水池中设计高差水位制造跌水景观，吸进顾客的同时也可以达到蓄水的目的。

五、结论

针对我国城市发展需要，文章通过分析雨水花园的特点和设计原理，探讨利用其建造成本相对较低且有效的优点来缓解城市中的内涝问题，得出雨水花园在我国发展实施的具体可行方式。从人们的生命财产安全和生态环境的长远发展考虑，根据当地不同的情况，因地制宜地利用雨水花园来缓解城市内涝问题，我国需要不断地完善和更新排水系统，增强人们的可持续发展的意识。所以要科学地运用海绵城市理念，积极发挥城市自身的功能，优化景观设计，人们才能拥有更适宜更生态的居住环境。