基于LID的居住区景观雨水系统构建策略

蔡家珍，黄 静，唐淑玲，江晓佟

(漳州职业技术学院 食品工程学院，福建 漳州 363000)

居住区环境是人为对场地开发后形成的人工环境，严重改变了开发前场地下垫面的组成，从而很大程度上影响了雨水自然循环过程。传统的小区雨水处理采用“快速排除”和“末端集中”控制的模式，这种雨水输送方式容易导致积水严重，水污染加剧，水资源浪费等问题。另一方面，居住区的生活用水、绿化浇灌、景观用水、消防等又消耗大量的自来水资源，因此应用低影响开发理念（LID）构建居住区景观雨水系统具有现实的迫切性和必要性[1]。居住区景观雨水系统的构建是要结合居住区各种绿地景观元素，合理布局雨水花园、植被浅沟、下凹绿地、绿色屋顶、渗透铺装等景观雨水设施，在场地尺度内实现从源头、中途和末端营造多功能景观、实现削减径流量和峰值流量、发挥生态效益等多重目标[2]。

1 基于LID的景观设计理念

低影响开发（Low Impact Development，LID ）是指通过多种分散、小规模、低成本的源头控制措施进行产流控制，尽可能维持场地开发前的水文特征[3-5]。这种雨水调蓄方式是依赖于对暴雨的源头控制，提倡布设一定景观雨水设施，引导雨水进入洼蓄地，利用洼蓄下凹空间和土壤下渗功能将雨水就地处理。大量的模型模拟研究和设施成效现场监测都表明，LID能有效起到削峰减排，减少水污染，净化雨水径流等作用，并且因雨水下渗速率往往低于降雨速率，使得这种方法对暴雨第一阶段产生的径流及小型降雨事件拦截效果更显著[6]。基于LID的景观设计理念下，居住区景观环境设计应遵循 “低影响开发”、“塑造多功能场地”、“模拟自然水文循环”的原则进行，在景观设计初期，尽可能尊重居住区原有水系驳岸，并通过改变场地竖向，优化场地雨水截留空间，赋予场地多重功能，实现景观效果的附加功能，同时，针对居住区开发强度大的特点，应充分利用景观设计手法模拟自然水文过程，将场地各个水文环节景观化，从而对居住区雨水实现源头、中途、终端三个环节的设计和管控。

2 基于LID的居住区景观雨水系统构建目标

居住区环境开发强度大，住宅建筑工程建设中基坑降排水措施，疏干浅层地下水导致原先场地地下水空间的缺失，扰乱场地原先的自然水文循环。场地平整及地形塑造的客土过程和整体绿化更新，道路、广场等硬质场地及景观水体的增加，改变原有场地的土壤性状、植物群落和下垫面组成。新建居住区的地下空间通常被高度利用，高层住宅建筑及地下车库是目前居住区的主流形态，这种土地的集约化利用使得组团绿地面积扩大，但绿地与土壤基底存在严重的割裂现象，使得雨水不能自由下渗[7]。另一方面，居住区人口密度高，对生活用水需求量大，而居住区雨水水质较好，利用价值高。因此，城市居住区景观环境是人工作用下的再创造，雨水利用景观建设与住户生活密切相关，这一特点决定居住区景观雨水系统构建的特殊性和多元目标。

居住区景观雨水系统的构建应从雨水径流产生、传输、储存过程，以最大限度削减居住区向外排放地表径流为原则，充分利用各种景观雨水设施，实现场地径流量、峰值流量、径流历时、水质的雨洪控制目标。应综合考虑雨水过程、场地特征、成本投入等多方面因素，将景观绿地与雨水设施从技术层面加以融合，从而实现居住区景观雨水系统构建的多元目标（图1）[8]。

图1 居住区景观雨水系统构建目标Figure 1 Construction goals of landscape rainwater system in residential areas

3 场地尺度的居住区景观雨水系统构建策略

景观雨水系统通常应用于源头、场地、区域/流域三种尺度[9]，推动景观雨水系统在居住区的应用实践，主要是通过在雨水产生的源头布设景观雨水设施从而探索场地尺度意义下的景观雨水系统构建，场地是居住区各类景观雨水设施实施并产生一定综合效益的应用尺度，是衡量景观雨水系统构建成效的基础。根据下垫面的不同，居住区通常由建筑屋面，中庭广场、道路和停车场等硬质铺装，建筑组团绿地、集中绿地三类场地构成[10]。依据各类场地的地形标高和分区，合理布点串联各类景观雨水设施，通过景观设计的手法使得场地特色与景观雨水系统高度融合。

3.1 屋面雨水处理

LID设计理念下，应以系统化的思路来解决屋面雨水处理问题。从基质材料、植物种类到相关配套的地下调蓄设施，从屋顶景观生境营造到建筑立面及地面雨水花园艺术造型，形成一套注重源头到末端的综合有效屋面雨水处理方案（图2）。

3.1.1 绿色屋顶

居住区住宅建筑比重大，场地雨水径流主要来自建筑屋面和道路雨水，要减少屋面雨水径流可通过在建筑屋面、露台种植植物，吸收和过滤雨水，起到源头削减雨水的作用，这样能使小区的绿化面积最大化，并有效减少地表径流。绿色屋顶的结构主要是植被层、土壤介质层、过滤排水层、结构层等，确保建筑屋顶不漏水及减轻屋面荷载是布局设计的关键[11]。通常在屋面结构层与种植区间考虑再增加一道防水措施，同时选用孔隙率高密度小的人工轻质土壤介质。根据建筑屋顶结构与种植介质的不同，绿色屋顶有简单式和花园式。简单式的绿色屋顶建筑荷载最小为100 kg/m2，利用低矮的植被、草坪、灌木进行营造。花园式的绿色屋顶建筑静荷载至少为250 kg/m2，并种植小乔木，配置景观设施，供人游赏，能发挥更大的生态效益。

无论哪种绿色屋顶，在植物种类都应选择根系浅、须根发达、耐移植、耐修剪、管理粗放、生长缓慢、抗风、耐旱耐夏季高温等特点。而土壤介质也应以轻质壤土为主，这样能降低绿色屋顶厚度和荷载，减少建筑经济成本，同时应将绿色屋顶的雨水收集到地下储水设施，经净化处理后可作为居住区居民生活用水，体现低影响开发的内涵。

3.1.2 高位花坛

屋面雨水的处理除了采用绿色屋顶外，更需要营造一套综合有效的屋面蓄水系统，包括屋顶雨水收集、输水、净化过滤系统。落水管是居住区屋面蓄水系统中的输水设施，在景观营造上具有多样性和美观性的要求，能起到丰富建筑立面的景观效果。高位花坛是与建筑落水管直接相连，截取来自屋面雨水的地面种植池，台层式的高位花坛种植池不仅能缓和雨水径流、净化水质，也能在建筑附近营造户外植物群落空间，丰富居住区建筑立面景观效果，为居住区景观空间组织提供灵感。

3.1.3 雨水花园

雨水花园是利用地形人工挖掘或自然形成的浅凹绿地，用于汇集屋面和地面的雨水，同时雨水花园具有管理简单粗放，自然美观、形式灵活、易于场地环境结合的特点，在竖向上低于周边汇水面，对中小降雨的蓄渗效果显著。它主要利用土壤和植物根部的吸附作用，净化水质，同时通过下凹空间滞留雨水，减少径流量。建造在建筑住宅旁，不仅能起到收集雨水，削减径流量，同时能净化雨水，保证雨水的二次利用。

图2 住宅建筑雨水处理示意图Figure 2 Schematic diagram of rainwater treatment in residential buildings

3.2 中庭广场、道路和停车场雨水处理

3.2.1 排水设计

道路广场是居住区主要的硬质场地，排水设计是重要的设计环节，低影响开发理念下的道路广场排水设计是降低道路广场两侧的绿地标高，降雨时，道路广场的雨水径流进入绿地并渗入土壤，当水量超过景观雨水设施的蓄渗能力极限时，多余的雨水将通过溢流口排入市政管网，从而到达削减地面径流量、延长径流路径的目的[12]。

3.2.2 材料设计

居住区的道路广场通常采用花岗岩等硬质铺装，虽然方便了人们活动，但切断了雨水自然下渗的路径，破坏了土壤生物的生存空间，因此，道路广场应多采用渗透路面，其设计的目的是减少路面积水和促进雨水集蓄、下渗。它的蓄水层由均匀的碎石构成，表面由各种多孔结构材料铺设，如水泥孔砖、多孔混凝土、多孔沥青等。居住区中的道路、停车场和中庭广场是大面积硬质场地，雨水汇流速度快，在车位之间设置生物滞留带，能促进雨水入渗，居住区内的慢行交通系统可全部采用透水铺装，设计中通过材料组合、铺设方式变化、色彩搭配营造多样的景观艺术场景（图3）。

图3 透水材料的应用Figure 3 Application of permeablematerial

3.3 建筑组团绿地、集中绿地雨水处理

绿地在居住区中所占比重大，利用绿地景观结合雨水设施处理雨水径流是低影响开发理念重要内容，将住宅建筑、道路广场周边的绿地标高降低，通过高低起伏的地形，形成多处下凹洼地，用于储存雨水。雨水花园和下凹绿地被广泛应用在居住区分散的景观绿化节点中，它通过植物及有助于雨水净化的过滤介质来调控雨水径流。

植草沟是开阔的景观性地表明渠排水系统，沿居住区道路布设。作为一种线型低洼地，将毗邻场地的雨水引导和传输至其他景观雨水设施，是一种经济的代替传统雨水管道的输送径流设施[13]。造价低、布设灵活是其特点。为了提升景观效果，可将植草沟设计为旱溪景观，一般溪底采用卵石铺设，溪中种植植物，间以岩石点缀，雨天能汇集雨水成溪，溪中卵石与植物搭配，能起到减缓雨水径流速度，减少雨水对溪内土壤的冲刷，延长径流传输路径的作用（图4）。

图4 旱溪景观Figure 4 Dry river landscape

3.4 景观雨水设施规模与用地比例

确定景观雨水设施规模和面积比例是构建居住区景观雨水系统的重要环节。实践中，景观雨水设施规模和面积比例的设计往往具有区域性，应根据当地的降雨条件、土壤特性和现状条件设计设施的蓄水深度、介质层厚度和材料、边坡坡度、砾石排水层的厚度等，而雨水径流处理效果和经济性是景观雨水系统面积比例设置的依据。目前，确定景观雨水设施规模和面积比例常用的计算方法有推理公式法、设计降雨径流量法，提倡采用SWMM模型模拟的方法对设施规模及面积比例进行设计和校核[14]。

3.5 植物选择策略

植物是影响景观雨水设施功能的关键因素之一。居住区景观雨水设施中的植物应优先选择乡土树种确保植物正常生长。绿色屋顶注重选择抗风性强耐旱又能耐短期水淹的小乔木、灌木和地被。高位花坛应根据台层的蓄水能力种植不同的植物，上层多配置灌木，下层种植季节性宿根花卉或观赏草，以应对季节性降雨。雨水花园在植物的设计上应随意而自然，根据不同水淹程度划分为蓄水区、缓冲区和边缘区[15]，蓄水区应选择耐淹喜水湿的植物，缓冲区对植物的抗冲刷性要求较高，而边缘区无蓄水功能，应选择较耐旱的植物。

4 LID设计理念下的居住区景观雨水系统构建案例

4.1 背景介绍

漳州市某小区靠近郊区主干道，主要由高层住宅建筑、道路广场和绿地组成，总面积为1.22 hm2，不透水面积为 0.65 hm2（屋面为 0.250 hm2，路面为 0.398 hm2），占总面积53.1%，绿地率为46.9%，面临排水压力大，耗水量大等问题。为了实现防洪排涝、美化环境、节水利用等目标，该小区以“源头控制”为关键技术手段的雨洪控制方案，主要采用绿色屋顶、植草沟、生物滞留、透水铺装等景观雨水设施，实现场地雨水的收集利用(图5、表1)。

图5 小区景观雨水设施布局与径流路径Figure 5 Layoutof landscape rainwater facility and runoff path in residential areas

表1 小区景观雨水设施规模及用地比例Table 1 Scale of rainwater facilities and proportion of land use in residential areas

4.2 效益分析

小区雨水回用主要是绿化浇灌、道路浇洒。小区绿地面积为0.574 hm2，根据《草坪节水灌溉技术规定》（DB11/T349-2006）结合当地浇灌实际，按每平米每日用水2 L，平均养护时间间隔5天计算，则一年需水838.01m3，小区道路面积为 0.398 hm2，根据《建筑给排水设计规范》结合实际人工作业情况，按每次每平米用水0.5 L，三天冲洗一次计算，则一年需水约242.63m3。通过构建LID景观雨水系统后，该项目获得了经济、环境等多方面效益。小区绿色屋顶面积为931.3m2，植草沟面积为616.3m2，生物滞留面积为1 432.1 m2，按各种景观雨水设施的规模大小及漳州市年均降雨量1 612mm计算，年均利用雨水进行绿化浇灌和道路浇洒节约用水约549.7m3。同时，雨水经过生物滞留截污净化，有效减少了面源污染，利用植被浅沟等景观雨水设施代替部分雨水管道，节省了管道投资。

表2 小区绿化浇灌、道路冲洗用水量Table 2 Greeningwater and road irrigation water consumption in residential area

5 结论

居住区景观雨水系统的构建，并不是一个全新的体系介入，更需要思考的是各种场地尺度下的景观雨水设施如何嫁接在居住区各类绿地设计中，如停车场设计、中庭景观营造、建筑组团绿化等。综合考虑经济效益和径流处理效果，合理设计景观雨水设施的规模和在居住区中的用地比例，发挥景观雨水系统的雨水径流管理功能。总体上，居住区景观雨水系统相关方面的研究和工程实践处于起步阶段，相关技术规范也有待完善，需要多部门多专业的配合，以切实推动水文友好的宜居环境建设。

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部．海绵城市建设技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社，2014．

[2]刘丽君,王思思,张质明,等.多尺度城市绿色雨水基础设施的规划实现途径探讨[J].风景园林,2017（1）：123-128.

[3]MICHAEL E，DITEZ C.Low Impact Development Practices：A review of current research and recommendations for future directions[J].Water Air Soil Pollution，2007(186)：351-363.

[4]JAMES M B，DYMOND R L.Bioretention hydrologic performance in an urban storm water network[J].Journal of Hydrologic Engineering，2011，17(3)：431-436.

[5]FRANKLIN J C.Improving urban watershed health through suburban infilldesign and development[D].Virginia：VT，2011.

[6]李春林,刘淼,胡远满,等.基于暴雨径流管理模型(SWMM)的海绵城市低影响开发措施控制效果模拟[J].应用生态学报,2017,28(8):2405-2411.

[7]吴淑君,李欣昀,李晓英,等.城市小区景观雨水利用研究:杭州一典型性居民区为例[J].给水排水，2016(42)：237-241．

[8]吴文洪,王思思,李俊奇,等.宁波市海绵城市实施方案中的若干关键技术问题分析[J].中国给水排水,2017,33(6):1-6.

[9]王思思,苏义敬,车伍,等.景观雨水系统修复城市水文循环的技术与案例[J].中国园林,2014（1）：18-22．

[10]范文婷.居住区景观设计中雨水利用探讨[D].北京：北京林业大学,2013.

[11]陈小平,黄佩,周志翔,等.绿色屋顶径流调控研究进展[J].应用生态学报,2015,26(8):2582-2589.

[12]蔡家珍,李招莲,黄宝华,等.景观雨水设施对城市道路径流削减效果评价[J].南昌工程学院学报,2017,36(3):37-40.

[13]黄俊杰,沈庆然,李田.植草沟控制道路径流污染效果的现场实验研究[J].环境科学,2015,36(6):2110-2113.

[14]陈虹,李家科,李亚娇.暴雨洪水管理模型SWMM的研究及应用进展[J].西北农林大学学报（自然科学版）,2015,43(12):225-234.

[15]王佳,王思思,车伍.低影响开发与绿色雨水基础设施的植物选择与设计[J].中国给水排水,2012,28(21):45-50.