居住区绿地雨洪管理策略及设计方法研究

■ YANG Yan ZHU Longbin XU Yue

0 引言

居住区绿地是住区用地的重要组成部分，是住区层面管理雨洪资源的重要媒介。近年来，我国城市化率不断提高，居住用地面积急剧增长，“以排为主”的雨洪管理理念导致住区中内涝问题一再出现，雨水资源严重流失，“以排为主”的理念和措施已无法全面解决住区雨洪的管理问题[1]，急需采取更优的雨洪管理理念及措施来引导雨水径流的传输和雨水资源的储蓄利用。

雨洪管理是通过合理的规划设计来解决城市内涝和水资源短缺等城市雨水问题，同时对雨水资源进行收集与再利用的管理方式[2]。绿地雨水径流资源是居住区雨洪的重要组成部分，居住区绿地雨洪管理的目标主要是减少雨水径流的产生，引导雨水径流的传输和优化雨水资源储蓄利用。

欧美等国家针对雨洪管理的问题提出了一系列诸如最佳管理措施、低影响开发和水敏感城市设计等理论[3]。在居住区绿地规划设计的具体实践中也进行了较为深入的探索，西雅图的Highpoint 生态住区和德国的Kronsberg 生态住区就是其中的典型案例[4]。

“以排为主”是传统住区中管理雨洪资源的主导思想，随着研究的不断深入，“以排为主”的雨水管理观念逐渐转变为从源头管控的方式，将雨水景观化和资源化，让城市雨水参与到自然的水循环过程中[5]。近年来，我国对居住区绿地雨洪资源的管理进行了相关研究。罗红梅提出了利用雨水花园来管理居住区雨洪资源的方法[6]；姜涛介绍了郑州市住区结合雨洪管理的绿地景观设计方法[7]；杨琪芮建立了居住区绿地雨洪管理和景观设计的评价模型[8]；彭佳佳系统研究了我国雨洪管理理论的发展阶段，提出了雨洪管理理念在居住区景观中应用的方法[9]。

综上所述，居住区绿地层面雨洪管理的问题已得到学者们的重视，但大多是从雨水资源储蓄利用的角度展开研究，利用雨洪管理手段来研究居住区绿地的景观设计，鲜有从雨水径流产生、传输和储蓄利用的全过程角度来研究居住区层面绿地的雨洪管理策略。而随着海绵城市概念的不断深入，居住区绿地与雨洪管理的整合设计将成为住区层面落实雨洪管理目标的重要手段。在此背景下，居住区层面的雨洪管理策略对于解决居住区内涝问题和引导雨水资源合理利用具有积极的现实意义。

1 居住区绿地雨洪管理存在的问题

居住区雨水水文主要分为产生、传输和储蓄三个过程。居住区绿地雨洪管理在以上三个过程中主要存在以下几个问题。

（1）雨水在绿地中渗透率低。绿地的渗透能力受到绿地下部土壤的物理性质和绿地配置植物物种的影响，由于设计与建设时缺乏对绿地土壤基质和绿地配置植物物种的考虑，部分居住区绿地土壤基质存在板结现象，因此导致了雨水在绿地中的渗透率较低。

（2）绿地雨水径流与其他用地的雨水径流统一排放，造成雨水资源污染。目前，国内大部分居住区对绿地进行排水规划设计时，并未考虑与其他用地的雨水分流排放，居住区内各类用地地表汇集的雨水随地表坡度统一汇入市政管道。由于不同用地的基质不同，各类用地中雨水的水质也不同[10]。将不同水质的雨水径流统一汇入市政管道，会直接导致原本水质较好的绿地雨水也被污染，从而难以被利用。另外，传统的住区绿地在规划设计之初，往往多重视其景观效果而忽略了对绿地内部雨水传输渠道的设计，缺乏相应的雨水滞留和消纳设施，导致居住区雨水的传输速度较快，给城市市政设施加大了排水的压力，增加了居住区内涝的风险。

（3）居住区绿地中缺乏雨水收集储蓄与利用设施，导致了居住区雨水资源没有被合理利用。居住区绿地地表的雨水径流大都直接排入城市雨水管道，极少考虑在绿地中分散布置小型的雨水储蓄利用设施，对雨水资源进行储蓄利用。如果在居住区绿地系统规划设计时，考虑在居住区各级绿地中设施分散的雨水收集装置，不仅可以提高居住区雨水利用效率，还可以减少城市市政管道的排水压力，降低居住区内涝的风险。

2 居住区绿地雨洪管理策略与方法研究

2.1 设计目标与框架

居住区绿地层面的雨洪管理策略，包括设定目标、提出设计策略和系统地归纳总结居住区绿地雨洪管理设计引导方法等三个方面的内容，为雨洪管理目标下的居住区绿地更新与建设，提供一个相对完整的设计体系供设计层面参考(图1)。制定居住区绿地雨洪管理策略则是为了减少雨水径流的产生、引导雨水径流传输、优化雨水资源储蓄利用，从而在居住区绿地层面落实城市雨洪管理的目标。

2.2 居住区绿地雨洪管理策略

本文在对居住区绿地雨水产生、传输和储蓄利用三个阶段中，针对雨洪管理存在问题进行分析的基础上，提出了通过提高居住区绿地雨水渗透率、控制绿地雨水径流流向与速度和优化雨水储蓄和利用的策略，以实现减少雨水径流的产生、引导雨水径流传输和优化雨水资源储蓄利用的目标。

2.2.1 产生阶段减少雨水径流生成

提高雨水在绿地中的渗透率，减少雨水径流的生成。居住区应加大绿地的覆盖率，植物的根系能较好地吸收和净化雨水径流中的悬浮物、杂质[11]。绿地是自然存在的良好渗透设施，其渗透率受到下部土壤基质的影响。居住区内土壤板结的绿地雨水渗透率低，应对绿地土壤进行适当的改良措施。例如，通过工程、化学和生物处理等措施，来解决居住区绿地中普遍存在的土壤板结现象，提高绿地的渗透率，促进植物生长，加速雨水在绿地的渗透；在绿地上适当种植更多的灌木，同等条件下灌木的绿地雨水渗透率更高。

2.2.2 传输阶段引导各类用地雨水径流传输

图1 设计策略框架图

分流控制绿地与其他用地的地表雨水径流流向，避免被其他用地雨水径流污染。分流就是要从源头上控制居住区内各类用地径流流向，避免绿地雨水被污染。雨水径流分流控制指的是根据居住区不同用地类型，分别对各个用地雨水径流进行控制，避免其他用地径流流入绿地之中。居住区绿地都分散布局在住宅与道路用地之间，其中道路用地的雨水径流不免会与绿地的雨水径流混合后统一排入市政工程管道，由于绿地与道路用地基质不同，两类用地的雨水径流水质也不同，混合排放直接会污染绿地的雨水径流，而分流控制绿地与道路用地的地表径流流向，则可以避免绿地中产生的雨水径流被污染（图2）。

增加绿地表面粗糙度，可有效降低雨水径流流速与流量。居住区绿地中的雨水径流速度越快，居住区雨水给城市市政设施的压力越大。绿地表面的粗糙程度则是影响雨水径流在绿地表面传输速度的关键因素，绿地表面越粗糙，传输速度越慢，径流峰值越小。因此，在居住区绿地规划设计时，应当在绿地中竖向合理地设置下凹式绿地、浅草沟和渗透渠等设施，有组织地引导雨水径流，通过绿地中布局的这些设施延缓雨水径流在其表面的传输速度，进而缓解排水管道的压力，实现对雨水径流速度和过程的导控。

2.2.3 储蓄利用阶段优化雨水储蓄利用

居住区绿地雨水径流的储蓄与利用对于缓解城市水资源短缺、降低城市市政管道排水压力和降低居住区绿地养护成本有着重要的意义。基于雨水径流的渗透利用和储存利用是居住区绿地雨水利用的主要方式。

（1）基于雨水径流的渗透利用策略。通过地表渗透或者辅助设施，使雨水下渗至浅表土壤以及地下水层，使雨水得以利用[12]。经过渗透作用的雨水进入城市地下水源，重新回到自然的水循环中[13]，是雨水资源的一种自然储蓄方式。因此，首先，应当对区域内的降雨特征指标（包括降雨量、径流峰值和径流流速）进行分析；其次，应当根据降雨量和降雨特征等指标，确定绿地下部土壤基质、地表铺装材料和植物物种的配置；最后，在分析雨水径流在绿地渗透情况的基础上，再选择相对应的设计方法。

（2）基于雨水径流的储蓄利用策略。雨水的储存利用是通过人工修建的储水设施，在雨季储蓄雨水地表径流，在非雨季时期充分将其利用，从而维持全年的水量平衡，将不稳定的雨水径流转换成可供城市综合利用的水资源[12]。绿地中的雨水，一部分实现就地渗透，补充城市的地下水资源；剩下的雨水径流，也应结合相应的雨水储蓄设计策略储蓄在住区之中，应用于住区绿地浇灌和道路清洗等活动。因此，首先应对绿地的环境特征、降雨特征和空间条件进行分析研究，分析汇水特征、蓄水量和下渗量等指标，作为划分汇水分区的基础；同时，分析绿地的自然地形指标，作为确定设计手段与储存模式的依据；最后，基于以上对绿地的详细分析，选择适合的雨水储蓄方式和净化技术。

3 基于雨洪管理的居住区绿地设计方法

在雨水径流的产生、传输和储蓄过程中，通过引导绿地雨水渗透和控制绿地雨水径流流向与速度两个途径，控制居住区绿地内雨水径流的传输与汇流，再通过相关雨水储蓄和利用技术，实现雨水的收集与利用。因此，排水和蓄水利用是雨洪管理导向下的居住区绿地设计所关注的核心内容。

3.1 排水设计

绿地可以通过下渗和其他技术储蓄一定量的雨水资源，但仍需将多余的雨水径流排出，居住区绿地的排水设计应该从以下两个方面展开。

3.1.1 居住区绿地自身的排水设计

根据居住区绿地的特点，适合采用生态排水的方法，主要是通过以下两种方法：一是将居住区各个绿地向其附近的排水场地空间开放，绿地本身滞留一定量的雨水，多余的雨水可就近排入其他尚可容纳雨水径流的沟渠、下渗广场等场地（图3）；二是通过设置雨水花园、渗透渠和植草沟等设施，来达到绿地对于雨水径流的减速、滞留与渗透利用的效果，从而减轻排水管网的压力（图4）。

图2 绿地与道路雨水分流控制示意图

图3 居住区绿地自身排水设计示意图

3.1.2 居住区绿地与排水管网的协同设计

居住区绿地面积较小且分散，却是雨水径流源头控制的重要场地。居住区绿地与排水管网的协同设计能够有效引导绿地排水，是生态居住区设计的重点。绿地的雨水渗透率达到极限时，应将无法继续渗透的地表径流引入蓄水池储存，可用于以后居住区绿地的浇灌和其他活动。此外，应在居住区绿地中设计与排水管网对接的溢流井，使居住区绿地雨水储蓄池内超过容量的雨水，通过溢流的方式进入雨水管网，以此来达到对居住区绿地排水的弹性控制（图5）。

3.2 居住区绿地蓄水利用设计

居住区绿地的蓄水利用设计主要包括储蓄途径和利用方法两部分内容。居住区绿地的雨水资源可以通过蓄水与利用设计被二次利用，用于道路清洁、景观用水和植物浇灌等用途，同时也可以为住区中的生物提供栖息地，这不仅充分利用了雨水资源，还发挥了绿地的生态效益。因此，绿地雨水径流的储蓄与利用设计也是居住区绿地的重要生态价值。

3.2.1 储蓄途径

图4 雨水花园、渗透渠和植草沟示意图

图5 绿地与排水管网协同设计示意图

居住区绿地雨水资源的储蓄途径主要有以下两种：一是基于渗透的雨水资源储存方式。绿地地表的雨水通过渗透作用重新参与到自然的水循环过程中，是雨水资源储蓄的一个重要途径。绿地的土壤基质和地表植物配置是影响雨水资源渗透储蓄的重要因素，根据研究发现，在绿地土壤中添加锯末、铁水渣和沙，可以有效提高绿地的雨水渗透率，合理的介质配比能显著提高土壤的渗透率（表2）[14]。居住区绿地在建设时应当选择耐水性好、吸水性强的灌木植物作为绿地的景观植物，在绿地的土壤中适当添加合理比例的沙、锯末和铁水渣，来提高雨水在绿地中的渗透水平。

二是基于人工储水设施的储存方式。应该在居住区绿地中设置更多人工蓄水设施，例如：人工湿地、生态蓄水池、雨水滞留池和下凹式绿地等。

此外，还应建立弹性的排蓄体系，居住区绿地的蓄水设计不仅要开发蓄水空间和新建蓄水设施，更应该与排水结合，建立弹性的雨水排蓄体系。例如，波特兰12 号大街的道路绿地，通过建立弹性的排蓄体系，使得暴雨时的径流峰值大大降低[15]。

3.2.2 利用方法

上文对于绿地表面雨水资源的两种储存方式分别对应着不同的利用方法。

基于渗透储存的雨水资源，一部分会渗透到绿地下部土壤被植物的根部吸收，或者直接被土壤固定，另外多余的渗透雨水将会补充城市的地下水资源。

基于人工设计的储水设施储存的雨水资源，可以调节雨季与干旱季节的水量平衡，形成连续、稳定和具有 持续供水能力的稳定系统[16]。一方面，利用人工的地上和地下蓄水池储存的雨水，可再次作为景观用水和清洁用水被使用；另一方面，利用绿地内的人工湿地、下凹式绿地和雨水花园等储蓄的雨水资源，可以和绿地的景观建设结合，同时也可为住区的动植物提供生态栖息地。

表2 改良填料的配比

4 结语

随着城镇化进程的推进，城市居住区的数量持续增加，但城市的水资源却遭受严重破坏。水资源的短缺与居住区频频发生的洪涝现象产生了强烈对比。居住区绿地层面的雨洪管理策略和方法，不仅可以降低住区内涝风险、减轻城市市政排水管道压力，还能更好地引导利用雨水资源，从而一定程度上解决水资源短缺和城市内涝问题。基于以上认知，本文从如何在居住区绿地雨水的产生、传输和储蓄利用三个阶段落实居住区雨洪管理理念的角度入手，提出提高雨水径流渗透率、控制雨水径流流向与速度和优化雨水储蓄利用的策略，并且系统归纳了雨洪管理目标下的居住区绿地排水和蓄水利用的设计引导方法，以期为多角度研究居住区绿地的雨洪管理问题提供经验。