浅谈植草沟在市政公园项目中的应用

文／齐悦 福建省建研工程顾问有限公司 福建福州 350025

引言：

伴随着中国城市规模高速扩张，对土地利用面积日益扩大，城市中不透水下垫面占比急剧增加，雨水难以及时下渗，暴雨时部分市政雨水管网又无法及时排走雨水，进而导致了城市内涝。有鉴于此，根据《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建（试行）》和国务院[2015]75 号文的要求，各类项目综合利用“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，积极推行海绵城市的建设，以最大限度减少城市开发建设对生态环境的影响。在这一过程中，下凹绿地、雨水花园、旱溪、植草沟、透水下垫面、调蓄池等各类LID 技术均得到了广泛应用。这些新型雨水径流控制措施在控制雨水径流和径流污染的同时，还可通过就近利用或回补地下水等手段使雨水资源化[1]。

在市政公园项目中，场地内需控制雨水组成主要包括绿地地表汇水和园区内道路、广场地面径流等，其产流较为分散。而公园项目对于景观所营造的整体视觉效果要求更高，设置于道路周边的灌木、大型乔木等不耐涝植物的种植区设置也会进一步限制雨水花园、下凹绿地等生物滞留设施的位置选择和布置，进一步增加了路面径流雨水收集的困难。而道路雨水径流中含有有机化合物、重金属、致病菌等多种污染物，若不加处理直接排放，势必会对受纳水体造成较大污染[2]。为解决这一矛盾，植草沟在市政公园项目中得到了较为广泛的应用。

植草沟是一种构造简单，建设成本低，日常维护也较为方便的植物型沟渠。地面的雨水径流可通过沿程漫流汇水、沿程多点汇水或集中汇水等方式进入沿汇水面周边布置的植草沟，再经过沟内植物对雨水中杂质的过滤和拦截，植草沟可对其服务范围内的雨水起到收集、过滤和净化的作用。在适宜的条件下，植草沟可以部分代替传统的道路雨水口及附属的雨水管渠系统[3]。与传统道路雨排水系统相比，植草沟占地面积较大，在开发强度较大、用地紧张的商业区域内不宜设置，但在市政公园项目中，植草沟的优势较为明显。植草沟布置非常灵活且与景观绿地易于融合，对景观整体效果影响较小，而沿道路布置的植草沟对于沿程路面雨水的收纳效果良好，极大改善了路面雨水的径流控制情况[4]。本文以杭州某市政公园项目为例，尝试探讨植草沟在海绵城市中的应用。

1、工程概况

本项目位于浙江省杭州市苕溪景观带区域，贯穿临安主城区的唯一带状绿廊，是中心城区重点的水生态景观。苕溪北岸滨水景观带全长约750m，宽度约为35-222m；苕溪南岸滨水景观带全长约520m，宽度约30-53m；河道宽约100m；建设红线面积约77000 m2；顺接苕溪两岸已建成或在建堤防。项目整体绿化率较高，为生物滞留设施的布置提供了较为充裕的空间。根据管控指标要求，本项目年径流总量控制率需不低于85%。

2、植草沟布置原则

本项目场地内硬质屋面较少，总计约1600 m2硬质屋面，且建筑周边均有较适宜的空间用以设置雨水花园或高位花坛等生物滞留设施，建筑屋面雨水可通过建筑落水管接入并就近消纳。根据下垫面分析及场地布置可知，本项目场地内绿地率约59.1%，道路及附属广场面积约占项目总面积的38.7%，因此场地内的雨水径流主要由绿地和场地内道路及附属广场产生。而作为重点景观公园项目，园区内道路周边绿地景观是公园的“形象门户”，若沿程大面积布置雨水花园、下凹绿地等生物滞留设施，虽可解决路面雨水的收纳问题，但势必会给公园整体景观效果的营造带来较大困难。

一方面，在市政公园项目中，海绵设计应以配合公园整体景观风貌为主，需尽可能融入景观效果，避免对绿地景观造成过大影响。另一方面，公园项目绿地率较高，具备良好的海绵城市建设基础，因此对径流控制率的管控要求也较高，对于路面及附属广场的雨水径流需做到应收尽收。为满足这一要求，本项目沿道路走向设置隐形式植草沟以收集路面雨水。植草沟边坡与周边地形自然衔接，沟内植物与周边绿地植物统一设计，以使植草沟融入整体景观中。在大面积景观绿地周边地形低点，也对通过原有地形进行适当改造，使景观绿地内产生的径流雨水亦可由周边设置的植草沟有效收集。同时，为了有效控制植草沟的水位并防止公园积水，本项目根据各植草沟服务面积及所需消纳雨水量，于植草沟下游端部设置一座雨水花园，采用植草沟和雨水花园联合设置的方式进一步滞留并净化雨水。

本项目场地内大部分区域道路纵坡较为平缓（约0.5%～2%），植草沟纵坡可沿道路设置，局部道路坡度较大处，可在植草沟内增设拦沙坝，以降低其有效坡度，延长沟内雨水过滤和渗透的接触时间。植草沟设计宽度一般为0.6～2m，可根据实际情况调整，在局部放大或缩小，以配合周边地形地貌，营造一定的景观效果。

考虑到极端暴雨下的应急排水，本项目于植草沟或其所连通的下游雨水花园内设有溢流井，当降雨量超过设计雨量时，超限雨水可通过溢流井排入下游雨排水设施，避免园区内积水。溢流井溢流高度低于周边道路最低处50-100mm，以防止雨水漫过路面。

3、植草沟构造设计及计算

3.1 植草沟选型及构造

目前较为常用的植草沟可根据其在常态下的保水状态分为干式植草沟和湿式植草沟。

干式植草沟改良了传统的传输性植草沟，于植草沟底部增设了排水系统，其上采用渗透性能良好的透水土壤，其雨水传输和渗透能力更强。干式植草沟的主要作用是收集并传输地表径流雨水，其传输能力与沟内植被密度与高度有关。通过沟内植被、土壤和微生物等共同作用，干式植草沟在传输雨水的同时也可起到一定过滤和净化的作用。在常态下干式植草沟内没有雨水蓄存，避免了雨水长期浸泡造植物根茎，有利于沟内的地被植物生长。其日常维护较为简单，只需保证其排水系统畅通并定期修剪地被植物即可。

湿式植草沟与干式植草沟的主要区别在于保水性方面。湿式植草沟形成了类似湿地的洼地，由于在常态下被雨水浸泡，沟内植物对耐水性的要求较高。另外，湿式植草沟内常年有水，因而更易滋生蚊虫，会产生一定的安全及卫生隐患，对卫生及环境要求较高的区域不宜使用。

根据项目实际情况和景观需求，本项目选用干式植草沟作为收集并传输道路及绿地径流雨水的主要手段，其主要构造包括：

（1）蓄水层

蓄水层位于植草沟最上部，深度一般根据当地降雨特性和周边地形地貌等因素确定。其主要功能是滞留及传输植草沟所收集的雨水，有效沉淀雨水中的颗粒物质，同时去除部分金属离子和有机物[5]。为了充分利用植草沟侧壁的净化作用，增加所收集径流雨水与基质层中微生物的有效接触机会，本项目主要采用周边道路放坡衔接植草沟畜水层的沿程进水方式，以增强植草沟对雨水中污染物的拦截、吸附效果。本项目植草沟畜水层设置为150mm。

（2）植被层

植被层具有良好的生态景观效果，可以有效改善沟内径流的水力条件，较好地避免了沟内雨水流速过大及土质边沟的水土流失问题，同时具有良好的生态景观效果。沟内植被设计高度一般控制在100-200mm，植被过低会影响植草沟对雨水的滞留和净化效果，过高则会降低植草沟的过水能力，对雨水的传输和排除造成不利影响。在沟内植物的品种选择上，优先选用根系发达，对水质净化作用较强，耐涝性、抗旱能力较好，且易于养护、管理的品种。另外，根据相关研究结果，相较于种植单一植物，将多种植物组合种植更有利于水中污染物的去除[6]。

（3）种植土层

种植土层具有良好的过滤和吸附作用，是植物根系生长的基础，微生物也在其内降解有机物。种植土层一般选择渗透系数较大的透水性土壤，以利于雨水下渗。其土壤类型及厚度除需符合沟内种植物的生长及养护要求外，还应考虑满足水质净化目标。本项目中设计种植土层厚度不小于200mm。考虑到所积蓄雨水所需的下渗时间不宜过长，本项目要求植草沟种植土及下垫面土壤渗透系数不小于5×10-6m/s。根据地质勘探资料揭示，本项目生物滞留设施设置范围内的场地面层覆土主要为杂填土，可达到设计要求的土壤渗透系数。少量原土壤渗透系数过小的区域，需局部更换下垫面填土以满足要求。

（4）砾石排水层

砾石排水层通过其内敷设的穿孔盲管将渗滤的雨水收集并排入下游雨排水设施。本项目穿孔盲管采用DN100 PE 型管材，盲管的开孔率为1%-3%之间，开孔孔径需小于砾石粒径，盲管外填充200mm 厚的级配碎石。砾石排水层以200g/m2的透水土工布包裹，以避免种植土层内土壤颗粒随雨水进入排水层。

本项目植草沟设计构造如图1 所示。

图1 植草沟构造示意图

3.2 溢流雨水口复核

根据浙江省《暴雨强度计算标准》（DB33/T1191-2020），杭州市暴雨强度公式为：

式中，q——设计暴雨强度[L/(s·hm2)]；

P——设计重现期（年），本项目取P=3a；

t——降雨历时（min），本项目取t=10min。

根据上式计算可得：q=332.13L/(s·hm2)。

经分析比较可知，本项目场地内溢流设施最不利处为项目东南角处溢流井，该溢流井服务面积约为1154m2，其中包括约148m2透水沥青路面和约1006m2绿地。本项目透水沥青路面雨量径流系数取0.30，绿地雨量径流系数取0.15，则其所服务区域的综合径流系数为0.17。

设施服务范围内雨水设计流量采用下式计算：

式中，Qs——雨水设计流量(L/s)；

q——设计暴雨强度[L/(s·hm2)]；

Ψ——综合径流系数；

F——汇水面积(hm2)。

根据上式计算可得：Qs=6.52L/s。

此处设施设置1 个不锈钢溢流雨水口，设计规格为310×600mm，其进水孔口面积为0.0685m2，孔口为方角。

溢流口泄水能力采用下式计算:

式中，W——雨水篦的进水孔口面积（m2）；

C——孔口系数，圆角孔取0.8，方角孔取0.6；

h——雨水篦上的水深（m），本项目按道路超高取值0.05m；

K——孔口堵塞系数，本项目取0.67。

根据上式计算可得：Q=27.5L/s >Qs，故该海绵设施内溢流雨水口设置可满足设计重现期内场地雨排水的要求。

3.3 植草沟植物选择及养护

为了有助于污染物的净化及土壤加固土壤，防止水土流失，植草沟内的植物种植应优先选用根系较为发达且叶茎短小、适宜密植的草本植物。由于植草沟内水环境较为复杂且变化较大，沟内植物尚需能耐短期水淹，耐雨水冲刷，并且需有一定耐旱能力。因径流雨水挟带的泥沙会在植草沟内堆积，因此沟内植物需能在薄砂和沉积物堆积的环境中正常生长，并需具有一定的抗污染能力和抗逆性。同时，沟内植物还应兼顾一定的观赏性，以提升景观品质，形成可观、可赏、可用的最终效果[7]。

本项目植草沟内植物的主要选择包括：马尼拉草、细叶结缕草、果岭草、大叶油草等。

在植草沟建成后的运行过程中，应及时清理沟内杂物并注重植物的养护。植草沟内的植被层除了能增强沟内雨水径流滞蓄效果外，还会显著提升其对所收集雨水中氨氮和总磷等污染物的去除率[8]。因此当植被覆盖率低于50%时，应及时进行补种，以保证植草沟的滞蓄能力及对污染物的净化效果；而沟内植物过度生长时，则需及时修剪，以免影响植草沟的输水能力。

结语：

本项目中，沿道路、广场及景观绿化周边设置了总长度约2400m 的植草沟，较好地达成了充分收集厂区内径流雨水的目的。通过联合设置下凹绿地、雨水花园、透水下垫面等多种海绵设施，最终项目年径流总量控制率可达86.76%，实现了场地地表雨水自消纳，不外排的源头消减要求。另一方面，利用植草沟收集并传输雨水的方式增加了其他海绵设施设置的灵活性，而植草沟自身又较易与附近景观绿化融合。因此，经过对周边植物的综合设计，最终呈现的景观视觉效果优良，道路周边留有休闲、游憩的空间，大型乔木、灌木生长环境良好。项目总体上即满足了海绵城市的建设要求，又实现了良好的景观和使用效果。