沈阳建筑大学生态种植中英实验基地雨水花园设计研究

1绪论

1.1 研究背景

1.1.1 沈阳地区城市化面临的雨水问题

  日前沈阳地区城市化的发展迅速，出现了大量的灰色基础设施建筑、道路等，严重破坏了城市水系、绿地等自然环境。城市化进程带来的城市下垫面改变，以及污染物种类复杂化及其总量的增加, 大大减少了绿地对雨水的滞留量，增加了雨水径流的总量和速度[1]。

  1）沈阳属于重度缺水城市：从《2015 年中国统计年鉴》里得知，在我国有十二个省份的人均占有水资源量过低，又有九个省市区域是严重缺水区人均水占有量还没到500 立方米，而辽宁省就是其中之一(人均水资源量为 332.4 立方米/人)。而国际人均最低的水资源的占有量为 1000m³/人。此外，沈阳市降雨时间比较集中，雨量少且季节性分布很不均匀呈周期性变化，随着城市的发展，建成区面积不断扩大，导致城市硬化面积大幅度增加，致使宝贵的雨水大量流失，旱涝问题十分突出。沈阳城市经常有城市内涝的问题：既是重度缺水城市，也是城市内涝频发地区，以下是近 15 年来沈阳地区的城市内涝情况：

  2）沈阳城市内涝：根据我国住房和城乡建设部 2010 年对 32 个省 351 个城市的内涝情况调研显示，2008-2010 年间，我国有 213 个城市发生过不同程度的积水内涝，占调查城市的 62%，内涝灾害一年超过 3 次以上的城市就有 137 个，占比 40%[2]。以下是近 15 年来沈阳地区的城市内涝情况：2002 年 7 月，沈阳一些地区遭受暴雨，大片城市地区洪水泛滥。在东陵区的大部分乡村如白塔堡等地遭受袭击，一些村庄房屋进水。2003 年 7 月，暴雨袭击了沈阳市，引发了五条防洪堤坝损坏。东陵区马关桥附近的住房和田地被淹。2005 年雨季，沈阳市遭遇了一级风暴雨。当年降雨量已达到当时的降雨峰值。沈阳附近的河流和水域不同程度发生了洪涝；道路和桥梁被摧毁；沿河流地区被水淹；河流部分被渗透，并遭受轻微水灾

1.2 研究目的

  ①为贯彻政府在沈阳地区的海绵城市建设政策，完善东北沈阳地区的雨水花园设计，丰富沈阳地区海绵城市的建设内容。通过查阅文献梳理目前普遍认可的雨水花园设计体系。

  ②对本地区现有的雨水花园及雨水处理措施案例进行调研归纳分类、总结，得出现有本地区雨水处理案例的情况以及问题。并结合本地区环境气候特点，构建基于沈阳地区环境特点的针对性雨水花园设计方法。

  ③通过简单的实验环节，初步探索适用于沈阳地区雨水花园的多年生草本植物选配，填补多年生草本植物选配雨水花园应用在沈阳地区的空白。

  ④以课题中的典型样地——沈阳建筑大学生态种植中英实验基地作为研究分析对象，对该地块的雨水措施赋予新的优化设计。本文以降雨特点、气温气候、植物等条件为出发点，得出优化设计目标。并通过本实验基地的课题设计研究，希望可以在沈阳地区相似地段环境下，推广沈阳地区的雨水花园设计方法

2相关理论

2.1 雨水花园相关理论

2.1.1 可持续景观

  随着城市化的发展，可持续景观理论提出。在 20 世纪 80 年代，面对城市的发展出现了多重环境问题，景观设计师开始通过延长景观设计的生命来进行设计，虽然这并不能满足一些人的需求，但是这对景观生态的延续有了重要作用。[6]可持续景观发展有以下几个设计原则：1）合理利用土地 2）完善保护湿地生态，提出城市绿地系统可持续管理理论 3）与生态自然结合维护城市水系河系 4）保护生物多样性。

2.1.2 景观生态学

  十九世纪下半叶，人们开始用自然和生命系统的景观设计来思考。伊安·麦克哈格(Ian McHarg)在《设计与自我表现相结合》一书中描述了城市和区域规划的生态框架。[7]他在城市规划过程中打破了城市功能区划和土地规划的习惯。根据土地的适宜性，根据用途和规划，麦哈格提出了五个步骤的生态规划设计方法。该方法的核心是根据基地的自然环境和自然资源进行生态综合分析，确定设计的利用方式，尊重在自然前提下统一开发利用的活动过程，具体步骤为：目标及规划范围及设计面积的确定；详细调研规划地点地质地貌、土壤、植被、气候等自然条件以及人文信息；收集研究内容，整理项目规划目标，分析确定有用的自然和人文信息水平进行研究进行分类分级；最后画出图纸。

2.1.3 绿色基础设施

  在 20 世纪末，美国农业部和保护基金会联合发布了“绿色基础设施”的定义：绿色基础设施是国家自然生命载体系统体系，包括湿地、森林、野生动物自然保护地区、公园、绿色保护区、森林、农业和牧场等可以受惠于美国城市生态环境质量的各种设施措施。目前有关专业研究的不断发展，雨水花园、屋顶花园、人工种植沟渠等雨水利用措施，也给城市带来极多的正收益。

2.1.4 最佳管理措施

  在 1972 年最佳管理措施（Best Management practices）第一次被引用。美国环保局(U.S.Environmental Protection Agency)提出的定义是“在特定情况中下，控制正确的流量、提高质量的技术和措施，或是工程设施最有效的措施”。BMP 是控制雨水和水土流失的有效管理决策技术[8]。其目的是减少经济污染、水损害和污染。

2.2 雨水花园解读

2.2.1 雨水花园定义

  随着对雨水花园研究的发展，雨水花园定义已然超越了原有的定义。在当下将雨水花园定义为具备雨水收集、渗透、净化等功能，并同时具备一定观赏程度的下凹绿地。在降雨时可最大限度收集场地雨水径流，通过土壤、植被等作用对雨水进行净化沉淀，使雨水渗透蒸发，或渗透补充地下水。具备上述能力的的均可称之为雨水花园。

2.2.2 雨水花园的功能

  目前从国内国外雨水花园的发展来看，国内尤其是北方地区，城市规划、建筑景观设计还尚未与广泛的使用雨水（指二次或三次利用雨水）相结合。目前国内雨水花园的作用机理是通过收集周围场地的雨水径流，结合自身的土壤、景观植物和微生物等各种组成部分构成的生态群落，以及相关雨水花园设施来对雨水进行处理[9]。我国对于雨水花园普遍知晓认可的功能有：小范围调节场地雨水径流、净化储存雨水、改善小环境气候等能力。由于国内雨水利用及雨水花园起步较晚，所以与国外功能更为完整的雨水利用系统、雨水花园相比功能还有所缺欠。在国外城市的雨水花园多以建筑为载体结合人们的日常生活进行多次的雨水回用，而我国由于这方面的技术起步较晚，多停留于上述的几种功能中

3 沈阳地区雨水处理现状

3.1 南运河带状公园

3.2 沈阳园路铺装

3.3 满堂河生态景观廊道

4 沈阳地区雨水花园设计方法

4.1 沈阳地区雨水花园设计影响要素

4.2 沈阳地区雨水花园建设潜力分析

4.3 设计原则与目标

4.4 沈阳地区雨水花园设计要点

5设计与实践——沈阳建筑大学生态种植中英实验基地

5.1 概况

5.2 场地现状评估

5.3 项目场地 SWMM 模型构建及现状模拟

5.4 雨水花园建设及改造方案

6结论和展望

6.1 结论

  ①本研究以东北沈阳地区具有严重的雨水问题为切入点，引出了雨水花园为解决此地区问题的方法之一。并引出对当今世界雨水花园的从策划到设计的整个流程进行了梳理，并通过笔者总结引出了雨水花园的四大技术体系，即集水传输、渗透、过滤净化以及蓄存。在此基础上，对沈阳地区雨水处理案例进行调研分析问题特点，结合沈阳地区环境特点，详细的分析了影响沈阳地区雨水花园的设计因素，并分析如何影响。进而得出沈阳地区具有本土化可行性的雨水花园设计策略方法。通过对雨水花园设计影响因素的分析，确定了沈阳地区雨水花园的几点要求：1）要具有排解短期强降雨引发的大规模雨水径流，防止积水，具有高效快速收集传输、下渗能力为核心目标。2）以及具有抵御强冻融等破坏性问题的能力；3）植物方面根据校园基地多年的草花研究成果，筛选符合沈阳严寒地区环境要求：即短期耐水涝、长期耐旱、适应能力强以及景观特点要求。4）其他景观效果例如宜人优美的景观、休息空间、教育意义等都是在满足核心目标的基础上，以次要条件配合着主体展现出来。并根据这些要求总结本地区具有针对性的的设计方法。根据以上特点要求，针对梳理出来的雨水花园设计体系进行本土化改良，总结得出本地区的设计方法策略。

  ②选取近 20 种本土草本植物，对它们进行简单的耐涝性实验。通过观察记录，植株的生长特性，初步探究本地区短期耐水涝长期耐寒耐旱的适宜本地区用做雨水花园的

植物选配。填补本地区雨水花园植物选配的空白。

  ③以沈阳建筑大学生态种植中英实验基地为设计实践载体，通过笔者总结的设计方法从前期场地分析到设计方案的实施，对全园的雨水概况进行调研，筛选几处进行场地的改造设计，并得出以下几点为未来沈阳地区雨水花园设计研究做铺垫与参考。1）对建筑周围的绿地进行改造，将屋顶雨水通过雨水管排入到改造的高位植坛和雨水花园中，经过植物、土壤、地形的共同作用，实现雨水径流的过滤、吸收和净化。2）对于蓄水体系，因本地区的多次雨水利用尚未普及，宜采用以吸收为蓄存方式的无机纤维蓄水模块作为蓄存技术的选择。可缓解内涝，补充地下水且方便操作。3）雨水花园的设置需结合周围的排水管道和雨水口的位置。宜加设溢流设置配合市政雨排，以缓解内涝。