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    北京推进集雨型城市绿地建设的研究与实践

    关键词:风景园林;集雨型绿地;雨水水质;下凹式绿地;北京

    Key words:landscape architecture; rainwater harvesting green space; rainwater quality; sunken green space; Beijing

    摘要:北京市高度重视绿地的雨水收集利用功能的提升,开展了相关研究,采取了相关行政和技术措施,推进了一批“集雨型绿地”建设。提倡建设“集雨型绿地”的科学概念,介绍了当前“集雨型绿地”的主要技术措施,如透水地面、渗透井、渗水边沟、坡地蓄水沟、绿地地下雨水收集管网、雨水湿地花园、雨旱两宜型雨水池、下凹式绿地、小型雨水截流坑、大型雨水调蓄坑池。

    Abstract:Beijing has attached great importance to enhance the function of rainwater harvesting and using of green space, carried out related research, taken related administrative and technical measures, and carried forward a number of "rainwater harvesting green space" constructions. In this paper, the scientific concept of "rainwater harvesting green space" is promoted, and current main technical measures of "rainwater harvesting green space", like permeable ground, infiltration well, seepage ditch, water ditch along slope, rainwater harvesting pipe network under green space, rainwater wetland, rainwater pond flexible for rain or drought, sunken green space, small scale rainwater closure pit, and large scale rainwater storage pool, are introduced.

    内容:近年来,在住房和城乡建设部建设节约型园林和海绵城市的倡导下,北京市高度重视绿地的雨水收集利用功能的提升,并开展了相关研究,采取了相关行政和技术措施,推进了一批“集雨型绿地”建设。城市中,除去一些透水铺装的广场、道路和人工调蓄池以外,城市绿地是海绵城市中面积最大、吸水率最高的“海绵”。“集雨型绿地”就是通过各种技术措施把绿地内一定重现期的降雨收集回渗到地下,尽可能接收“客水”,并且有条件地用于景观水面和绿地灌溉。

    1  推进“集雨型绿地”建设的进展情况
    近年来,北京市各级园林绿化部门大力推进“集雨型绿地”建设,通过对雨水利用技术及设施进行深层次的研究,结合北京市园林绿化特点,提出相关要求,并且已经在绿地建设中普遍采用了一些基本的雨水利用方法,收到了较好效果。
    1.1  大力推进各类雨水利用型绿地的建设
    在绿地结合雨洪调蓄方面,北京市园林绿化局在亦庄滨河森林公园和西郊砂石坑规划绿地,与水务局密切配合,建设可以调蓄雨洪的绿地。其中:亦庄滨河森林公园绿地利用其中64hm2低洼地,承担着开发区路东区7.6km2范围内的雨水蓄积任务,具备防洪排水功能。在非汛期时,蓄洪区保留常水位,湖区周边绿化浇灌用水,通过过滤系统、地下泵站供水系统,使用蓄洪区蓄水。当存水消耗或蒸发导致蓄洪区水位下降时,可以截取东西湖之间的排干渠河水补水,保证蓄洪区正常水位。西郊砂石坑总面积66.6hm2,其中绿化面积56.7hm2,常水位湖面近5hm2,是城市规划绿地,目前正在进行雨洪调蓄池建设,建成后,可以对石景山地区24km2的城市雨洪水进行收集,20年一遇的雨洪可以汇集于此,最大收集调蓄量可达680万m3。在收集雨洪的同时,形成一处休闲绿地,结合人行绿道、自行车骑行道建设,供周边的居民游憩。
    在公共绿地收集雨水方面,从2006年以来,北京市园林绿化局不断加大公共绿地中雨水利用设施的建设力度,在奥林匹克中心区、奥林匹克森林公园、园博园、颐和园、北京植物园、月坛公园、地坛公园、万寿公园、金中都公园等多个公园均已建成雨水收集系统,保证一定降雨量下,进入园中的雨水全部被利用,节省了大量的水资源。在其他公园、绿地内,北京园林绿化局一直倡导使用渗井、边沟等雨水利用相关设施和技术来进行集雨节雨,使用透水铺装,增大绿地内可使雨水下渗的面积,最大限度地保证消纳绿地自身雨水。其中园博园可以做到2年重现期内雨水零市政排放,全部在园中绿地消纳。
    在居住区绿地收集雨水方面,由于居住区绿地与居民切实相关,因此在居住区绿地雨水利用模式上也进行了相应探索。如朝阳区水碓子小区将雨落管连接到小区绿地的渗水井中,降到屋顶的雨水全部进入绿地浇灌植物或入渗。为保证绿地植物的安全,在绿地周围做排水口,在绿地土壤水分饱和的情况下,多余的雨水由排水口排出。
    在道路桥区绿地收集雨水方面,在30多座立交桥桥区建设雨洪调蓄池,将蓄积在桥区的雨洪水抽到其中,进行缓排,个别地进行净化再利用。同时,要求行道树树池、两侧绿化带和机非分车带绿地降低种植土面高度,完成绿化以后,绿地土壤表面高度低于路牙石8~10cm,使一定降雨量的雨水能够留在绿地内,不进入道路雨水沟。同时,配合排水集团在立交桥区绿地进行的雨洪调蓄池建设,开展了大量伐移树和重新绿化的工作。
    1.2  组织城市绿地雨水利用技术专项研究
    近年来,北京市园林绿化局委托市园林科研院对城市绿地雨水利用进行了多方面的研究。一是研究城市绿地各类土壤的雨水渗透能力与降雨规律之间的关系。二是研究各类植物对于雨水浸泡适应的规律。三是整理收集并创新城市绿地建设实践中已经试验并成功运用的雨水利用技术。四是连续对北京市范围内的降水特别是道路雨水径流的水质进行跟踪检测。特别是2013年8月—2014年8月,北京市园林绿化局共采集8个批次的样本交给轻工业环境保护所和北京市园林科研院进行检测分析,得到了北京城市道路初期雨水污染情况的第一手资料,为道路建设集雨型绿地提供了参考。2014年还组织了树木耐浸泡试验,由园林科研院选择油松、桧柏、银杏、白蜡、国槐、海棠6个树种进行浸水试验,最长时间是20cm深度的水连续浸泡30天,得到了这6种树的耐水浸泡的第一手资料,大大突破了建设集雨型绿地的一些传统认识上的限制。在此基础上,2012年北京市园林绿化局再次委托园林科研和设计单位,对当前形势下城市绿地利用雨水问题进行了更深入的研究,初步形成《北京市园林绿地雨水控制利用工程设计指南》,明确和规范了城市绿地中雨洪利用相关技术及设施的术语名称、绿地雨水控制目标、雨水设施的利用、绿地内植物材料的选择以及相关投资分析。在此过程中,我们多次组织园林绿化专业和相关专业的专家对城市绿地雨水利用问题进行研讨论证,形成了比较一致的意见。
    1.3  通过行业管理大力提升绿地雨水利用功能
    首先,北京市园林绿化局于2012年向各区县下发了《北京市园林绿化局关于进一步加强雨水利用型城市绿地建设的通知》,明确新建、改造城市公园绿地,单位庭院,居住区绿地均应安排雨洪利用相关设施;公园绿地内园路及铺装场地面积要保证有足够的绿地消纳雨水,并尽量使用透水性好的材料及施工工艺,适当建设渗透型雨水积蓄池、水旱两宜型的雨水花园;屋顶绿化应设置蓄水层等积蓄雨水的相关设施等要求。北京市园林绿化局还将绿地内雨水利用相关研究成果和技术指南作为附件下发至各区县园林绿化部门。同时,在北京市园林绿化局下发的多个规范性文件中,均对园林绿化中雨水利用相关问题进行阐述,积极探索新技术的使用。
    其次,抓住规划设计的龙头推进城市绿地雨水利用建设。北京市园林绿化局在新建和改造绿地方案审查技术服务中,凡是具备条件、可以安排雨洪利用相关技术及设施的绿地,均明确要求在设计方案中进行相应的设计,从根本上推进绿地雨水利用的建设。自2012年以来,已先后在永顺公园、小瓦窑公园、园博园等多项公共绿地设计方案中明确要求落实雨水利用技术措施。在新建道路绿化时要求进行降土处理。

    2  对城市绿地提升雨水利用功能的认识
    在北方高度干旱的城市中,通过各种技术措施提升绿地利用雨水的功能,具有十分重大的意义。通过近几年开展“集雨型绿地”相关技术研究工作,结合相关专家的意见和进行“集雨型绿地”建设的经验,我们对于加强雨水利用型城市绿地建设形成新的认识。
    2.1  正确处理绿地多种功能与雨水利用的关系
    绿地首先是主要由植物构成的生态系统,城市绿地的本质功能是生态景观功能,由此派生出社会游憩、防灾避险等多种功能。雨水自然渗透功能是生态功能的一个组成部分。达到以上功能完美结合必须处理好各种功能之间的关系。要处理好园林绿化中雨洪利用技术设施与以人为本的关系;坚持全面发展,处理好园林绿化雨洪利用功能和园林绿化主要功能的关系;坚持可持续发展,处理好园林绿化雨洪利用当前和长远发展的关系。
    我们目前开展的工作是希望通过一系列技术措施,使绿地在自然渗透雨水的基础上,更多地收集利用雨水,使超过绿地土壤自然渗透能力的一定重现期内的降雨能够留在绿地内,或延期渗透地下,或形成景观水面,或用于绿化浇灌。在必要时,应当接收客水,即建筑屋面、广场、道路等径流雨水。
    由此必然产生绿地在一定的时间内,到底能够消纳多大量雨水的问题。不能顾此失彼,为了消纳几年不遇的雨水,而使生长了多年的树木被浸泡而死;同时,也不能只顾绿地的消纳雨水功能,只种耐水湿植物而导致降低了绿地植物多样性的生态功能、景观和游憩功能。只做一些排水植草沟、雨水湿地花园而减少了乔木种植量,降低了绿地应当以乔木为主的生态功能。我们要做的工作是,科学地处理好绿地多年不遇的一次雨水消纳功能与千百年绿地乔灌木形成的生态为主的多种功能孰重孰轻的关系。
    2.2  “下凹式绿地”只是集雨型绿地的一种
    “下凹式绿地”只是绿地雨水利用若干技术措施中的一种形式,而不是全部。集雨型绿地还有很多种技术措施。笼统地提出“下凹式绿地”没有可操作性。城市中绿地的高程与城市道路、周边建筑区域的高程关系不是绿地一家所能够决定的,如果为了建设“下凹式绿地”而相对大量地降低绿地的标高,产生大量的土方工程,在实际操作中不切实际。“下凹式绿地”不能简单地在道路绿地上使用。因为道路绿地的初期雨水污染严重,将对道路绿化产生毁灭性的影响。“下凹式绿地”由于可能减少了绿地中乔木种植区域,降低了绿地的绿量。
    特别是道路初期雨水绝对不能排入绿地当中。我们委托园林科研院检测中心与轻工业环境保护所等相关检测科研单位,对市政道路初期雨水中与植物生长相关的重金属、盐类、石油类物质等反映水质污染状况的项目进行全面化验,结果证明:市政道路初期雨水绝对不能在绿地内利用。也就是说道路绿地如果建成“下凹式绿地”必然对绿地产生直接的损害。
    1)雨水初期径流中污染物浓度明显高于后期径流,氯化物与钠盐含量严重超标。冬季融雪剂对次年春季道路雨水径流水质影响极大,样本中氯化物与钠盐呈级数增长,大多数样本中“氯化物”含量超出联合国粮食和农业组织(FAO)规定的中等危害140~350mg/L标准值大约6~10倍。除此之外,加之冬季各种其他污染物沉积,会使春季前几场降雨中污染物含量急剧升高,其中包含大量对植物生长具有负面影响的污染物种类。
    2)道路雨水径流中BOD5(五日生化需氧量)为主要超标物,不满足所有与灌溉相关的标准。其他污染物,如石油类污染物、氯化物、悬浮物等,也不能满足灌溉和景观用水的要求。
    BOD5是表示水中需氧有机污染物含量的综合指标,几乎在所有的水质标准中都有规定。(1)在水体及湿生植物灌溉方面,BOD5含量过高会消耗水体中的溶解氧,当溶解氧浓度过低时,水体需氧生物会缺氧死亡,水体生态系统受到破坏;当水中的溶解氧被耗尽时,水体会出现恶臭现象,水质恶化。(2)在旱地灌溉方面,目前对BOD5对于植物的影响研究定量部分相对较小,还需在后期进一步研究,但是在所有灌溉水质标准中都对其做出了非常严格的规定。
    道路雨水径流不宜直接进行收集灌溉;也不宜经过简单的收集、沉淀程序而补充至景观水系中,若需应用,则需较为专业的净水工艺处理成为合格的再生水。
    3)道路雨水不能直接排入绿地或收集后直接作为景观用水。目前环境条件相对并不乐观,且道路雨水径流具有较大的时空不确定性。所以,采用初期弃流方式是否能非常有效地对雨水径流的水质进行控制,还需要进行探讨。
    对于城市道路雨水径流不建议采用漫流排放的方式,无论是漫流排放至绿地中,或是其他城市地块中,都会对城市环境造成影响。若需要对道路雨水进行集蓄利用,或需要在暴雨时缓解道路径流给地下管道带来的巨大压力,或在资金收益比相对合理的条件下,建议采用储水池的方式进行雨水径流收集,而后通过净化工艺处理之后再进行使用。
    2.3  提倡建设“集雨型绿地”的科学概念
    我们认为:在提升绿地利用雨水功能的工作中,“集雨型绿地”是比较科学、准确、全面的概念。具体来说园林绿化雨水利用所承担的主要功能仅有3条:一是消纳一定降雨重现期绿地内产生的雨水径流,回灌地下水;二是适当兼顾消纳周边建筑物屋顶或广场未被污染的雨水径流;三是有条件的可储存部分雨水用于景观水面和浇灌绿地。因此,我们提出了“集雨型绿地”的概念,即指通过因地制宜的规划设计,合理安排雨水利用相关技术和设施,在一定降雨量内消纳绿地自身产生的雨水径流,有条件的还能集聚绿地范围以外一定量雨水的绿地。
    “集雨型绿地”应当包括2种。一种是雨水利用型绿地。主要消纳绿地范围内一定重现期降雨的雨水,在不影响绿地本身质量、功能和安全的前提下适当接收周边建筑、广场的非污染雨水。这一种应当占“集雨型绿地”的绝大多数。另一种是雨洪调蓄型绿地。结合城市低洼绿地建设可以接收周边较大范围的城市降雨形成的雨洪水,起到调蓄雨洪,防涝减灾的作用。这种绿地只能根据城市规划和防洪排涝规划进行建设,只可在少量适宜的地方安排,并要处理好丰水期和枯水期调蓄洪水与绿地生态景观的关系。以上2种绿地有可能兼顾。

    3  当前“集雨型绿地”的主要技术措施
    目前,雨水利用方法可概括为雨水集蓄利用和雨水渗透。雨水集蓄利用需要一些配套设施,造价较高;但雨水渗透只要简单设施就可以有效地收集雨水。常用的雨水渗透方法很多,如透水地面、渗透井、渗水边沟、坡地蓄水沟、雨水花园和一些综合渗透管网设施、下凹式绿地等。
    3.1  透水地面
    园路、广场、树穴周围等需铺装的地方,采用透水性地面,增加雨水下渗。透水地面按铺装面材材料分为多孔沥青混凝土、多孔水泥混凝土路面、绿化混凝土砖和透水砖等;按面材外形和施工方式分为连续性透水地面、拼接式透水地面和镂空式植草砖等。
    3.2  渗透井
    在绿地中分散布置小型渗水井,实际上它是一种地下集水装置,利用碎石空隙等,贮存的雨水向四周的土壤中扩散。尤其是在具有一定坡度的地方,雨水随坡度径流,通过渗透井将雨水收集在井内。
    3.3  渗水边沟
    当降雨强度很大时,或当降雨持续时间较长时,绿地浅层土壤达到稳渗状态,会引起降水的流失。为最大限度地减少绿地中水分的径流损失,可以在绿地道路旁建造渗水边沟。
    3.4  坡地蓄水沟
    坡地蓄水沟适宜建于园林中坡度较大的地段,例如山坡上,在自然或造型坡地每隔一定高程建平行蓄水沟。如果面积很大,并且坡体纵横向都较长,可设计成鱼鳞状排列。如果面积不是很大,可设计成平行的蓄水沟。每条蓄水沟纬向在同一高程。沟的两端在经向上应相互搭接。每条沟体的大小依据具体情况而定,较大的蓄水沟宽度可达1m左右,长度因地制宜。沟体大小可通过调整沟的长宽高确定。
    3.5  绿地地下雨水收集管网
    雨水通过埋设于地下的多孔管材向四周土壤层渗透的一种方式。雨水渗透管的管材周围填充碎石或其他多孔材料,利于雨水的渗透。适用于表层土壤渗透性差而下层透水性良好的土层,水质好的屋面、广场雨水等。
    3.6  雨水湿地花园
    雨水湿地花园也称“生物滞留区域”,指在园林绿地中种有树木或灌木的低洼区域,由树皮或地被植物作为覆盖。它通过雨水滞留下渗来补充地下水并降低暴雨地表径流的洪峰,还可通过吸附、降解、离子交换和挥发等过程减少污染。并使之逐渐渗入土壤,涵养地下水,或补给景观用水、厕所用水等城市用水。是一种生态可持续的雨洪控制与雨水利用设施。
    3.7  雨旱两宜型雨水池
    利用绿地规划中的地形高低变化和开敞空间的设置,在绿地低洼区域建设类似“舞池”类的活动场地,场地地面边缘或中心有雨水渗流沟槽和雨箅子,无雨时可作为游人活动的场地,降雨时把绿地内的雨水导向此处并进入地下集雨装置。
    3.8  下凹式绿地
    下凹式绿地是在绿地建设时,绿地高程略低于周围地面(路面),以利于周围地面(路面)的雨水汇入绿地中的一种雨水利用方法。
    3.9  小型雨水截留坑
    在排水横沟与纵沟中相隔一定距离设置挡水板,形成小型的雨水截留坑,对雨水进行截留,减小雨水径流量。
    3.10  大型雨水调蓄坑池
    结合城市规划的低洼绿地、林地,建设可以调蓄雨洪的调蓄坑池。如亦庄滨河森林公园雨洪调蓄湖和西郊砂石坑绿地雨洪调蓄湖面等。
    建设“集雨型绿地”由于采取了一些技术措施,所以工程综合造价根据采取的技术措施的不同,比没有集雨技术措施的绿地要高出40~100元/m2。

    4  集雨型绿地纳入城市海绵系统需要协调的问题
    经过多年的发展,集雨型绿地建设已经不是一个技术问题,而是一个管理问题、一个顶层设计问题和一个部门配合协调的问题。
    4.1  从规划层面确定每处绿地在集雨方面的要求
    在控制性详细规划层面,根据绿地的高程确定其在城市海绵系统中的作用,结合排水规划的编制,决定形成雨洪调蓄型的绿地还是一般集雨型绿地,确定是否可以建设接纳客水的集雨型绿地。同时确定周边地块的雨水排放与该绿地的关系。选择城市低洼处规划绿地,建设具有一定雨洪调蓄能力的绿地,此类绿地数量不宜太多,以免影响城市绿地空间结构与生态功能。
    在修建性详细规划层面,通过规划意见书和核发建设工程规划许可证的环节,不仅对建设项目本身的绿地提出雨水利用的要求,同时,对该处绿地周边建设项目提出与绿地结合的排水规划要求。
    在审批建设项目层面,要严格控制绿地地下空间的开发利用,因为绿地是唯一的雨水回渗、补充地下水的通道,也是减少雨水径流降低洪涝灾害的重要环节。因此,一般不批准绿地地下空间的开发利用,确保绿地雨水回渗的通道畅通无阻。
    4.2  在实施过程中要做好各方面的协同配合
    在国有土地出让时,应当在该绿地周边的建设项目招、拍、挂标书中明确雨洪控制利用要求。
    在发展和改革委员会批准项目立项时,应当将此绿地建设时序与周边建设项目时序高度吻合,尽可能做到同步建设。目前由于市规划委员会和市发展和改革委员会、市财政局办理建设项目立项和资金时,都是直接对各个项目,而要系统形成绿地与城市其他项目雨水系统的联通,就必须做到系统规划、同步立项、同步建设。否则,绿地建设完成了,周边项目想把雨水接过来也不可能了。项目建设完成了,绿地还没有建设,没有让雨水进入绿地的排放口也是不行的。
    园林绿化部门应当根据当地材料、劳务价格情况,提出建设集雨型绿地造价标准,会同发展和改革委员会、财政局确认。发展和改革委员会、财政局应当同意建设集雨型绿地按照标准增加的建设资金。
    在绿色建筑和建设工程质量管理过程中,把建筑雨水收集利用作为重要项目进行监督。
    在道路规划设计和建设中,交通或市政部门应当允许选择绿化带较宽的道路建设下凹式绿地。北方城市要解决好道路初期雨水弃流问题,有可能要突破现有的道路设计规范,如果初期雨水弃流问题不解决,建设道路下凹式绿地是不可行的。
    4.3  所有新建和改造绿地全部加强集雨功能
    通过北京市园林绿化局对公共绿地规划设计方案的审查机制,从规划设计的龙头抓起,推行“集雨型绿地”建设的各项技术措施,逐步将集雨功能的要求落实到每一处公共绿地中。联合有关部门共同推动居住区和单位庭院建设集雨型绿地。针对雨水利用的形式和技术要求,以及相关设置条件进行研究,提出解决办法,在建设项目报批阶段即引入雨水利用的技术要求,形成强制性规范,指导居住区和单位庭院集雨型绿地建设。
    4.4  继续在集雨型绿地建设中大力推广新型材料和技术
    包括透水铺装材料、各类质优价廉的雨水收集利用设备、北方城市道路初期雨水弃流的装备等。
    4.5  尽快修订影响海绵城市建设的技术规范

    加快《海绵城市规划建设实用手册》的编制。尽快修订相关国家标准,如《城市排水工程规划规范》《城市道路工程设计规范》等。