自然式人工水景结合雨水收集系统发展趋势研究

　　第四章  自然式人工水景结合雨水收集系统发展趋势研究

　　4.1 人工水景利用雨水资源的发展趋势探析

　　20 世纪 90 年代将雨水利用引入人工水景设计的综合性技术最先在德国景观规划中得到应用。是结合自然生态学、土木工程学、经济学等相关学科的一门应用技术，通过人工设计，依靠水生植物系统或土壤微生物的自然净化能力，将雨水利用与景观设计相结合，从而实现环境、经济、社会效益的和谐与统一（李俊奇、车武 2002） .这种技术开创了新的模式，不单纯是对雨水简单的收集、特定区域储存和净化，而是景观设计技术革新兼有美学功能的变化。在我国开展雨水收集利用研究的城市也逐步的增多，目前我国许多大中城市已经意识到了雨水利用结合景观设计的重要性，相继开展此技术的应用研究。在上海举行的“园林和住宅小区水景设计和治理”国际研讨会、在北京举行的“生态住宅水景论坛”等相关的学术会议说明了居住区水景设计可持续发展已经引起了行业的重视。近几年北京在雨水集蓄利用技术这方面的研究发展取得了重大突破，并颁布了相关的规定：要求北京市各新旧市政、房地产工程项目均应建设相配套的雨水收集利用设施，雨水收集利用设施应与项目主体建设步伐保持一致，“同时设计、同时施工、同时使用”（黄璎璎，朱艺 2008）。跟传统的利用市政用水作为水源供给和补充的水景设计相比， 结合雨水利用的人工水景能真正达到节约淡水资源，实现水资源的可持续发展， 这将成为现代国际生态环境下人工水景设计新的发展目标。

　　4.2 自然式人工水景利用雨水资源的可行性分析

　　什么是自然式人工水景在上文已作出解释，它的表现形式有很多种，而在居住区的水景观中这两种表现形式比较常见，一类是引导式线型或是带状水景， 如小溪、小河等；另一类是点状或者片状水景，如人工湖、池等（黄璎璎，朱艺，2008 年）。在做景观方案设计时， 应考虑居住区的地形、空间布局、地形标高、地物和原有水系， 综合考虑设计流线型或者是面状自然式人工水景。

　　4.2.1 雨水资源利用的相关理论

　　1.美国--最佳管理措施（Best Management Practices）

　　最佳管理措施简称为其英文首字母的缩写BMPS,是针对非点源污染控制的雨洪管理技术体系。美国环保局将这种管理措施规定为“任何能够减少或预防水体污染的方法、措施或操作程序，包括工程、非工程措施的操作和维护程序”（周慧平等 2003）。其核心包括对雨水下落地面点开始重视、流经区域的控制、最终去向的处理等全过程，进行收集雨水、减少接触污染源、降低地表径流量等。并通过收集、暂时储存或引导雨水按照设计流速和渗透量渗透进土壤和下游的雨水设施中，就近源头处理雨水，可以减少雨水形成的表面径流和减轻污染物以及控制流速（贺研 2013）。

　　2.美国--LID（Low Impact Development）

　　LID是美国马里兰州的暴雨管理专家针对源头控制的暴雨控制策略它主要体现在从源头上处理雨水，源头上的控制主要有两点，一是控制雨水的质量，二是控制雨水的收集数量。它的处理方法主要充分尊重基地的地质水文和大自然的力量，参照大自然雨水处理方式通过可渗透的地面进行快速排放、收集、净化雨水和水蒸气的原理蒸发地表水分。具体的措施就是减小不透水的铺装面，增加有效的雨水收集绿地系统，通过自然体系控制地表径流、减少水体污染来取代在流域末端价格昂贵的雨水收集设施，以此来解决雨水问题（Coffman1999）。LID 措施可以简洁的融入自然式人工水景的设计中，不仅成本低廉，而且具有更好的景观效应。LID 模式广泛应用于发达的欧美国家的暴雨管理体系中如图 4.1,4.2 所示。

　　LID 的雨水生态设计模式已经得到了行业的赞同和认可，由于开展此项研究的时间不长，没有形成系统的研究资料。目前这项模式的数据主要有生物滞留和草沟收集雨水两个方面，而且这两面的资料来源一两个设施案例中。因此，LID 雨水收集策略还需要更多的案例证明和相关的数据收集，才能广泛应用于各类规划设计中。本文的案例实践就是参照此理论进行研究的。

　　3.英国-可持续城市排水系统（SUDS）

　　SUDS顾名思义指运用可持续发展观指导地表径流的管理措施和控制手段（National SUDS Working Group2004）。经过综合考虑径流的水质、水量、景观潜力和生态价值等，由原来只对城市排水设施的优化上升到对整个区域水系统的优化（车伍等 2009），雨水、城市污水、再生水都纳入重点考虑对象，使水资源良性循环，从多方面实施可持续发展观。

　　4.自然水景系统 （Natural Aquascape Restoration System）自然水景系统简称NARS是浙江大学金元欢教授提出的关于水景设计和建设对策系统性研究的理论，理论的核心是运用生态设计手法和综合治理的方式，降低维护成本的同时营造出自然生动的水体景观（顾济荣。2008）。在我国缺乏对水景设计系统研究的国情下，金元欢教授提出的自然水景系统对我国的水景建设有着很大的贡献，有利于设计师、房地产产商、甚至是观赏者意识到居住区人工水景应该是低碳生态的、可持续的、节约资源的景观。

　　除了以上的相关研究理论还有陆健健教授的《湿地生态学》；华东师范大学达良俊教授主张的居住区水景生态评价体系“自然、自净、景观、亲水、节水 5 个评价因子”;浙江大学卜菁华教授 2002 年从景观角度、社会角度、生态角度、经济角度四个方面的对杭州市展开的住宅区水景评价研究（顾济荣。2008 年）。以上相关论著为本文提供了理论基础和借鉴，本文结合相关工程实例经验，寻求居住区自然式人工水景结合雨水资源走可持续发展的可能性。

　　4.2.2 雨水资源利用的特点

　　居住区主要有建筑、公共服务配套设施、消防和园路、绿地几个大系统构成。目前居住区雨水资源利用区域主要体现在建筑屋顶、公共绿地、水景区域、道路、广场等。

　　通过这些区域进行雨水收集、简单的处理回用是目前我国雨水利用的主要特征，也是最低成本的利用模式。居住区的雨水利用有着其独特的特征，我国地域广阔不同的经纬度、不同的环境特点下可利用的雨水量是不同的，所以地域环境特性影响和决定了雨水渗透利用的特殊性。本文是根据案例所在区域的地域环境特点，采取的是低技术的雨水收集利用技术，总结雨水资源利用的特点：

　　1.渗透和存储空间有限

　　根据居住区景观设计环境和我国目前雨水收集利用技术，雨水的渗透区域有绿地系统的渗透、路面广场硬质铺装系统的渗透、生态湿地的渗透。居住区是一个封闭的特定空间以居住功能为主，目前我国的居住区大部分设有地下车库，渗透区域和存储区域空间较小，即同一时间雨水收集利用量小，存储的能力有限。

　　2.水质较好、净化过程简单

　　居住区可利用的雨水资源，接触污染源范围、机会都相对较小，各项评价化学指标达到规定的范围，属于污染较少的自然水资源（徐军红等 2010），但由于在下落过程中遇到空气中的污染物，或多或少受到污染，不过只需通过植物净化或者简单的处理就可以用与景观建设。

　　3.绿地系统和硬质铺装系统渗透原理

　　绿地系统的雨水渗透一般直接通过土壤的渗透能力、植物根系储蓄能力调节雨水平衡。景观绿地系统植物群落比较单一，雨量的 30%可以通过绿地的表面和植物的蒸腾作用蒸发成水蒸气进入大气层；15%会通过土壤吸收和涵养，55%通过相关排水系统进入河道，而自然的森林的地表，只有 10%的雨量形成地表径流，90%被土壤或者植物吸收。

　　硬质铺装面形成的地表径流最大，它的雨水渗透模式有两种，一种是渗透性的铺装，部分雨水直接渗透，回灌地下水。另一种是非渗透的，全部雨水通过汇集进入市政雨水管网，直接排入河道或者经过处理回用。

　　4.小型生态湿地

　　居住区生态湿地一般都是小型的人工湿地，通过人为的开挖，微地形的处理设置围堰形成洼地，洼地内土壤湿润，或者还有少量表层存水。生态湿地本身就是景观的一部分，湿地系统本身除了可以蕴藏水资源之外，水生植物和微生物可以去除大量的污染物和沉淀物，且为野生的动植物、微生物提供居所，又能体现其特有的自然景观。生态湿地可以快速的吸纳周围环境流入的雨水，雨水流入生态湿地之后，通过植物的过滤后将其渗透到地下。
　　
　　4.2.3 雨水资源利用量的计算

　　虽然居住区的面积有限，但是某一个时段大雨或者暴雨产生的雨洪量也是相当大的，雨水资源的利用潜力是指雨洪量与绿地渗入量之和（车武等 1999）。居住区雨水资源利用量小于水资源的利用潜力，分析雨水资源的利用潜力，实现利用潜力最大化。

　　目前居住区雨水资源利用潜力只能通过经验公式来估算，即地表径流量与土层估算渗入量之和，绿地土层渗入量是通过下渗系数法估算。地表径流主要有楼面、道路广场、绿地系统三种。

　　Pete Melby在《可持续性景观设计技术》中提到了雨水收集量的估算法则。即在 100平方米的区域内平均降雨量为 1 厘米的情况下，可以得到的水量是 0.96 立方米，有 0.04立方米算作过程中的损失，损失率为 4%.屋顶雨水收集量的估算公式：某一时段屋顶雨水可收集量（L1）=屋面截留比率x时段内平均降水量（mm）x屋顶总面积（m?）x估算法则（96%）（Pete Melby,2005）。

　　场地雨水收集量的估算公式：某一时段场地（绿地、路面等）雨水收集量（L2）=地表径流系数 x 时段内平均降水量（mm）x 场地（绿地、路面等）总面积（m?）x 估算法则（96%），截留比率和地表径流系数参照表 4.1,4.2.（顾济荣，2008）4.3 雨水资源结合人工水景利用的相关实践案列。

　　4.3.1 国外的案例

　　美国宾夕法尼亚州Pennswood Village社区。该地区年降雨量丰沛，月降雨量不均匀，暴雨多，承建商参照BMPS（最佳管理措施）实现了功能和景观美学相结合的可持续性设计（范文婷 2013）。通过模仿自然河岸设计，依据BMPS最佳管理措施，促进了雨水的渗透、减缓了雨量峰值。这个项目仅仅 8 亩地，设计师依据生态、经济、教育社会价值，对现状洼地、湿地进行调整和分级改造，并精心优选当地的植物，以达到减少表面径流，回灌地下水，并提供了各种娱乐、青少年教育、观赏的机会，是个令人振奋的居住区引用雨水资源的成功案例。

　　德国Osrfildem地区沙豪塞尔（Scharnhauser）也是一个结合雨水资源进行水景设计很成功的例子：设计师从整个建设过程的开始，利用人工水系来进行管理地表径流的新方法。在该地区根据基地情况设置了两条水系，其中一条分布在居住区的中间用来收集两侧建筑屋面、庭院汇集的雨水，水系根据基地高差变化设置为阶梯状，将储水池和净化系统设置在阶梯的下面（赫伯特。德莱塞特尔 2003），净化处理过的雨水通过梯级和周边相结合的自然缓坡进入周围土壤。另一条设置成像自然形成的洼地，雨水汇聚于洼地，慢慢渗透到土层，此区域的净化系统则通过植物系统完成，雨季来临时洼地相当于一个小型的生态湿地。

　　4.3.2 国内案例

　　我国历史上也有成功利用雨水资源的案例，例如扬州寄啸山庄以假山承接屋檐之水，形成瀑布水景。苏州环秀山庄也是通过假山利用屋顶雨水，运用于水景设计。这些雨水瀑布景观都是利用建筑屋面的雨水，通过山石堆砌，形成山水景观，在旱季也有旱山水的意境，由于这些私家园林场地有限，无需大规模的收集雨水，只通过收集建筑屋面的雨水来营造景观即可。

　　现代我国的大中城市在雨水的利用研究方面发展很快，首都北京是开展较早的示范城市，在《2004-2020 年北京城市总体规划》中就提有明确的要求，通过采用透水性的铺装材料、建造雨水储存池、下凹式雨水收集绿地、收集沟等措施进行雨水资源的利用（董蕾等。2007）。北京东方太阳城小区也是雨水利用与景观设计结合成功案例之一，该小区由北京建筑工程学院雨水研究团队营造了下凹式的绿地、雨水收集浅沟，雨水通过这些系统渗透或者汇集与景观池，营造特色人工水景。北京大学景观设计研究院在辽宁公安司法管理干部学院新校区的项目中，营造了具有雨水收集净化功能的梯田式的多层湿地，根据场地空间布局设置逐级跌落的阶梯式水景，结合亲水平台、游憩栈桥、座椅打造特色校园景观.

　　4.4 本章小结

　　本章针对前一章总结的居住区自然式人工水景存在的问题，提出了人工水景引用雨水资源的应用趋势。对国内外相关的理论以及将雨水引入水景设计的几个成功案例展开研究，分析这几个成功案例利用雨水资源的共性，并重点论述了居住区雨水资源的利用特点，为下文引用雨水作为水源的自然式人工水景的设计原则及营造方法提供了理论基础和宝贵的实践经验。