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波特兰市“Grey to Green”雨洪管理策略与实践探析

1 引言

       美国波特兰市(Portland)从2005年开始启动城市流域管理规划项目,涉及水文调控、水质改善、流域栖息地保护等多个层而(波特兰市环境服务局,2006),在此引导下山波特兰市环境服务局负责的“Grey to Green”项目应运而生,目的是辅助流域管理以改善城市河流水质、水文状况。该项目从2008年持续到2013年,规划区域而积376.5km²。涉及地表径流而积28.6km²。旨在将绿色基础设施建设、可持续雨洪管理与公众教育活动紧密联系起来,组建一套能够自我运行的城市生态系统。”Grey to Green”项目实施至今,共建设生态屋顶398个,而积达174 014m²,新增绿色街道设施867个,建筑落水管的阻断设施达数百个(波”特兰市环境服务局,2014)。”Grey to Green”的实践经验对于我国部分降雨条件与地表径流水质条件适宜的地区发展可持续城镇化建设,具有积极的参考价值。通过对波特兰市“Grey to Green”项目的考察,市区的街道、建筑单体的雨洪管理案例详细的调研,从而直观深入地了解雨洪管理景观的建造条件、设施特征、实施效益、社会价值与现状问题等,剖析已有经验,以期反馈到本土化的研究与实践中。

2 波特兰市雨洪管理绿色基础设施的构建条件

       如同许多现代城市而临的雨洪问题,波特兰市的混合管网排水系统每年约有100天会发生溢流现象。针对该情况,”Grey to Green “主要通过在城市附属绿地建造雨洪景观设施的策略,来减轻排水系统的负担。项目发展至今,波特兰已成为雨洪管理绿色基础设施构建最完善的城市之一,从初期试点建设到逐步推广,直至景观系统形成的过程,是在具备一定基础条件下进行的。
       雨洪景观设施在波特兰市的发展具有利用率高、推广性强的特征。一方而,当地降雨条件适宜,年均降雨量达915mm,降雨天数约占全年的一半,日均降雨以中小等级为主(波特兰市环境服务局,2012),具有降雨量丰沛、降雨次数多且分布月份广、降雨等级偏小的特征,使得雨洪设施能够高频率发挥径流流量控制的功效。另一方而,建成区地表径流污染程度较低,这得益于城市总体规划对而源污染的有效控制:(1)全城公交系统以有轨电车为主体,实现45%以上公交出行率,保证了较高的街道环境质量;(2)城市发展边界明确,拥有24km的城郊森林资源作为生态过滤屏障;(3)工程建设符合LEED标准,确保施工过程中将而源污染降至最低;(4)城市绿化量大,公园而积占市区而积的15.7%,人均公园而积达86.6m²,人量植被起到消减粉尘污染的作用。上述策略使得建成区地表径流污染小,满足雨洪设施中植物的生长要求,确保设施能够人量建造、使用并维持效益。适宜的建造条件成为波特兰市雨洪绿色基础设施推广的基础(图1)。

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3 雨洪管理总体策略

       “Grey to Green”采用了三位一体的雨洪管理总体策略,由规划引导、监测管理和社会推广3个模块构成,以分别保证项目实施的可操作性、实践效益的可读性、公众教育与社会宣传的普及性(图2)。其中建成区的规划策略主要包括绿色街道的营造和建筑单体的雨洪管理(波特兰市环境服务局,2010),通过制定详细方案,并提供技术指导,以确保执行效率。此外,”Grey to Green”还建立了监测反馈机制,对设施的雨洪管理各项效益进行量化,及时总结经验、反馈问题,对总体规划予以调控。同时项目在执行过程中注重推广社会影响力,通过实体及网络等多种途径增强宣传力度,强化公众意识,并获得资金支持。

4 “Grey to Green”雨洪管理策略与实践解析

4.1 以道路、建筑为载体形成高效运作的雨洪管理景观系统

       波特兰市60%~70%的雨洪来自城市道路的地表径流和建筑的屋而径流,山此,”Grey to Green”构建了以道路、建筑为载体的雨洪管理景观系统。从两方而实现对波特兰市雨洪径流的有效控制:一是营造绿色街道,利用道路附属绿地设置雨洪设施,引导车行道、人行道、停车场的地表径流进行滞留渗透;二是营造建筑单体的雨洪管理设施,消减屋而径流的峰值流量。

4.1.1 绿色街道策略与景观特征

       波特兰市绿色街道的营造对道路宽度、路而纵坡坡度、土壤排水性能、现状植被等有相应的限制条件(1)新建或改造街道中人行道绿带、路边停车带的宽度一般不小于2.1 m,以满足雨洪设施宽度的基本条件,保证雨水滞留量与设施边坡处理的需求;(2)街道纵坡通常小于6%,有利于雨水滞留与水质净化,若坡度人于2%,雨洪设施中需设置拦截坝来控制径流量并减缓流速(图3);(3)土壤排水条件良好,承接的雨水能在48h内下渗,当条件不满足时通过改造下垫而实现下渗要求;(4)现状最好没有成熟乔术,避免施工过程中对植物根系的破坏(波特兰市环境服务局,2007)。
       通过对建成区内10个绿色街道典型案例的调研,从雨洪设施的规模、类型、布局方式、植物种类、雨水引导的设计细节等层而予以分析(表1)。发现绿色街道主要应用了渗滤种植池和植草沟,设施而积占总体汇水区而积的6.3%一8.7%,其布局多位于汇水区地势低注处,利用人行道绿带、路旁停车带、街旁绿地、停车场绿带进行设置(图4 5)。其中停车场人多应用植草沟,宽度控制在2500~3500mm,溢流口高度300~400mm,有人于4 :1的缓和边坡。其余采用渗滤种植池,宽度在1200~3OOOmm,溢流口高度150~220mm。雨水引导方而,设置路沿石开口以确定径流流入的位置,或在路而布置引流槽将雨水更快地引入设施内,设计溢流口的高度以控制雨水滞留深度,构筑拦截坝以降低道路纵坡对雨水滞留的影响。植物应用方而,以适宜在排水良好的潮湿土壤上生长的草本植物为主,有一半的案例在设施边坡栽植了耐湿抗旱的乔术,主要植物种类为翅茎灯心草(Juncus balticus)、平展灯芯草(Juncus patens)、发草(Deschampsia caespitosa)、银莲花(Anemone canadensis)、西伯利亚莺尾(lnis sibinica)、三裂叶荚蓬(bunnum tnilobum)、欧洲荚蓬(burnum opulus)、高山黄杨(Buxus microphylla var)、风箱树( Cephalanthus occidentalis)、灰枝徕术(Cornus racemosa)。

4.1.2 建筑单体雨洪管理策略与景观特征

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       调研建成区的10个典型案例中,建筑单体雨洪管理设施类型包括生态屋顶、与建筑落水管连接的渗滤种植池、溢流种植池和植草沟,其基本景观特征如表2所示。其中溢流种植池、植草沟沿建筑外墙平行设置(图6),而渗滤种植池多布置在庭院中央。
       溢流种植池的应用频率最高,该设施下垫而结构的雨水不能直接渗透及排放,需防止雨水对建筑基础的侵蚀,对屋而径流的滞留效果不及渗滤种植池,但同样能起到控制峰值流量和过滤水质的作用。溢流种植池而积人约为屋而汇水而积的6.4%,设施宽度控制在1 200~1500m m .溢流口高度100~150m m。部分案例采用生态屋顶与其他设施相结合的方式,更好地消减了径流量,但造价较高。雨水引导策略上,通过设置引流槽将落水管导出的屋而径流引入雨洪设施内(图7),或设置雕塑类的景观小品作为雨水引导的环节之一(图8)。此外,个别案例采用了地下蓄水箱,便于将收集的水资源进行循环利用,但山于造价较高且维护困难,并未得到普遍推广。
       植被营造方而,与绿色街道类似,多选择耐湿抗旱型的草本,考虑到对建筑基础的影响和室内采光需求,灌术应用比例人于乔术。

4.2 实行雨洪管理效益监测与问题反馈机制

       为科学评估雨洪景观设施的运行效益,”Grey to Green”制定了监测管理机制,从2006年起每隔两年公布一次完整的监测报告,目的是量化设施在径流水量、水质控制方而的实质作用,评估效益的优劣、养护的难易与设施各项设计参数的关系,对当前的技术措施予以
       修正,为未来的开发项目提供有益的经验和更有效的低成本养护策略。
       监测对象为已建成的案例,选取数量通常在30个以上,所选案例在设施的类型、使用年份、规模、下垫而结构与材料、植物种类、栽植密度等方而具备差异性。监测项目包括设施消减的峰值流量、滞留的径流量、径流水质、土壤下渗率、土壤沉淀物、设施规模等,通过数据分析判定设施发挥效益的基本条件,以及影响效益优劣、管理养护难易的设计参数(波特兰市环境服务局,2010)。各项目的监测内容、方式、时间与监测价值如表3所示。

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       以2010年的监测报告为例,涉及绿色街道20例,私有场地及建筑单体雨洪管理12例。监测表明:(1)生态屋顶可明显消减峰值径流量,消减量可达88%,雨水滞留量控制在57%~65%,其中土层厚重及颗粒较小的土壤层在滞留雨水方而表现较好,能更好地保持土壤水分,但容易滋生杂草。耗水量较人的生态屋顶植被会明显增加夏季的灌溉养护频率,使成本提高,建议采用耗水量小的景天类植物以减少夏季的灌溉水量。(2)渗滤种植池消减峰值流量的平均值可达90%,24h内雨水滞留量的平均值达76%,土壤下渗率的最小值不低于38m m瓜。布局上,短宽形状的设施比窄长形状的设施能产生更好的滞留效果。植被应用上,灯芯草类表现良好,但部分植物长势过快,建议采用生长速率较低的种类,定期清除杂草、修剪植被,增加夏季灌溉。(3)溢流种植池消减的峰值流量达62%以上,雨水滞留量为13%~38%,建议所采用的土壤的下渗率不高于50m m瓜,以保证对径流量的控制效果(波特兰市环境服务局,2010)。

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4.3 推行雨洪管理景观实践的社会影响力

       “Grey to Green”在实施过程中非常注重建成项目的宣传与雨洪管理理念的推广,通过策划游憩活动、组织公共讲座、展览宣传以及与学校合作等方式提高“Grey to Green”的社会影响力,也为项目建造筹集更多的资金支持。针对已经建成的案例,波特兰市环境服务局策划了雨洪管理自行车游线和徒步游线,连接起绿色街道、生态屋顶典型案例30余项,设置了配套的科普标示系统,形成完善的游憩路径,满足半日游览的需求。此外,政府会定期向社会机构及社区成员l_报阶段性成效,引导公众开展私有住宅的雨洪管理实践,鼓励住户参与绿色街道的管理维护,并通过举办专题研讨会与雨水艺术展览强化“Grey to Green”的社会文化价值。波特兰市环境服务局还非常重视与学校合作开展景观实践,甚至让学生直接参与到项目的营造过程中。通过社会推广活动,”Grey to Green”的实践得以从公共设施拓展到私有场地,逐步提升雨洪管理绿色基础设施网络在波特兰市的覆盖密度。

5 “Grey to Green”雨洪管理景观实践的问题及策略借鉴的思考

5.1 在景观设计、养护、效益监测中存在的问题

       目前,波特兰市的雨洪管理景观实践采取的是模式化的建造方式与低成本的维护策略,调研发现部分景观设施并没有呈现出良好的观赏价值,在管理养护、植被营造、设计细节方而存在一定的问题:一些设施中植被密度稀疏,裸露地表人于植被覆盖而积,使得渗滤种植池呈现出“凹坑”效果,甚至出现垃圾弃留的现象,影响街道整体景观风貌;部分案例的植被选择与后期养护不到位,植被种类单一且生长过于杂乱密集,植株高度过高,出现倒伏现象,生长状况不良,杂草滋生;部分设施宽度过窄,影响植被生长,雨洪滞留功能不突出;雨水引导的设计细节较粗糙,溢流口、拦截坝等构筑物生硬裸露,材质粗犷,视觉效果不佳(图9. 10)。此外,公共建筑设施的雨洪管理景观的品质明显优于绿色街道,后者可能存在管理养护责任不明确的问题。
       雨洪管理绿色基础设施的发展,应更多关注当前模式化的建造方式、低成本维护策略、雨洪管理效益与造景美学价值等要素的平衡关系,在设施营造中提升溢流口、拦截坝等硬景的设计美感,强化植物造景,构建适宜的栽植密度,增加养护的频率与精细程度,重视雨洪管理景观的观赏价值。
       效益监测方而,尽管“Grey to Green”对已建成案例做了详细的效益分析研究,但监测报告对设计提出的修正意见具有一定局限性。原因是所选取案例的设计变量因子过多,很难研究单一设计参数的变化与效益优劣的关系。因而在研究层而,除了以实践案例为监测对象,还可构建多组具有单一设计参数变量的试验设施,在其他设计参数一致的情况下,对比分析单一变量所引起的径流控制效果的差异,从而对植物种类搭配、栽植密度、布局形态、下垫而结构等提出更明确、详细的修正意见。

5.2 雨洪策略借鉴的前提条件

       “Grey to Green”的项目实践为雨洪景观设施的营造提供了重要的经验价值,但需明确的是,适宜的建造条件是借鉴”Grey to Green”雨洪策略的前提。适宜的降雨条件与满足植物生长需求的水质条件是构建雨洪管理绿色基础设施的必要因素。在年降雨量充沛、降雨次数多且时空分布相对不集中、地表径流水质指标较好的城镇环境中,在街道、住区、广场等人量产生地表径流的区域有借鉴推广的可行性,合理养护下能充分发挥雨洪管理功能并呈现优质的景观效果。应避免盲目借鉴带来的设施使用率低、养护困难、养护成本高、植被死亡、观赏性差等不良结果。另外,不同类型雨洪设施的布局与实施需满足相应建造条件,在综合考虑现状竖向、坡度、土壤质地、汇水区而积等因素后进行合理设置。”Grey to Green”的项目实践为景观设施的营造提供了设计参数,在本土实践中应结合当地降雨条件予以调整。植被应用上可筛选出与建成案例具备类似生态习性的当地物种。设计、建造与后期养护上尽可能避免已经出现的问题,从而更有利于营造出生态技术与艺术美学兼备的雨洪管理景观。

6 结语

       “Grey to Green”项目推动了雨洪管理景观在波特兰市的人量实践,基于20个建成案例的调研与相关文献对“Grey to Green”的雨洪策略进行解析,指出实践中存在的问题,简要分析这一策略借鉴推广的前提条件,有利于客观认识雨洪绿色基础设施在建造、养护方而的要求,判定相关实践在本地拓展或局部试点的可行性,明确不同类型设施的基本特征以及所发挥的雨洪管理效益,使设计师能更多关注工程技术、造景美学价值与养护成本3者之间的平衡关系,从而更加理性地进行对本土雨洪管理景观实践与研究的探索。

作者: 阿普贝思 日期 2015年01月26日

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