北京市集水节水型公园绿地建设初探|园林绿地节水设计

　　摘要对北京城市水资源现状和园林绿地灌溉中存在的问题进行了分析，提出发展集水型公园绿地的途径，包括收集道路、广场雨水、收集公园建筑屋顶的降水以及利用地形收集和利用雨水。对雨水收集和利用的方式进行了设计。
　　关键词集水节水型；公园绿地；雨水利用；途径；北京市
　　中图分类号 S731.2 文献标识码A文章编号 1007-5739（2011）03-0251-04
　　
　　据统计，2008年底北京市区园林绿地面积已达40 886.43 hm2，其中包括公园绿地在内的公共绿地面积11 199.53 hm2。如果按照植物养护每年用水量0.3 m3/m2计算，全市公园绿地每年需水达12 265.93万t。
　　按北京市绿化的总体要求，2010年市区公共绿地总面积应达65 km2，人均公共绿地10 m2。要完成这一目标，水资源将会成为最大的限制因子。由于公园绿地在城市绿地中占有相当大的比例，是城市绿地中的耗水大户，由于面积大，绿地集中，地形变化丰富，也最利于发展集水、节水园林。按《北京市节约用水办法》的要求，绿化用水鼓励使用雨水，城镇地区的绿地、树木、花卉应当采用喷灌、微灌、滴灌等节水灌溉方式，以提高绿化用水效率。因此，发展集水节水型公园绿地已成为城市园林发展的必然趋势[1-2]。
　　1北京城市水资源现状和园林绿地灌溉中存在的问题
　　北京市是水资源短缺的特大城市，随着城市建设的加速发展，城市用水量大幅度增加，已成为影响和制约首都社会和经济发展的颈瓶。据水资源供需分析，2010年将缺水11.82亿~19.96亿m3。全市水资源供需状况日趋严峻[3]。北京早已从以前的“水资源紧”发展到今天的“水资源危机”了。
　　随着园林绿化建设发展，绿化面积逐年增加，园林绿化的供水压力随之增加。园林绿化浇溉方式由胶皮管灌溉过渡到喷灌或滴灌，目前喷、滴灌成为北京城市绿化最主要的节水灌溉形式。北京城市绿地应用最广泛的喷灌系统为管道式喷灌，其中固定式管道喷灌系统占全市喷灌面积的90%以上，另一种为半固定式管道喷灌系统，这些措施极大地节约了园林绿化中的灌溉用水。通过实地调查表明，北京园林绿化灌溉用水主要依靠饮用自来水或地下水，自然降水的有效利用率非常低，这是当前北京市绿化灌溉中存在的最主要问题之一。北京降雨集中在汛期，城区80%以上的雨水没有得到利用，白白流入市政管线，给城市排水造成很大压力。
　　北京地区多年平均降水量为595 mm，若按年平均降水为600 mm、市区面积735 km2计算，年平均降水约44.1亿m3，由于集水措施不完善，仅市区每年就有大量的雨水白白流失，造成水资源的严重浪费。如果能把这些宝贵的雨水充分收集并加以利用，完全能够满足城市绿地灌溉的需要。
　　根据北京水资源严重短缺的现状，充分利用公园等大型绿地的优势，研究开发园林绿地中的降水收集和利用技术，成为缓解北京城市用水紧张的一个有效途径[4]。
　　2国内外雨水利用概况
　　2.1我国雨水收集系统状况
　　在古代社会人们就已经懂得使用雨水来灌溉植物，如北海公园团城是古代雨水利用工程中较好的实例。团城行宫是一个孤立、封闭的单元。地面高出北海湖水水面5.64m。地形的特殊性导致了古树生长所需的水分只有来自天然降水，很难从湖水形成的地下水得到补给。因此，团城内并没有设地面排水明沟和在城墙上设置泄水石槽（吐水嘴），地面干铺倒梯形青砖和深埋渗排涵洞的做法，充分利用了天然降水，并为古树营造了适宜的生长环境。
　　近年来，随着水资源问题日益突出，越来越多的城市认识到节水型园林的重要性。例如杭州、济南、成都、包头等城市在节水型园林的建设上初见成效。而作为我国首都的北京，节水型园林的建设也有很大的发展。
　　北京景山公园参照团城雨水利用的原理，设计了山顶汇水渗透设施，山腰集水系统、山下蓄水系统方案，取得了明显成效；北京植物园挖掘人工湖，蓄积雨水和洪水，不仅解决了雨季雨洪外流浪费的问题，而且极大地提升了园区的景观；陶然亭公园、中山公园等也通过铺设渗水路面、设置下凹绿地等措施对雨水进行了利用。
　　北京的德胜公园、玫瑰公园、顺成等公园积极响应“节水”口号，在大型绿地的建设方面利用透水砖进行铺地，铺设率达到100%。此外，月坛公园已建成了较为完备的雨水收集利用系统，于2007年开始投入使用。2007年收集雨水近800 m3，收集到的雨水全部用于浇灌、洁厕，有力地支援了园林与环卫用水。
　　2.2国外城市雨水利用情况
　　国外一些发达国家在城市降水的收集利用方面已有不少成功的经验。
　　日本东京有8.3%的人行道采用透水性沥青混凝土路面，使雨水渗入到地下汇集后利用。澳大利亚在城市内设有2套集水系统用以汇集雨水，一套是生活污水集水系统，另一套是雨水汇集系统。
　　美国城市园林绿地的发展，非常重视水资源的节约利用。其雨水利用常以提高天然入渗能力为目的，很多城市建立了屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水地面组成的地表回灌系统，规定所有新开发区必须实行强制“就地滞洪蓄水”。通过各种宣传活动提高市民的节水意识。如达拉斯城市水资源利用协会每年举行节水公园旅行、洛杉矶水电局支持的以节水为主题的鲁米斯庭院样板花园等。同时，管理部还向公众展示各种先进的节水技术和设备，并提供适宜当地的耐旱植物资料，以鼓励人们建立节水型景观。另外，美国在许多州广泛推行“耐旱风景”。一片耐旱的美化场地，一般可节水30%~80%，还可相应地减少化肥和农药的用量，这种方法作为节水和改进城区环境的措施，从根本上减少城市园林对水资源的消耗。
　　德国是世界上雨水收集利用最先进的国家之一。其城市绿化通过广泛收集和利用雨水，能够解决大部分景观用水，有的甚至实现了对城市洁净水资源的零消耗。例如，位于柏林市中心欧洲最大的商业区波茨坦广场，规划了13 042 m2的城市水面，占总用地的19%，总共可收集容纳15 000 m3的雨水。通过合理的生态水景设计，广场成为具有浓厚自然气息，并充满活力的城市开放空间。汉诺威“变化花园”的水园、萨尔布吕肯市港口岛公园和杜伊斯堡北风景公园，也都充分利用天然的雨水创造出迷人的景观。此外，德国所有新建小区均需带有雨洪利用设施，否则需缴纳雨洪排放设施费和雨洪排放费。此外，雨水开发利用做得比较好的还有丹麦、以色列、英国等国家[5]。
　　3城市公园绿地雨水综合利用途径
　　3.1公园道路、广场雨水收集和利用
　　在满足功能要求的前提下，公园道路、广场利用透水性地面可以有效增加地面的渗水性，有效回补地下水，常用的透水材料有渗水性地砖、嵌草路面和草皮砖、各种疏松粒料、多孔沥青与多孔混凝土等[6]。其中渗水性地砖有良好的渗水作用，砖是渗水的，且砖为倒梯形状，砖与砖之间的连接处由透水性填充材料拼接。适合于公园自行车道和步行道地面。嵌草路面、草皮砖很好地与地被植物相结合，使绿地具有连贯性，具有良好的装饰效果，也有良好的渗水作用。嵌草路面用于铺装天然块石或预制块料之间留出一定间隙，填充种植土；草皮砖中间有空洞的各种形状，铺装砖，中间可种植草坪及地被植物，孔隙率为20%~50%，多用于居民区、公园人流量较少的游步道或人行道。卵石、碎石、木屑等松散粒料铺装有较好的渗水性，但附着性差，不易管理，在开放性公园应慎重使用。多孔沥青、多孔混凝土透水性好，但造价高。多孔沥青有2层结构，上层沥青的孔隙率12%~16%，下层沥青的孔隙率为38%~40%，多孔混凝土孔隙率为15%~25%。多用于停车场，国外应用较多，国内应用较少。
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　　3.1.2收集道路雨水。公园绿地中不透水性路面的雨水收集可根据具体情况采取以下方案：一是利用道路与绿地的高度差进行雨水收集。人行道高于绿地5~10 cm，并考虑到绿地积水问题，路边绿地植栽较耐涝植物，同时应做好雨水的收集及排水处理。雨水收集可通过设于道路两边的雨水口汇集至路面下的雨水管道，最后汇入集水池。雨水口可设于绿地或隐蔽于花坛之中，美化周围的环境。二是对较窄的人行道，其道路可用石块或卵石铺成，缝隙间用泥土或砂填充，成为透水地面。庭院及其道路渗入地下的雨水可引入蓄水池备用，或使雨水渗入地下成为地下水。三是对主干道两旁的人行道，除使用透水、透气性好的铺装外，为了保证两边树木能合理吸收利用雨水，应合理设置人行道坡度。
　　3.2公园建筑屋顶的降水收集和利用
　　公园建筑物的雨水收集系统应结合公园建筑物的规划布局、地形地貌进行组织，宜采用暗渠收集雨水，即将屋面、墙面、阳台及散水等处的雨水引入环形滤水槽，槽内铺设卵石或砾石等滤水材料，雨水渗入滤水槽，再入蓄水池，或经汇水管与地面植物、垂直绿化植物的种植槽相连，用于浇灌植物。公园建筑屋顶收集雨水的利用与道路相近。其中“高花坛+低绿地+浅沟渗渠渗透”效果较好，即屋面雨水先流经高位花坛进行渗透净化，而后与道路雨水一起通过低绿地，流入渗透浅沟；雨量较大时，雨水沿着浅沟进入渗渠继续下渗；超过渗透能力的雨水再排入集水坑塘或人工湖。如朝阳区水碓子小区将屋顶雨落管连接到小区的绿地中，使降到屋顶的雨水全部进入绿地浇灌植物或入渗补充地下水。
　　3.3公园绿地利用地形收集和利用雨水
　　利用公园中大型绿地地形变化丰富的优势，合理利用现有绿地积蓄雨水。如下凹式绿地，其蓄渗效果最好，可采用坑塘或水系收集雨水；在不易形成地面水景的区域，建造雨水的收集储存系统，可建造地下大型贮水池，并配套节水灌溉措施。同时，因地形的水分状况和植物的需水特性合理进行植物配置。
　　3.3.1山坡绿地。景山公园的雨水收集系统由花管、地井、蓄水池和植被四部分组成。山顶万春亭附近4 000 m2范围内埋设600多个带孔花管，每个能保住25 kg雨水，并随时向周围土壤渗排。此外，顺着山坡挖设地井，井井相通，上面的井满了，雨水可以流进下面的井，而每个井在地下不同高度上均向周围土壤中伸出带孔管道进行渗水。在所有井都蓄满的情况下，山下还设有蓄水池，需要时抽水上山，保证让所有雨水都成为有效水。
　　3.3.2微地形绿地。微地形绿地在下凹式绿地处做好雨水蓄渗措施的同时，可采用节水灌溉技术，合理利用降水。近年来，一些厂家生产的硬质聚氯乙烯双螺纹集水暗管，其双螺纹管壁上冲有排列整齐、大小适中、分布规则的集水孔，并在集水孔表面缠绕丙纶纤维，防止泥土渗入，可配合大型集水井用于大片绿地的集水、排水、渗灌等，提高雨水利用效率。
　　3.3.3公园林地。公园中以树木为主的大片绿地，可根据不同林木根系分布规律，设计集水地形，形成集水坑塘，以坑塘为中心，合理配置乔、灌、草。公园绿地中的乔、灌木，可在适宜位置设置大型渗水井，下面布置地下输水毛管，输水毛管可根据灌木分布状况，直接铺设在根系周围；大树及古树可围绕每1棵树根系布置1条或几条环状灌水管，其上设有多个出水口滴头。在北京奥林匹克森林公园，智能化浇灌系统可以将土壤水分、植物生长、蒸发、蒸腾等各种环境信息反馈给中央计算机，比手动或半自动灌溉节约50%用水量，约100万m3。
　　3.3.4合理选择植物种类，优化植物配置。在规划设计时，因地制宜优化园林植物配置，合理使用乡土树种和适生耐旱树种。城市园林绿化应该以乔、灌木为主体，以复层植物群落结构为主导，强调绿量和生态效益。试验表明，乔灌木的耗水量远低于草坪，而生态效益却比草坪高得多，10 m2树木产生的生态效益，与50 m2生长良好的草坪相当。因此，在进行园林植物配置时，必须坚持以树木为主体，努力提倡乔、灌、草相结合的复层结构，杜绝“以草代树”现象。有研究表明，在栽植之初，1株乔木与1 m2草坪对浇水量的需求比为1∶3，随着乔木的栽植成活，乔木对浇水量的需求越来越少；在乔木成年之后，二者的差距更是大得惊人[7]。因此，在进行规划设计时，应参考园林绿化植物配置体系，从而实现集水节水目的。大量应用耐旱植物，耐旱植物包括旱生植物、中生植物的耐旱种类，耐旱植物的应用，不仅能节约大量水分，还能营造独特的景观。如柽柳属，植物花期各异，花色多种多样，花期从早春至深秋，是荒漠、半荒漠地区城镇园林绿化的理想灌木。合理选择植物种类和种植方式，对发展节水型园林具有重要的意义。柳荫公园、月坛公园和水碓子小区等单位在绿地建设和改造中，将冷季型草坪草更换为对土壤、水分等要求不高且适应性强的麦冬等植物，在保证景观效果的同时减少浇水次数，同时注意全面考虑绿地功能需求，给予适当的养护。
　　4北京市园林绿化节水的实践
　　4.1月坛公园
　　4.1.1雨水收集系统。公园于2004―2007年进行全面改造，其中位于南园地下的原天外天市场（地下人防工事）因存在安全隐患，结合南园改造工程对其进行改造回填，利用废弃人防工事和公园雨水管线建造了4.45万m2雨水收集蓄水池利用系统，修建后的雨水回灌系统收集地面径流，将绿地、园路的雨水引入到回灌系统（图1、图2），增加汛期对地下水的入渗补给，并且经过滤、加压后，用于月坛南园内的植物绿化（图3），喷灌工程用水，以及供应月坛内公共卫生间内的冲厕卫生用水，通过以上设施实现了雨水的回收利用。整套系统包括一个总容积为390 m3的蓄水池、矩形收水池、过滤井、溢水设备，为绿化喷灌设计的过滤设备及加压设备、为安全考虑的溢水设备及自动排污设备。
　　4.1.2利用地形收集和利用雨水。月坛公园道路、广场的铺装总面积为8.5万m2，其中透水性铺装6 000 m2，占总铺装面积的7.1%。利用透气渗水砖具有透气透水的特性，保证植物的根系处在一个良好的生长环境中，下雨时雨水一部分会自动渗透到砖底下直到地表，一部分会保留在砖里面，雨水渗入地下滋润土地，节约了水资源。园内绿化面积3.8万m2，其中改造下凹式绿地面积1.5万m2，据实际测量，月用水量为3 672 m3，实现喷灌及部分滴灌后可节水40%（1 468.8 m3）。由于地形上的变化，促进了水资源的充分利用，推动节约型园林绿化的开展，由于下凹式绿地拦蓄大量的地表水，随即又转变为土壤水和地下水，并增加了土壤水资源量和地下水资源量，因而绿地的浇灌用水量也相应减少，做到了雨水直接回收利用。园林喷灌不但具有节水、节能、省时、省工和灌水质量高等优点，而且还具有增强园林空气湿度、降低园林环境温度、增加园林水动景观效果等其他优点。
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　　4.2万寿公园
　　北京万寿公园于2004年6月进行改造，从节水、环保角度出发，建成了集水节水型公园绿地的典范。公园在改造中新建雨水回灌系统，收集地面径流，将绿地、园路的雨水引入到回灌系统，增加汛雨对地下水及土壤水的入渗补给，起到节约草地灌溉用水、提高水资源利用率的作用；同时，园内安装绿地喷灌设施，避免绿地用水漫灌，并将园内道路广场全部改为透气渗水铺装，以利于雨水渗入地下；而且，公园景观用水使用后又用于草坪和树木灌溉。以前，公园每年绿地养护需要用水3.6万m3，通过采取这些措施，每年公园可节约用水1万m3以上，满足需水量的1/3。
　　4.3北京奥林匹克森林公园
　　在奥运场馆设计、建设的同时，同步建成雨水收集和回用系统，其中奥运湖全年可收集雨水150万t以上，用于景观补水和冷却用水，雨水综合利用率将超过80%。园内170万m2建筑，全部建有雨水收集装置，仅屋顶集雨面积就达23万m2，雨水被收集加以回用。奥林匹克森林公园是国内第1个采用雨水收集系统的大型城市公园，总面积约680 hm2，全园雨洪利用率高达95%，按北京地区年平均降雨量20 mm计算，公园全园年雨水回收量达134万m3 [8]（图4）。
　　4.3.1北京奥林匹克公园雨水综合利用。雨水综合利用主要集中在以下3个方面：一是水源的广泛开发：建立雨水收集系统（屋顶、路面、广场安置集雨管）；重视中水利用；利用附近河水。二是雨水的多次利用。中轴路两侧林地缓坡下缘、天井及广场绿地都采用管道渗透技术。绿地吸水饱和后，多余水沿管道汇入公园的湖池之中。三是将生态技术与景观娱乐相结合。水体处理过程中的沉淀、加氧等工序，结合为湿地、喷泉叠水等景观；其他使水流动的装置融入娱乐活动之中，如锻炼用脚踏机，带动水流发电、提水等。
　　4.3.2雨水收集系统的排水措施。雨水收集系统的排水标准采用1年的雨水设计重现期。流量计算采用北京市暴雨强度公式，径流系数采用绿地0.2，山地0.3~0.4，建设区0.55。具体措施为：土壤径流入渗系统由雨水收集、入渗设施等组成；渗排组合系统由雨水收集、排放和入渗等设施组成，设施基本沿道路设置；排放系统由雨水收集和排放管道等组成，设施基本沿道路设置；北园部分区域利用自然地形的低洼地作为汇水区域，低洼地的下部铺设碎石等形成蓄水层，低洼地内种植耐水湿植物，形成良好景观效果。
　　5结语
　　为降低用水量，提高水资源利用率，全市每年都投入大量资金用于节水型喷灌的安装和改造。目前各城区主要使用微喷，与粗放型用水方式相比，节水率可达到50%。 使用微喷进行灌溉最高节水率可达到1 t/m2，按照大面积绿地的节水投资（20元/m2），6年内即可收回成本，这还不包括社会效益。
　　城市园林绿化应考虑北京市缺水的实际情况出发，充分利用自然降雨，树立“小雨是硬币，大雨是支票”的理念，最大可能地截留雨水和利用雨水回补地下水，由耗水大户变为节水型园林。若能提高园林绿化雨水收集利用功能，可使北京园林绿化事业更上一层楼。全社会应重视雨水收集利用型园林的发展。同时，也希望各界人士和广大市民都来关心节水、集水工程，共同出谋划策，提高城市园林绿化的整体功能水平，减少城市园林绿化水资源的支出费用，提高水资源的利用率，保护城市水资源，实现北京城市的可持续发展。
　　6参考文献
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　　[2] 赵良军.新世纪北京市的集水型园林[C]//城市大园林论文集.北京：北京出版社，2002.
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　　[4] 颜昌远.水惠京华[M].北京：中国水利水电出版社，1999.
　　[5] 韩秋筠，付军.节水型园林中国新型园林主要建设模式[J].北京农学院学报，2009（1）：65-68.
　　[6] 汪慧贞，李宪法.北京城市雨水入渗设施的研究[C]//新世纪中-欧大城市发展学术研讨会论文集.北京：[出版社不祥]，2001.
　　[7] 史九玲.如何构建节水型绿地[J].河北林业科技，2007（4）：67.
　　[8] 胡洁.奥林匹克森林公园雨水收集系统[J].建设技术，2008（13）：76.
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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