Rain Garden雨水花园的植物筛选植物的作用.docx
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RainGarden雨水花园的植物筛选植物的作用
Rain Garden——雨水花园的植物筛选、植物的作用
RainGarden
——雨水花园的植物筛选、植物的作用
雨水花园是一种有效的雨水自然净化与处置技术,它收集地面和屋顶雨水,在地势较为低洼的区域,通过植物、沙土的综合作用使雨水得到净化,并使之逐渐渗入土壤,涵养地下水,或使之补给景观用水、厕所用水等城市用水.目前常见的雨水花园可分为二类:
一是以控制径流污染为目的的雨水花园,一般适用于停车场、广场、道路的周边,处理污染较严重的初期雨水;二是以控制径流量为目的的雨水花园,一般适用于处理水质相对较好的小汇流面积的雨洪,如公共建筑或小区的屋面雨水、污染较轻的道路雨水、城乡分散的单户庭院径流等。
一、雨水花园的构造。
雨水花园主要由5部分组成(如图)。
其中在填料层和砾石层之间可以铺设一层砂层或土工布。
根据雨水花园与周边建筑物的距离和环境条件可以采用防渗或不防渗两种做法。
当有回用要求或要排入水体时还可以在砾石层中埋置集水穿孔管。
(1)蓄水层
为暴雨提供暂时的储存空间,使部分沉淀物在此层沉淀,进而促使附着在沉淀物上的有机物和金属离子得以去除。
其高度根据周边地形和当地降雨特性等因素而定。
一般多为100~250mm。
(2)覆盖层
一般采用树皮进行覆盖,对雨水花园起着十分重要的作用,可以保持土壤的湿度,避免表层土壤板结而造成渗透性能降低。
在树皮土壤界面上营造了一个微生物环境,有利于微生物的生长和有机物的降解,同时还有助于减少径流雨水的侵蚀。
其最大深度一般为50~80mm。
(3)植被及种植土层
种植土层为植物根系吸附以及微生物降解碳氢化合物、金属离子、营养物和其他污染物提供了一个很好的场所,有较好的过滤和吸附作用。
一般选用渗透系数较大的砂质土壤,其主要成分中砂子含量为60%~85%,有机成分含量为5%~10%,粘土含量不超过5%。
种植土层厚度根据植物类型而定,当采用草本植物时一般厚度为250mm左右。
种植在雨水花园的植物应是多年生的,可短时间耐水涝,如大花萱草、景天等。
(4)人工填料层
多选用渗透性较强的天然或人工材料,其厚度应根据当地的降雨特性、雨水花园的服务面积等确定,多为0.5~1.2m。
当选用砂质土壤时,其主要成分与种植土层一致。
当选用炉渣或砾石时,其渗透系数一般不小于10-5m/s。
(5)砾石层
由直径不超过50mm的砾石组成,厚度200~300mm。
在其中可埋置直径为100mm的穿孔管,经过渗滤的雨水由穿孔管收集进入邻近的河流或其他排放系统。
通常在填料层和砾石层之间铺一层土工布是为了防止土壤等颗粒物进入砾石层,但是这样容易引起土工布的堵塞。
也可在人工填料层和砾石层之间铺设一层150mm厚的砂层,防止土壤颗粒堵塞穿孔管,还能起到通风的作用。
二、雨水花园的设计方法。
1、雨水花园设计方法——基于汇水面积的比例估算法
除以上两种方法外,有时还采用简单的估算方法,即根据雨水花园服务的汇水面积乘以相应的比例系数计算求得,如下式所示:
Af=Adβ
式中:
β——修正系数。
当汇流面积均为不透水面积时,计算出的雨水花园的面积一般为汇水面积的5%~10%。
此法计算简单,但需通过多年的工程经验积累才能建立这样的公式,且精度不高,对降雨特征变化较大和不同标准要求的适应性较差。
2、雨水花园设计方法——蓄水层有效容积法
这是一种在水量平衡的基础上,利用雨水花园蓄水层的有效容积消纳径流雨水的设计方法。
根据植被被淹没的状态又分为两种情况。
(1)部分植被的高度小于最大蓄水高度,则植被在蓄水层中所占体积如式
(1)所示:
Vv=nA1hv
(1)
式中:
Vv——植被在蓄水部分所占的体积,m3;
n——植被的数量;
A1——茎干的平均横截面积,m2;
hv——淹没在水中的植被平均高度,m。
令植物面积占有率fv为:
fv=nA1/Af
(2)
式中:
fv——植物横截面积占蓄水层表面积的百分比。
将式
(2)代入式
(1)中得:
Vv=fvhvAf(3)
则实际可蓄水的体积如式(4)所示:
Vw=hmAf-Vv=hmAf-fvhvAf=Af(hm-fvhv) (4)
式中:
Vw——实际可蓄水的体积,m3;
hm——最大蓄水高度,m。
根据水量平衡,进入雨水花园的径流量(V=AdHφ)等于实际蓄水体积,即V=Vw,则有:
Af=HAdφ/(hm-fvhv)(5)
(2)植被高度均超出蓄水高度,则有hv=hm,式(4)可化为:
Vw=Afhm(1-fv)(6)
则雨水花园面积为:
Af=HAdφ/[hm(1-fv)](7)
此法主要利用雨水花园蓄水层的有效容积滞留雨水,考虑了植物对蓄水层储水量的影响,但未考虑雨水花园的渗透能力和空隙储水能力。
实际应用中大多采用第二种情况进行计算,主要是用于处理初期雨水,处理的雨水径流量一般按12mm的降雨量设计。
雨水花园是一种有效的雨水自然净化与处置技术,它收集地面和屋顶雨水,在地势较为低洼的区域,通过植物、沙土的综合作用使雨水得到净化,并使之逐渐渗入土壤,涵养地下水,或使之补给景观用水、厕所用水等城市用水.目前常见的雨水花园可分为二类:
一是以控制径流污染为目的的雨水花园,一般适用于停车场、广场、道路的周边,处理污染较严重的初期雨水;二是以控制径流量为目的的雨水花园,一般适用于处理水质相对较好的小汇流面积的雨洪,如公共建筑或小区中的屋面雨水、污染较轻的道路雨水、城乡分散的单户庭院径流等。
三、雨水花园的特征
1雨水花园的水流特征
雨水花园以天然降水为唯一水源,且花园面积有限,因此花园中的水流速度和水量与降雨息息相关:
降雨期间花园中充满雨水,且水流速度较快,具有较强的冲刷作用;降雨过后花园中的水体处于平稳的渗透、蒸发阶段,水体的水平流动停止,随着时间的推移出现局部区域的干枯现象;干旱季节花园中的水体渗透、蒸发殆尽,露出花园地表及种植层。
2雨水花园的污染物特征
众多研究者经过分析测定,雨水中的污染物质有:
悬浮物(sS)、有机污染物(COD)、氯(c1)、总磷(TP)、溶解磷(P04-P)、总氮(TN)、铵态氮(NH}-)、总铁(TFe)、铅(Pb)、锌(Zn)、B0峨等,且以悬浮物(ss)和有机污染物(COD)为主.具有以下特点:
污染物变化幅度较大,随机性很强;污染物浓度随降雨历时呈下降趋势,初期雨水水质较差,特别是SS、COD等指标超标严重;a)D、Pb、Zn与ss之间存在较好的线性相关关系,悬浮物SS不仅本身是一种污染物,而且组成它的颗粒表面还为其它污染物提供了附着的条件。
四、雨水花园的适用植物
1雨水花园植物选择的原则雨水花园既是一种有效的雨水收集和净化系统,也是装点区域环境的景观系统,因此花园内植物的选择既要具有去污性又要兼顾观赏性。
植物的选择需符合以下原则。
(1)优先选用本土植物,适当搭配外来物种本土植物对当地的气候条件、土壤条件和周边环境有很好的适应能力,在人为建造的雨水花园中能发挥很好的去污能力并使花园景观具有极强的地方特色。
但国外在雨水花园的研究、建造和植物选择、培育方面有着更多的经验,提供了丰富的植物选材,可以在试验驯化的前提下谨慎选用,既提高花园中物种的多样性,又避免物种入侵。
(2)选用根系发达、茎叶繁茂、净化能力强的植物植物对于雨水中污染物质的降解和去除机制主要有3个方面:
一是通过光合作用,吸收利用氮、磷等物质;二是通过根系将氧气传输到基质中,在根系周边形成有氧区和缺氧区穿插存在的微处理单元,使得好氧、缺氧和厌氧微生物均各得其所,发挥相辅相成的降解作用,三是植物根系对污染物质,特别是重金属的拦截和吸附作用[6]。
因此根系发达、生长快速、茎叶肥大的植物能更好得发挥上述功能,是雨水花园植物选择的重要标准。
其次雨水花园在降雨期间水体流动速度较快,因此要求植物拥有较深的根系。
(3)选用既可耐涝又有一定抗旱能力的植物因雨水花园中的水量与降雨息息相关,存在满水期与枯水期交替出现的现象,因此种植的植物既要适应水生环境又要有一定的抗旱能力。
『一时作为一个需经常处理污染物的人工系统,容易滋生病虫害,所选的植物也要具有较高的抗逆性,能抗污染、抗病虫害、抗冻、抗热等。
(4)选择町相互搭配种植的植物,提高去污性和观赏性研究表明,不同植物的合理搭配可提高对水体的净化能力:
可将根系泌氧性强与泌氧性弱的植物混合栽种,构成复合式植物床,创造出有氧微区和缺氧微区共同存在的环境,从而有利于总氮的降解,可将常绿草本与落叶草本混合种植,提高花园在冬季的净水能力;可将草本植物与木本植物搭配种植,提高植物群落的结构层次性和观赏性。
2适用于雨水花园的植物
在丰富的湿生、水生植物及耐水湿的乔木品种中,根据以上原则、前人的研究成果、植物的自身习性选择出一些可供雨水花园使用的植物品种(表1—3)。
其次,有一定耐涝能力的草坪草和观赏草也可用于雨水花园(表4)
五、雨水花园中植物的配置方法
1以控制径流污染为日的的雨水花园的植物配置方法
此类雨水花园可用于停车场、广场、道路的周边,由于所处理的雨水污染较为严重,需选择对于各类污染物吸收能力较强的植物,花园可以人工湿地的形式来进行设计,通过植物、动物、土壤的综合作用来净化、吸收雨水。
在水文条件良好,设计区域内自身有一定湿地基础的情况下,可以营造自然形式的湿地系统,反之则可营造较为规则的人工湿地。
前者如美国华盛顿州Renton的水园工程,该水园由原有的一块湿地扩大发展而来,从周围道路和停车场汇集而来的雨水首先注入11个相互关联的沉淀池塘,使得雨水中夹带的悬浮污染物得以沉淀,而后将雨水释放到长而曲折的湿地中,让雨水在缓慢流淌的过程中,经植物、微生物和野生动物的综合作用而得到进一步的净化后。
成都活水公园则给了人们一定的启示,该公园以成都府南河中五类水质为处理对象,在自西向东倾斜的台地中设计有厌氧沉淀池、兼氧池、培植有各种水生动植物群落的5个植物塘和12个植物床,受污染的河水经该系统的吸附、过滤、氧化、还原及微生物的分解作用逐步达到三类水质标准,最终回流到府南河中[1¨。
用于处理雨水的规则式人工湿地可根据水质情况设厌氧或兼氧沉淀池,根据雨水流量设一系列台地状的植物塘。
在植物的配置上,自然式湿地沉淀池的沿岸可成片种植芦苇、香根草等湿生植物,规则式人工湿地的沉淀池可沿岸边设计梯台式的植物床种植湿生植物,池塘中限制性得种植凤眼莲、大漂等水生植物,让悬浮物质得以沉淀的同时,也去除雨水中的部分有机污染物。
自然式湿地沿线带状种植各种既能去除有机污染物又有一定观赏价值的湿生植物,如:
香蒲、灯心草、莎草、茭白、慈菇、美人蕉、姜花等,并要适当配置常绿湿生植物,如石菖蒲、旱伞草等,保证冬季的净水能力,随着水质的逐步改善,在一些水流较缓的区域可种植荇菜、睡莲等水生植物,增加观赏性。
规则式湿地则将上述植物根据净水能力的高低,分别种植在各层的植物塘中,随着水质的净化在一些植物塘中可引入鱼类、蛙类等动物形成更复杂的动植物群落。
2以控制径流量为目的的雨水花园的植物配置方法
此类雨水花园一般用于处理公共建筑或小区中的屋面雨水、道路雨水等,水质相对较好,植物的选择范围更广,同时这些场所为人员密集区域,花园不仅仅是处理雨水的工具,还要满足人们活动和观赏的需求。
(1)控制经流量与活动相结合的植物配置方法
与人员活动相结合的雨水花园适合营造于居住区、公园中,花园面积较大,形成与周边区域平缓过渡的低洼地,其设计形式类似于公共绿地。
根据雨水渗透和回收利用的要求,花园中铺设砾石层和填料层后,表层的植被以耐踩踏、耐涝的草本和耐水湿的乔、灌木为主。
花园的草坪活动区可选用狗牙根、雀稗等耐涝能力较强的草坪草种,与花园周边道路和园内小径相衔接处可选用香菇草、三白草、鸭跖草等既耐涝又对污染物有一定吸收作用的地被植物,整个区域内配合道路、活动、休息设施栽种湿地松、落羽杉、垂柳、枫杨等耐水湿的高大乔木,增强花园的立体层次及遮荫效果。
这样的雨水花园可在雨后形成蓄水湿地,承担处理雨水的功能,天气晴朗时形成具有一定坡度和遮荫的草地,成为人们户外活动的重要场所。
德国科隆斯堡山上位于某社区中心2条长30m、宽20m的绿色区域就起到了蓄水和供周边居民活动的作用。
这2条绿色区域顺着地形由山顶向山脚倾斜,宽度上人工开挖成类似河道的“V”字型,让来自于屋顶、道路和广场的雨水能顺着绿地流向山脚,同时每隔一定距离设置一道混凝土挡水矮墙,加强了对雨水的截留作用,让雨水能停留在汇水区域中并慢慢渗入地下。
当雨水渗透消失后,绿地就成为对各个年龄段的居民都极具吸引力的活动场所,儿童在此玩耍、成年人在绿地中的小径上漫步、老年人可以坐在混凝土矮墙上聊天、休息,虽然没有花哨的设计,但人们均各得其所。
(2)控制经流量与观赏相结合的植物配置方法与观赏相结合的雨水花园则适合营造在办公、商业、学校等公共区域,花园的面积较小或偏于狭长,因此需要营造得较为精致,满足公共区域中人们的观赏要求,形似水景园。
根据用地情况,花园可以营造成长而蜿蜒的水渠或方正有序的水池,美国波特兰市的一些雨水花园则提供了有效的参考:
前者如景观设计师穆拉色设计的波特兰酋个雨水花园,它能对某大厦屋顶收集的雨水进行有效的渗透,为了最大限度得收集雨水,花园的造型为一系列浅滩、小瀑布以及被岩石分隔而成的、具有一定落差变化的串联水池,在前一个水池积满水之后,雨水才从池边溢出跌落到下一个水池,有利于污染物质的沉淀并使得雨水有充分的时间渗人地下;后者如位于波特兰塔博尔中学的雨水花园,它由一块长方形的停车场改造而成,来自学校屋顶的雨水顺着一系列混凝土排水道进入花园,2条豆砾石长廊南北而设,连接花园的两端。
成为引导雨水的主体,更能形成两道平静的水面,增加花园的观赏性¨引。
在植物的配置方面,上述2种雨水花园都以雨水为唯一水源,地表具有良好的渗透性,因此花园存在丰水期和枯水期的交替变化,植物应以既耐涝又耐旱的观赏性湿生草本为主。
在长条形的水渠中,可选择美人蕉、黄菖蒲、千屈菜、泽泻、红莲子草、石菖蒲等中小型湿生植物,随意而自然的点缀在池边石缝及卵石浅滩中,吸收雨水中各种有害的污染物并固定水渠边缘的碎石和沙土。
如果进入花园的初期雨水所含污染物质较多,也可以考虑在接近进水口的1~2个水池中限制性地种植凤眼莲、大漂等去污能力较强的水生植物,并适当降低该水池的渗水能力,使其保持一定的水位。
在方正集中的水池中,可重点选择禾本科、莎草科中小型的湿生植物和具有一定耐涝能力的观赏草,如:
旱伞草、细叶莎草、多穗苔草、花叶卡开芦、花叶燕麦草、矮蒲苇、斑叶芒、细叶芒等进行较为规则、整齐的种植,体现观赏草群体的色彩和叶片线型之美。
总结:
雨水花园作为一种具有很强的净化能力的花园,在市政绿化中的作用将越来越大,是今后市政绿化的发展方向。
参考文献:
1刘佳妮雨水花园的植物选择
2雨水花园的构造
3雨水花园的设计方法
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