陳珂珂, 何瑞珍, 梁 濤, 田國(guó)行

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院, 河南 鄭州 450002)

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基于“海綿城市”理念的城市綠地優(yōu)化途徑

陳珂珂, 何瑞珍, 梁 濤, 田國(guó)行

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院, 河南 鄭州 450002)

摘要：[目的] 分析城市綠地、匯水區(qū)與積水點(diǎn)的關(guān)系，需優(yōu)化綠地與匯水區(qū)的關(guān)系，以期能夠緩解城市雨水徑流問(wèn)題。[方法] 融合“海綿城市”與國(guó)內(nèi)外最新的生態(tài)雨洪管理理念，以鄭州市為例，采用ArcGIS 10.0軟件將其劃分為93個(gè)匯水區(qū)，通過(guò)水量平衡法理論計(jì)算需優(yōu)化綠地面積的參數(shù)。[結(jié)果] 在現(xiàn)狀綠地與匯水區(qū)面積比值不同和單次降雨分別為50，100，200 mm的情況下，得出需優(yōu)化綠地與匯水區(qū)面積的不同比值，并建立相應(yīng)的回歸方程，且得出在綠地率為30%左右時(shí)綠地調(diào)蓄效果較好。[結(jié)論] 城市綠地可以從增加城市綠地規(guī)模、合理布局城市綠地以及具體實(shí)施途徑方面進(jìn)行優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：城市綠地; “海綿城市”; 匯水面; 積水點(diǎn)

文獻(xiàn)參數(shù)： 陳珂珂, 何瑞珍, 梁濤, 等.基于“海綿城市”理念的城市綠地優(yōu)化途徑[J].水土保持通報(bào)，2016,36(3)：258-264.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.03.045

近年來(lái)，中國(guó)的城市化侵占大量的農(nóng)田、林地、湖泊、河流等自然生態(tài)系統(tǒng)，使城市土地利用發(fā)生了改變[1]，導(dǎo)致降雨頻率以及降雨量的增加，形成了城市特有的“雨島效應(yīng)”。地表徑流量的增加很大程度上加劇了水土流失、土壤侵蝕、暴雨積水以及城市雨水徑流的面源污染[2]。城市水安全問(wèn)題日益凸顯，如水環(huán)境污染、水資源短缺、城市暴雨洪澇災(zāi)害等[3]。傳統(tǒng)的依賴市政管網(wǎng)建設(shè)和灰色基礎(chǔ)設(shè)施將雨水快速排出的思想已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代城市雨水管理的需要。因此需要轉(zhuǎn)變思路，把雨水當(dāng)成城市寶貴的資源、解渴的財(cái)富，依據(jù)當(dāng)代城市最先進(jìn)的雨洪管理理念和技術(shù)，利用綠地，從源頭上將雨水滲蓄利用，就地消納[4]。

城市綠地作為城市生態(tài)系統(tǒng)中僅存的保留有水氣循環(huán)功能的組成部分，對(duì)改善城市生態(tài)環(huán)境，減少地表徑流流量、污染，增強(qiáng)土壤滲透性，減輕土壤的侵蝕，回補(bǔ)地下水具有重要作用[5]。然而城市土地昂貴的價(jià)格，限制了綠地的發(fā)展。通過(guò)具體的綠地優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)地塊內(nèi)雨水的控制和有效利用，是海綿城市研究的主要對(duì)象，也是本文研究的主要內(nèi)容。海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在面對(duì)城市環(huán)境變化時(shí)能夠具有良好的“彈性”，比喻城市或土地的雨洪調(diào)蓄能力[6]。

美國(guó)是最早開(kāi)始雨洪調(diào)蓄研究的國(guó)家之一，從最佳雨水管理措施(best management practices， BMPs)發(fā)展到低影響開(kāi)發(fā)(low impact development, LID)[7-8]。美國(guó)環(huán)保局(environment protection agency， EPA)制定了大量的法律、政策、經(jīng)濟(jì)技術(shù)手段來(lái)促進(jìn)雨水處理措施的有效實(shí)施[9]。且以提高雨水的天然下滲能力為宗旨，就地進(jìn)行雨水收集、滲透、儲(chǔ)存和凈化，注重雨水與綠地、水系等自然條件與景觀的生態(tài)設(shè)計(jì)相結(jié)合，采用分散、小型的源頭雨水處理措施來(lái)獲得景觀、生態(tài)、環(huán)境等多種效益[10]。澳大利亞的水敏型城市設(shè)計(jì)(water sensitive urban design, WSUD)強(qiáng)調(diào)城市整體規(guī)劃和設(shè)計(jì)與城市的整體水文循環(huán)過(guò)程相結(jié)合，通過(guò)雨水處理技術(shù)與景觀設(shè)計(jì)來(lái)保護(hù)城市水質(zhì)和水生態(tài)系統(tǒng)健康[11]。此外英國(guó)、德國(guó)、日本、新西蘭等國(guó)家都在進(jìn)行類似的實(shí)踐，如英國(guó)倫敦的可持續(xù)排水系統(tǒng)(sustainable urban drainage systems, SUDS)，德國(guó)典型的“濕地過(guò)濾溝系統(tǒng)”，日本成立了“日本雨水貯留滲透技術(shù)協(xié)會(huì)”以及新西蘭的低影響城市設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)(low impact urban design and development, LIUDD)等。

關(guān)于海綿城市理念，中國(guó)尚處于起步階段且在城市的小尺度進(jìn)行，但其理論和方法也多應(yīng)用到多個(gè)項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)踐中。俞孔堅(jiān)指出“河流兩側(cè)的自然濕地如同海綿，調(diào)節(jié)河水之豐儉，緩解旱澇災(zāi)害”[12]；同時(shí)實(shí)踐運(yùn)用生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)綜合解決以水為核心的城市問(wèn)題[13-14]。董淑秋等[15]在北京《首鋼工業(yè)區(qū)改造》中，針對(duì)規(guī)劃區(qū)雨水利用問(wèn)題，從城市規(guī)劃層面前瞻性的提出了“生態(tài)排水+官網(wǎng)排水”的生態(tài)海綿城市理念。莫琳等[16]結(jié)合亦莊經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)南部拓展區(qū)融合國(guó)內(nèi)外的最新生態(tài)雨洪調(diào)蓄理念，構(gòu)建以水系和綠地為核心的“綠色海綿”技術(shù)方案等。

本文擬以鄭州市區(qū)為研究對(duì)象，在調(diào)查市區(qū)內(nèi)具有雨水調(diào)蓄功能的裸露土地、植物等自然要素的基礎(chǔ)上，以各個(gè)匯水區(qū)內(nèi)的雨水就地消納為宗旨，從綠地的規(guī)劃布局、數(shù)量特征、降雨強(qiáng)度等多個(gè)方面，分析鄭州“海綿”城市建設(shè)的途徑和措施[17]，以期能夠緩解城市雨水徑流問(wèn)題。

1研究區(qū)概況

2013年，鄭州市建成區(qū)面積為382.7 km2(含上街區(qū)26.6 km2)，本研究選擇了包括金水區(qū)、二七區(qū)、中原區(qū)、管城區(qū)、鄭東新區(qū)、高新區(qū)和經(jīng)開(kāi)區(qū)的部分范圍，面積約262.45 km2。鄭州市1991—2013年年降水量變幅在353.2～1 010.6 mm之間，變化幅度大，多年(1991—2013)平均降水量為620.37 mm。降雨時(shí)空分布不均勻，集中分布在6—9月，占全年降雨量的65.4%左右。集中的降水極易產(chǎn)生較大的徑流，造成城市積水。

2研究方法

本文首先利用ArcGIS 10.0軟件，對(duì)鄭州市Google影像進(jìn)行坐標(biāo)配準(zhǔn)、幾何校正、輻射增強(qiáng)、光譜增強(qiáng)等影像預(yù)處理，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)解譯結(jié)合目視判讀，制作鄭州市綠地分布圖。其次利用ArcGIS 10.0的水文分析模塊對(duì)鄭州市DEM(dynamic effect model)數(shù)據(jù)進(jìn)行水文分析。主要包括無(wú)洼地DEM生成、河網(wǎng)提取以及流域的分割技術(shù)等，最終形成本文研究的93個(gè)子匯水區(qū)，并求出各個(gè)子匯水區(qū)的面積。再通過(guò)ArcGIS 10.0空間疊加技術(shù)將子匯水區(qū)與鄭州市對(duì)外公布的積水點(diǎn)圖進(jìn)行了空間疊加。最后根據(jù)海綿城市的理念，基于雨水全部下滲的思想，對(duì)土壤分布圖、綠地和匯水區(qū)之間的關(guān)系進(jìn)行了量化研究，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了各匯水區(qū)內(nèi)綠地的優(yōu)化設(shè)計(jì)途徑的探討。

3結(jié)果與分析

3.1市區(qū)綠地現(xiàn)狀分析

研究中對(duì)區(qū)域衛(wèi)星影像圖進(jìn)行了城市綠地的人工解譯，得到該區(qū)域綠地斑塊空間分布數(shù)據(jù)(表1—2)。從表1和表2可以看出，綠地斑塊面積在100～3 000 m2范圍內(nèi)的斑塊數(shù)量約占總綠地斑塊數(shù)量84.40%，面積上所占比例為12.72%；綠地斑塊面積在3 000～100 000 m2的綠地占總綠地面積的87.25%。因此可以得知該區(qū)域內(nèi)綠地以中小型斑塊綠地為主，數(shù)量多、面積較小。

表1　鄭州市區(qū)城市綠地?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

表2　鄭州市不同綠地斑塊面積范圍內(nèi)斑塊數(shù)量及總面積

實(shí)測(cè)研究區(qū)域范圍內(nèi)的土壤類型并通過(guò)ArcGIS 10.0空間統(tǒng)計(jì)分析不同土壤類型占地面積；可以看出鄭州市區(qū)中心大部分為潮土類型，占市區(qū)面積的57.8%，高新區(qū)大部分為褐土類型占市區(qū)面積的40.8%，其余為少量草甸風(fēng)砂土。

3.2城市綠地、匯水區(qū)與積水點(diǎn)關(guān)系分析

由于鄭州降雨比較集中并常以汛期形式出現(xiàn)，且隨著鄭州城市化進(jìn)程的加快，城市不透水面積的加大，使鄭州地區(qū)極易產(chǎn)生內(nèi)澇。通過(guò)分析現(xiàn)狀綠地率較低的區(qū)域可知，其綠地調(diào)蓄能力較差，應(yīng)明確其區(qū)域范圍，對(duì)其范圍內(nèi)綠地進(jìn)行重點(diǎn)優(yōu)化。同時(shí)將研究區(qū)域內(nèi)城市內(nèi)澇點(diǎn)分布(共計(jì)83個(gè))在GIS中進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理后與研究區(qū)域綠地、匯水區(qū)分布以及重點(diǎn)優(yōu)化區(qū)域進(jìn)行疊加。重點(diǎn)分析他們之間的關(guān)系，為優(yōu)化城市綠地提供依據(jù)。

3.2.1城市綠地與積水點(diǎn)的關(guān)系

(1) 研究中對(duì)現(xiàn)狀綠地率分別為0%～5%，5%～10%，10%～15%，15%～20%，20%～25%，25%～30%，30%～35%的積水點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分別為0，19，45，10，7，2，4?？芍F(xiàn)狀綠地率為0%～5%的區(qū)域無(wú)積水點(diǎn)，由于該范圍位于研究區(qū)域邊界附近，且研究區(qū)域的劃分不是以匯水區(qū)作為劃分依據(jù)，導(dǎo)致研究區(qū)域邊界附近匯水區(qū)僅為整個(gè)匯水區(qū)的小部分，綠地率較低而無(wú)積水點(diǎn)。從整體上看積水點(diǎn)多分布在城市綠地率較低的管城回族區(qū)、金水區(qū)以及二七區(qū)，說(shuō)明此區(qū)域綠地雨水調(diào)蓄能力較差，城市雨水排水壓力較大。即城市綠地率越低，綠地雨水調(diào)蓄能力越差，越容易產(chǎn)生內(nèi)澇。

(2) 積水點(diǎn)區(qū)域范圍內(nèi)綠地雨水調(diào)蓄能力較差，分析其綠地特征為綠地率較低，斑塊較小、數(shù)量少且分散，無(wú)法對(duì)雨水進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)。綠地雨水調(diào)蓄能力差的區(qū)域彼此連接并且面積較大，大大增加了不透水面的連接性；而雨水調(diào)蓄能力較好的區(qū)域多分布在城市周邊區(qū)域，彼此分離，連接性較差。城市內(nèi)河流綠地、道路綠地形式?jīng)]有對(duì)綠地格局較好的區(qū)域起到連接作用。

(3) 城市積水點(diǎn)較多分布于大型立交橋和道路交叉口，雖然此處綠地斑塊面積較大，但雨水卻不能進(jìn)入綠地進(jìn)行調(diào)蓄，容易產(chǎn)生積水。

3.2.2城市匯水面與積水點(diǎn)的關(guān)系通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)積水點(diǎn)進(jìn)行緩沖區(qū)分析，可知積水點(diǎn)主要分布在匯水區(qū)邊界線及附近200 m范圍內(nèi)、匯水區(qū)中心區(qū)域。城市雨水流域匯水區(qū)的劃分是以地形作為劃分的主要因素[18]，并且以分水嶺及出水口作為劃分依據(jù)[19]。因此可分析積水點(diǎn)所在位置原因?yàn)椋何挥趨R水區(qū)邊界線及附近區(qū)域的積水點(diǎn)在城市降雨過(guò)程中，降落在此區(qū)域的雨水由于坡降較大，徑流量、徑流速度也較大，不能有效的對(duì)雨水進(jìn)行及時(shí)排除易形成積水點(diǎn)。位于匯水區(qū)邊界交匯處的積水點(diǎn)多位于匯水區(qū)的出水口位置，作為匯水區(qū)的最低點(diǎn)，易發(fā)生城市內(nèi)澇。位于匯水區(qū)中心的區(qū)域的積水點(diǎn)，地勢(shì)較低，城市徑流多匯集于此，易產(chǎn)生積水點(diǎn)。

3.3優(yōu)化綠地設(shè)計(jì)的依據(jù)分析

為探討需增加綠地面積與匯水區(qū)以及現(xiàn)狀綠地面積的關(guān)系，本文計(jì)算了不同匯水區(qū)內(nèi)綠地面積、匯水區(qū)面積并計(jì)算出各自的比值。在假設(shè)單次降雨量分別為50，100，200 mm時(shí)，計(jì)算不同匯水區(qū)內(nèi)需增加的綠地面積，以及與相應(yīng)匯水區(qū)面積的比值。將統(tǒng)計(jì)綠地與匯水區(qū)面積比值按從小到大排列，分析綠地面積、需增加綠地面積與匯水區(qū)面積比值之間的關(guān)系(圖1)。

由圖1可知，區(qū)域中綠地面積、增加綠地與匯水區(qū)面積的比值呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。當(dāng)區(qū)域中綠地面積與匯水區(qū)面積比值較小時(shí)，需增加的綠地面積與匯水區(qū)面積比值較大，反之亦然。且隨著單次降雨量的增大，需增加綠地面積的比值也逐漸增大。

圖1　　　　現(xiàn)狀綠地面積與不同降雨條件下需增加

另外，利用SPSS軟件對(duì)兩者之間的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析，在單次降雨分別為50，100，200 mm條件下的相關(guān)系數(shù)分別為-0.790，-0.899，-0.904，均在0.01水平上呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)。說(shuō)明現(xiàn)狀綠地條件對(duì)綠地面積的需求有顯著影響，因此增加城市綠地面積可以有效控制匯水區(qū)內(nèi)雨水[20]。

3.4優(yōu)化綠地設(shè)計(jì)參數(shù)確定

本文主要從綠地消納水量研究其調(diào)蓄能力，把鄭州市區(qū)劃分了93個(gè)匯水區(qū)。分別計(jì)算每個(gè)匯水區(qū)面積及對(duì)應(yīng)的現(xiàn)狀綠地面積、水面面積、土壤類型下的飽和含水量、需優(yōu)化綠地面積。通過(guò)《河南土壤地理》查詢可知鄭州潮土、褐土等不同質(zhì)地的飽和含水量[21]。根據(jù)實(shí)際計(jì)算需要，砂質(zhì)潮土飽和含水量取均值242 g/kg，壤質(zhì)潮土、濕潮土取均值414 g/kg；褐土以及褐土性土取均值377 g/kg；其余土壤類型占比例很少，可不參與計(jì)算。

在降雨過(guò)程中，綠地通過(guò)匯流、滲透、蓄集、蒸發(fā)、溢流等方式消納部分雨水。忽略綠地的蒸發(fā)量，且假設(shè)進(jìn)入綠地的雨水無(wú)外排以及不透水地面徑流全部徑流到綠地上的情況下，存在以下平衡關(guān)系：

Qi=Qi′+Ql+Vi

(1)

式中：Qi——第i個(gè)匯水區(qū)內(nèi)在單次降雨條件下的雨水總量(m3)；Qi′——第i個(gè)匯水區(qū)下綠地消納雨水總量(m3)；Ql——第i個(gè)匯水區(qū)內(nèi)河流消納水量(m3)；Vi——第i個(gè)匯水區(qū)內(nèi)不透水面的徑流量(m3)。下同。

不同匯水區(qū)下在單次降雨條件下的雨量計(jì)算公式為:

Qi=Pi×Ai

(2)

式中：Pi——不同降雨條件下降雨量(mm)(i=0.05，0.1，0.2)；Ai——第i個(gè)匯水區(qū)面積(m2)。下同。

不同匯水區(qū)下土壤類型所消納的最大雨量計(jì)算公式為：

Qi′=Pi′×Ai′

(3)

式中：Pi′——不同土壤類型的飽和含水量(g/kg)；Ai′——第i個(gè)匯水面內(nèi)綠地面積(m2)。下同。

不同匯水區(qū)下河流所消納雨量計(jì)算公式為：

Qli′=Pi×Ali′

(4)

式中：Qli′——第i個(gè)匯水面內(nèi)河流吸納水量(m3)；Ali′——第i個(gè)匯水面內(nèi)河流面積(m2)。下同。

依據(jù)以上水量平衡公式可得到需增加綠地面積的理論估算公式為：

Axi′=(Qi-Qi′-Qli′)/Pi′

(5)

式中：Axi′——第i個(gè)匯水面內(nèi)需增加綠地面積(m2)。

3.5優(yōu)化綠地設(shè)計(jì)的參數(shù)選擇

3.5.1需增加綠地面積參數(shù)選擇為定量描述需增加綠地面積來(lái)控制雨水量，以鄭州市為例，分別計(jì)算不同匯水區(qū)內(nèi)綠地與匯水面積的比值，并且根據(jù)不同的比值劃分成7個(gè)等級(jí)。在假設(shè)單次降雨量分別為50，100，200 mm時(shí)，相應(yīng)匯水區(qū)內(nèi)綠地面積所占比例分別為0%～5%，5%～10%，10%～15%，15%～20%，20%～25%，25%～30%，30%～35%，35%～40%以及40%以上條件下的不同比例等級(jí)情況下，計(jì)算需增加綠地面積與相應(yīng)的匯水區(qū)的比值，使不同匯水面內(nèi)的雨水能夠全部控制(圖2)。

圖2　　　　不同降雨、不同綠地率條件下需

由圖2可知，對(duì)于現(xiàn)狀綠地面積與匯水區(qū)面積比值為0%～5%，5%～10%，10%～15%，15%～20%，20%～25%，25%～30%，30%～35%，35%～40%以及40%條件下，當(dāng)單次降雨量為50 mm時(shí)，需增加綠地與匯水區(qū)面積的比值分別為19.7%，11.6%，8.4%，2.4%，0.5%，0，0，0，0。當(dāng)單次降雨量為100 mm時(shí)，需增加綠地與匯水區(qū)面積的比值分別為40.3%，29.6%，27.6%，17.4%，17.6%，13.7%，10.8%，4.9%，0。當(dāng)單次降雨量為200 mm時(shí)，需增加綠地與匯水區(qū)積比值分別為81.7%，66.3%，69.0%，62.4%，56.9%，48.9%，42.0%，26.5%，15.8%。

通過(guò)在單次降雨分別為50，100，200 mm時(shí)對(duì)匯水區(qū)內(nèi)的現(xiàn)狀綠地率與需增加綠地面積與匯水區(qū)面積比值進(jìn)行線性回歸分析(表3)。分析其相關(guān)系數(shù)R，R2，F(xiàn)以及顯著性概率的取值，可知現(xiàn)狀綠地率與需增加綠地與匯水區(qū)面積比值之間存在強(qiáng)烈的負(fù)相關(guān)性，可以建立線性模型，并且回歸系數(shù)的顯著性水平均小于0.05。因此得出不同降雨條件下的回歸方程分別為y1=-0.845x+0.176；y2=-0.945x+0.376；y3=-1.073x+0.787。y1，y2，y3分別代表單次降雨量分別為50，100，200 mm條件下需增加綠地與匯水區(qū)面積比值，x代表每個(gè)匯水區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀綠地率。

本研究回歸方程的得出，是在鄭州市土壤特征為潮土和褐土，現(xiàn)狀綠地率大部分為0%～25%以及以本區(qū)域現(xiàn)狀地形劃分的匯水區(qū)作為條件進(jìn)行的。綠地的雨水調(diào)蓄主要是通過(guò)一定規(guī)模綠地土壤的下滲來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此土壤特征以及現(xiàn)狀綠地率成為影響雨水下滲的因素。在土壤特征一定的情況下，現(xiàn)狀綠地率成為影響雨水下滲的主要因素。本研究中在不同單次降雨條件下需增加綠地與匯水區(qū)面積的比值隨著現(xiàn)狀綠地率的增大而減小，并且定量了他們之間的關(guān)系。因此通過(guò)增加城市綠地，可以達(dá)到控制雨水的目的，同時(shí)也可以作為鄭州市綠地規(guī)劃的依據(jù)。

表3　回歸分析匯總

注：① 因變量，增加綠地面積比； ② 預(yù)測(cè)變量(常量)綠地率。

3.5.2綠地消納雨水效果分析依據(jù)鄭州地質(zhì)條件，以土壤飽和含水量為414 g/kg，且土壤穩(wěn)定滲透速率為0.318 mm/min為例，計(jì)算在不同匯水區(qū)下，不同單次降雨量、綠地率不同下的滲透時(shí)間(圖3)。由圖3可以看出，下滲時(shí)間隨著降雨量的增加而增大，而隨著綠地率的增加而減小。降雨量增大，一定的下滲時(shí)間制約著綠地對(duì)雨水的下滲能力。通過(guò)計(jì)算結(jié)果可知當(dāng)綠地率為30%時(shí)，對(duì)單次降雨量分別為50，100 mm的降雨在21，42 h左右即可完全消納。對(duì)單次降雨量為200 mm的降雨在51 h左右的消納率約為62%；在84 h左右能夠完全消納，但是耗時(shí)較長(zhǎng)。如果僅靠綠地調(diào)蓄200 mm的短時(shí)降雨量，則需要使綠地率達(dá)到60%左右即可在42 h內(nèi)完全消納。但考慮到鄭州的實(shí)際建設(shè)情況以及降雨強(qiáng)度，鄭州市綠地率達(dá)到30%左右即可發(fā)揮綠地的調(diào)蓄效果并且消耗較短的時(shí)間。

3.6城市綠地優(yōu)化途徑

基于“海綿城市”理念城市綠地優(yōu)化的關(guān)注焦點(diǎn)在于綠地對(duì)城市雨水徑流量的削減和對(duì)雨水的凈化效果。而綠地對(duì)雨水的滯留、消納和過(guò)濾功能，主要與城市綠地規(guī)模、綠地的整體布局以及綠地的建造方式相關(guān)[22]。

圖3　不同降雨量、綠地率下的下滲時(shí)間

3.6.1合理增加城市綠地的規(guī)模鄭州市積水點(diǎn)多集中在鄭州中心老城區(qū)，綠地規(guī)模嚴(yán)重不足，綠地?cái)?shù)量少，無(wú)法對(duì)雨水徑流進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。依據(jù)城市綠地與匯水區(qū)面積的比例關(guān)系，盡可能保證匯水面內(nèi)綠地規(guī)模，增加雨水的滲透空間，可以緩解城市排水系統(tǒng)的壓力以及補(bǔ)給地下水。

因此可根據(jù)不同的降雨標(biāo)準(zhǔn)，不同匯水面內(nèi)的現(xiàn)狀綠地率得到的回歸方程y1=-0.845x+0.176；y2=-0.945x+0.376；y3=-1.073x+0.787。合理增加城市綠地面積收集、凈化、滲透、就地利用場(chǎng)地內(nèi)產(chǎn)生的雨水徑流，最大限度滿足城市雨水滲透空間的需要。

3.6.2合理布局城市綠地城市雨水徑流的增加與綠地沒(méi)有直接關(guān)系，但與不透水面呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系。中心老城區(qū)綠地斑塊較小、彼此連接性較差，反過(guò)來(lái)增加了城市不透水面的面積以及它們之間的連接性，導(dǎo)致了徑流量的增加。因此在增加綠地規(guī)模時(shí)，應(yīng)合理布局城市綠地，增加綠地的連通性。具體做法如下：

(1) 在現(xiàn)狀綠地率為20%以上區(qū)域，綠地面積較大，調(diào)蓄能力較好，能滿足一般的小降雨徑流的需求。但在城市開(kāi)發(fā)過(guò)程中，這類型區(qū)綠地面積會(huì)逐漸減少，因此應(yīng)以保護(hù)為主，優(yōu)先對(duì)此區(qū)域綠地位置以及空間形式合理規(guī)劃去限制一般的暴雨徑流和污染[23]，再進(jìn)行城市建設(shè)?！昂＞d城市”理念的場(chǎng)地規(guī)劃要依據(jù)此區(qū)域的自然地形、土壤類型以及植被，具體措施有：保護(hù)該區(qū)域的自然土壤和植被，最小化對(duì)自然流域的干擾，降低不可滲透表面以及它們之間的連接性，減少土壤壓實(shí)，增加植被等。

(2) 在現(xiàn)狀綠地率為0%～20%區(qū)域，綠地面積較少，調(diào)蓄能力較差，需重點(diǎn)改善場(chǎng)地內(nèi)綠地。針對(duì)鄭州中心城區(qū)這種特殊環(huán)境，首先應(yīng)注重場(chǎng)地源頭綠地的布置，在匯水面邊界以及附近200 m范圍內(nèi)徑流速度與流量較大，容易產(chǎn)生積水點(diǎn)，應(yīng)設(shè)置較大的綠地。其次在流域出水口也就是匯水面交界最低洼處，重點(diǎn)設(shè)計(jì)城市綠地。在匯水區(qū)中心范圍內(nèi)徑流量較大，結(jié)合市區(qū)內(nèi)公園綠地，增強(qiáng)匯水面的雨洪調(diào)蓄能力。最后利用城市道路綠地、濱水綠地等線性綠地將不同的綠地斑塊連接起來(lái)，增加綠地的連通性，打斷不透水面的連通性，使整個(gè)區(qū)域的雨水調(diào)蓄能力得到增強(qiáng)。

3.6.3實(shí)施途徑以上僅僅針對(duì)93個(gè)匯水區(qū)的綠地規(guī)模與布局的整體建議的解答，但是該如何實(shí)施才能夠緩解雨水徑流，則需要依據(jù)鄭州的不同優(yōu)化要素，使用與綠地相關(guān)性較高的低影響開(kāi)發(fā)措施，根據(jù)不同匯水區(qū)內(nèi)的具體綠地規(guī)模的需求來(lái)優(yōu)化城市綠地布局、合理增加綠地面積。

(1) 城市道路綠地的優(yōu)化。鄭州道路綠化多為行道樹(shù)+中央綠化帶模式，且道路綠化的高度多高于實(shí)際路面，無(wú)法有效地消納雨水。下凹式綠地可有效滲透和儲(chǔ)存雨水，因此可通過(guò)降低綠地高程或改變平坦綠地為地形起伏的凹凸空間來(lái)設(shè)計(jì)下凹式綠地來(lái)增加綠地規(guī)模[24]。在道路承載力需求不高的區(qū)域宜采用透水鋪裝如嵌草磚、嵌草鋪裝等增加綠地面積以及地面滲透性。

(2) 城市附屬綠地的優(yōu)化。從適宜性角度看，附屬綠地分布廣且和建筑聯(lián)系緊密，適宜建設(shè)雨水花園、植草溝等小型、分散的消納雨水的場(chǎng)地。另外，屋頂綠化也是一種有效地控制雨水的措施，因此可以考慮對(duì)鄭州建筑屋頂進(jìn)行大規(guī)模綠色屋頂及綠墻建設(shè)，可有效增加匯水區(qū)內(nèi)綠地面積、綠地斑塊數(shù)量等措施增加雨水滲透、延遲徑流的形成。在建筑基礎(chǔ)周圍可進(jìn)行基礎(chǔ)綠化的種植，增加雨水滲透機(jī)會(huì)。

(3) 城市公園綠地、廣場(chǎng)、停車場(chǎng)優(yōu)化途徑。城市公園綠地是市民休閑娛樂(lè)、放松心情、享受自然的場(chǎng)所。城市中的綜合性公園一般面積較大，且多與市域的河流連通，有一定面積的水面，因此成為市區(qū)水循環(huán)中很重要的環(huán)節(jié)。近年來(lái)，隨城市化進(jìn)程的加快，進(jìn)入公園的游客數(shù)量也劇烈增加，同時(shí)也增加了公園管理的成本。很多公園為了降低維護(hù)成本，增加了硬質(zhì)鋪裝的面積，這進(jìn)一步阻隔了雨水滲透的通道。綜合公園應(yīng)該擴(kuò)大能進(jìn)行水循環(huán)的面積，除水面之外，宜采用透水鋪裝如嵌草磚、嵌草鋪裝或采用樹(shù)陣廣場(chǎng)、樹(shù)下停車場(chǎng)等來(lái)增加綠地面積以及地面滲透性。廣場(chǎng)和停車場(chǎng)考慮通視和活動(dòng)的需要，也宜采用透水鋪裝如嵌草磚、嵌草鋪裝以增加場(chǎng)地的滲透性。

(4) 與城市雨水管網(wǎng)的關(guān)系的優(yōu)化途徑。城市的雨水管網(wǎng)被譽(yù)為城市的血管，其暢通程度關(guān)系到了城市乃至城市所在流域的水循環(huán)和水安全。近年來(lái)，多發(fā)的城市內(nèi)澇，造成了巨大的損失。這與城市的雨水管網(wǎng)與不斷增加的連續(xù)的不透水地面的面積密切相關(guān)。解決這個(gè)問(wèn)題的措施除保障城市雨水管網(wǎng)的暢通外，可以考慮切斷連續(xù)的不透水地面之間的聯(lián)系，延緩徑流的形成。比如在屋頂落水管與城市雨水管網(wǎng)之間，通過(guò)植草溝、雨水管渠將屋面雨水引入場(chǎng)地內(nèi)調(diào)蓄設(shè)施；在街道中，將街道雨水口內(nèi)移至雨水花園或植草溝內(nèi)，使排水路徑由“街道—雨水口—雨水管網(wǎng)”變?yōu)椤敖值馈G地—雨水口—雨水管網(wǎng)”，強(qiáng)化雨水與綠地的聯(lián)系；也可將局部雨水管網(wǎng)設(shè)置在調(diào)蓄水景設(shè)施中的流溢設(shè)施或管道中，強(qiáng)化其與水體連接等。

當(dāng)然，對(duì)于目前城市雨洪，僅僅依靠城市綠地進(jìn)行調(diào)蓄的能量是有限的。依據(jù)本文的研究在單次降雨量不高的情況下，通過(guò)合理優(yōu)化城市綠地可以達(dá)到調(diào)蓄雨水徑流的目的。對(duì)于短時(shí)較大的降雨量，可能需要建設(shè)地下儲(chǔ)水系統(tǒng)，促進(jìn)水的儲(chǔ)留和緩解雨水徑流，需要強(qiáng)化綠地與城市雨水管網(wǎng)的關(guān)系，或者是通過(guò)對(duì)民眾的思想教育建立集水意識(shí)以及相關(guān)法律法規(guī)的支持等等，以達(dá)到對(duì)城市雨洪進(jìn)行有效調(diào)蓄。

4結(jié) 論

城市綠地面積對(duì)區(qū)域內(nèi)水量具有顯著影響，充分發(fā)揮城市綠地調(diào)蓄雨水徑流的積極作用，對(duì)改善城市水生態(tài)和綠地資源建設(shè)管理具有重要意義。城市綠地削減徑流量的程度與降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、植被類型、綠地面積大小具有很強(qiáng)的相關(guān)性。在城市用地緊張的情況下，通過(guò)合理布局城市綠地以及改變綠地建造方式來(lái)削減徑流量。本文在單次降雨分別為50，100，200 mm條件下、計(jì)算得出在相應(yīng)匯水區(qū)內(nèi)不同現(xiàn)狀綠地率時(shí)，對(duì)需增加綠地面積進(jìn)行計(jì)算，得出相應(yīng)回歸方程y1=-0.845x+0.176；y2=-0.945x+0.376；y3=-1.073x+0.787。并依據(jù)鄭州的綠地現(xiàn)狀，分析其與匯水面、積水點(diǎn)等的關(guān)系，在增加城市綠地規(guī)模、合理布局城市綠地以及具體實(shí)施途徑方面進(jìn)行探討。最終希望通過(guò)城市綠地與雨水資源進(jìn)行有效結(jié)合，減少城市內(nèi)澇壓力，建設(shè)真正的“海綿城市”。

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收稿日期：2015-06-29修回日期：2015-08-08

通訊作者：田國(guó)行(1964—),男(漢族),河南省封丘市人,博士,教授,主要從事風(fēng)景園林規(guī)劃與設(shè)計(jì)研究。E-mail:tgh0810@163.com。

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1000-288X(2016)03-0258-07

中圖分類號(hào)：TU986

Optimization Approach of Urban Green Space Based on Concept of “Sponge City”

CHEN Keke, HE Ruizhen, LIANG Tao, TIAN Guohang

(CollegeofForestry,He’nanAgricultureUniversity,Zhengzhou,He’nan450002,China)

Abstract：[Object] To analyze the relationships among urban green space, catchment area and water point in order to relieve urban storm runoff. [Methods] Based on the latest concept of “sponge city” and ecological stormwater management, we took Zhengzhou City as a case study. The study area was divided into 93 catchment areas. By using water balance method, parameters of green space were calculated. [Results] We summarized the regression relationships between the existing green space and the catchment area, and obtained different green space/water catchment area ratios under different rainfall conditions(50, 100 and 200 mm). The result showed that the regulation and storage effect was the best when the green space ratio was 30%. [Conclusion] Urban green space can be optimized by increasing urban green space scale, reasonable layout and the concrete implementation ways.

Keywords:urban green space; “sponge city”; catchment area; water point

資助項(xiàng)目：河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目“基于3S技術(shù)的區(qū)域非點(diǎn)源污染定量評(píng)估研究”(112102110027)

第一作者：陳珂珂(1992—),女(漢族),河南省商丘市人,碩士研究生,研究方向?yàn)轱L(fēng)景園林學(xué)。E-mail:1067794935@qq.com。