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        基于海綿城市的雅安雨水花園植物材料綜合評(píng)價(jià)

        2018-11-20 08:34:52韓君偉
        關(guān)鍵詞:花園海綿一致性

        韓君偉

        (西南交通大學(xué) 建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院,四川 成都 610031)

        我國是水資源大國同時(shí)也是水資源嚴(yán)重緊缺的國家,如何在城市的有限空間中實(shí)現(xiàn)雨水收集利用已經(jīng)成了亟待解決的問題。海綿城市的建立,是從解決城市雨澇問題出發(fā),完善城市雨水管理體系,涵養(yǎng)地下水資源,形成良性水循環(huán),最大程度的修復(fù)生態(tài)環(huán)境。作為海綿城市的實(shí)體單元——雨水花園,承載著控制雨洪和優(yōu)化生態(tài)、促進(jìn)水凈化循環(huán)等主要任務(wù)。而如何有效地選擇適宜的植物材料,通過構(gòu)建高效的群落生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期效益具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。海綿城市的國際通用術(shù)語為“低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建”,是指城市能夠像海綿一樣,在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”,下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水,需要時(shí)將蓄存的水“釋放”并加以利用[1-2]。雨水花園是眾多生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施中的一種,集雨水利用及景觀效果于一體,是一種生態(tài)高效的雨水利用措施。雨水花園能夠收集滯留雨水,緩解雨水徑流量,降低城市洪澇災(zāi)害,雨水花園作為LID技術(shù)有效的措施之一,具有削減徑流量、調(diào)峰、延緩徑流速度、雨水凈化的作用,擁有很好的經(jīng)濟(jì)、美學(xué)、生態(tài)效益。植物由于其同時(shí)具有凈化雨水和景觀提升的功能,所以由植物營造的雨水花園成為生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施中重要的角色。

        國外對(duì)雨水花園的研究主要集中在水文模擬研究、土壤滲透力研究、污染物滯留能力研究、不同植物應(yīng)用對(duì)水文的影響、雨水花園的建造及應(yīng)用研究等方面。國內(nèi)對(duì)雨水花園的研究主要集中在雨水花園的起源與發(fā)展研究、國外優(yōu)秀雨水花園案例介紹、雨水花園的營造技術(shù)研究、雨水花園場(chǎng)試驗(yàn)及模型構(gòu)建等方面[3-5]。由于雨水花園植物地域性較強(qiáng),國內(nèi)對(duì)雨水花園的植物選擇與設(shè)計(jì)研究較薄弱,對(duì)雨水花園植物選擇多為定性研究,定量化研究更少,采用AHP(層次分析法)法,通過定性指標(biāo)的定量化,對(duì)于綜合、科學(xué)化選擇雨水花園植物具有指導(dǎo)意義。蔡妤、董麗應(yīng)用AHP方法,研究北京地區(qū)的雨水花園植物選擇,對(duì)北京地區(qū)的雨水花園植物選擇提供大量數(shù)據(jù)支撐。本研究應(yīng)用AHP方法,對(duì)雨水花園植物選擇性指標(biāo)進(jìn)行量化,選擇合適的雨水花園植物,對(duì)指導(dǎo)四川盆地乃至川蜀地區(qū)雨水花園的植物營造和設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義,對(duì)實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)具有舉足輕重的作用。

        1 研究區(qū)概況

        雅安,四川省地級(jí)市,原為西康省省會(huì),位于四川盆地西緣、邛崍山東麓,東靠成都、西連甘孜、南界涼山、北接阿壩,距成都僅115 km。素有“川西咽喉”、“西藏門戶”、“民族走廊”之稱。氣候類型為亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候,年均氣溫在14.1~17.9 ℃間,降雨多,多數(shù)縣年降水1 000~1 800 mm以上,有“雨城”、“天漏”之稱。濕度大,日照少。年均降水量1 800 mm左右,民間有“雅安天漏”的說法,有雨城之稱,是四川降雨量最多的區(qū)域。除高寒山地外,一般冬無嚴(yán)寒,夏無酷暑,春季回暖旱,降水集中于夏季,多夜雨,但大相嶺南北氣候有顯著差異。以雨城區(qū)、漢源城區(qū)為例:前者年均溫16.2 ℃,后者18.0 ℃。前者的一月均溫為6.1 ℃,后者為8.3 ℃。前者的七月均溫為25.4 ℃,后者為26.0 ℃。前者日照1 005 h,后者1 451 h。全市河谷帶無霜期280~310 d,年降水量南北差異顯著。北部多在1 250~1 750 mm之間,南部僅740~760 mm。雨城區(qū)、天全一帶某些年份降水量可多達(dá)2 000 mm,為全川多雨中心,故有“雨城”之稱。

        2 研究方法

        2.1 樣地調(diào)查

        選擇雅安地區(qū)內(nèi)的雨水花園植被進(jìn)行實(shí)地抽樣調(diào)查,選取10 m×10 m的樣方20個(gè),樣地包括北緯30度公園,熊貓綠島公園,姚橋新區(qū)濱江公園,喇叭河森林公園,張家山東城公園等。記錄雨水花園的植物種類、生物學(xué)特性、生態(tài)學(xué)特性、觀賞特性、抗逆性、去污降污能力等。

        2.2 層次分析法

        層次分析法(簡稱AHP法),是美國運(yùn)籌學(xué)家匹茲堡大學(xué)教授 A.L.Saaty 于70年代初提出的,旨在建立一種能模擬人的思維邏輯 ,將定性分析與定量分析,將主觀判斷與客觀實(shí)際有機(jī)結(jié)合起來的 一種決策理論方法,使用AHP法分析,首先要把問題層次化 ,構(gòu)成不同等級(jí)的一個(gè)多層次結(jié)構(gòu)模型[6]。該法也適用于公園、居住區(qū)及道路綠地等園林植物景觀的評(píng)價(jià),主要用于確定綜合評(píng)價(jià)的權(quán)重系數(shù)[7]。

        2.3 準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的確定

        為確定雨水花園植物選擇的指標(biāo)體系,課題組邀請(qǐng)了多位長期從事園林植物應(yīng)用的高級(jí)工程技術(shù)人員和高校教師進(jìn)行各指標(biāo)體系的確定。將觀賞特性、生態(tài)特性、環(huán)保特性3項(xiàng)作為評(píng)價(jià)體系的準(zhǔn)則層,每項(xiàng)再細(xì)分,觀賞特性可再分為綠化美化特性、景觀時(shí)序性兩個(gè)指標(biāo)層,生態(tài)特性可再分為根系發(fā)達(dá)程度、抗旱性 、抗?jié)承浴⒆晕曳敝衬芰?個(gè)指標(biāo)層,環(huán)保特性可再分為鄉(xiāng)土植物、去污降污能力、植物對(duì)雨水的截流3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層(見表1)。

        表1 雨水花園植物評(píng)價(jià)體系的層次結(jié)構(gòu)模型Table 1 Hierarchical structure model of rainwater garden plant evaluation system

        2.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

        采用二元相對(duì)比較的1-9標(biāo)度法,判斷各指標(biāo)相對(duì)重要性,構(gòu)建雨水花園植物評(píng)價(jià)體系的判斷矩陣C-A、A1-(D1-D2)、A2-(D3-D6)、A3-(D7-D9)(表2~5),并確定判斷矩陣的一致性。設(shè)λmax是判斷矩陣A的最大特征根,W是其對(duì)應(yīng)的特征向量,求解向量的特征根,所得W經(jīng)歸一化后就得到該層元素相對(duì)于上一層某一因素的相對(duì)權(quán)重。元素的單層排序權(quán)重和該元素對(duì)應(yīng)的上一層元素的單層排序的乘積即是該元素的總權(quán)重。

        2.5 判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)

        為保證結(jié)論的合理性和可靠性,結(jié)合專家問卷調(diào)查結(jié)果,對(duì)所構(gòu)建的判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

        計(jì)算公式如下:

        RI是平均隨機(jī)一致性指標(biāo),可查表求得。

        當(dāng)CR<0.1時(shí),認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的。

        表2 C-Ai一判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)?Table 2 Judgment matrix and consistency test

        表3 A1- Di判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)?Table 3 A2-Di Judgment matrix and consistency test

        3 結(jié)果與分析

        3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇結(jié)果與分析

        根據(jù)上述研究方法可知,對(duì)構(gòu)建雨水花園植物評(píng)價(jià)體系的判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn),所有矩陣的CR值均小于0.1,判斷矩陣具有一致性,說明雨水花園的評(píng)價(jià)體系模型和權(quán)重結(jié)果的確定有有效的,可信的。雅安地區(qū)雨水花園植物選擇與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與權(quán)重計(jì)算結(jié)果如下(表6),從表6可看出準(zhǔn)則層權(quán)重從高到低的排序?yàn)樯飳W(xué)生態(tài)特性(0.718)>觀賞特性(0.156)>環(huán)境保護(hù)功能(0.127)。這說明雨水花園植物的選擇首先考慮的是生物學(xué)生態(tài)學(xué)特性,兼具生態(tài)學(xué)特性和生物學(xué)特性的雨水花園植物有利于雨水花園的生態(tài)平衡,其次是植物的觀賞特性。在指標(biāo)層中,排名前四的是抗旱性(0.370)、抗?jié)承裕?.214)、綠化美化特性(0.099)、去污降污能力(0.098)。說明抗旱性在四川盆地雨水花園植物的選擇中具有重要作用,因?yàn)樗拇ㄅ璧卮骸⑶?、冬季干旱少雨,雨水主要集中在夏季;抗?jié)承晕痪拥诙?,因?yàn)橛晁▓@的植物要求有短暫的耐水濕特性。同時(shí)雨水花園植物屬于景觀營造的重要組成部分,綠化美化特性也具有舉足輕重的作用,植物的去污降污能力對(duì)于雨水的凈化吸收,重復(fù)利用也具有較重要的生態(tài)學(xué)意義。

        表4 A2- Di判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)?Table 4 A2-Di Judgment matrix and consistency test

        表5 A3- Di判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)?Table 5 A3-Di Judgment matrix and consistency test

        表6 雨水花園植物評(píng)價(jià)體系各層級(jí)權(quán)重?Table 6 Layers sorted weights of rain garden plants evaluation system

        3.2 賦值的確定與實(shí)例分析

        在對(duì)雅安種植的雨水花園植物進(jìn)行實(shí)地調(diào)研的基礎(chǔ)上,選擇29種已經(jīng)種植的雨水花園植物進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。邀請(qǐng)相關(guān)行業(yè)專業(yè)人員和景觀設(shè)計(jì)人員按照很好(10分)、較好(8分)、一般(6分)、較差(4分)四個(gè)級(jí)別對(duì)9個(gè)指標(biāo)層進(jìn)行逐一打分并求平均值,再結(jié)合每項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值進(jìn)行加權(quán),最后得出每種雨水花園植物的綜合評(píng)價(jià)值[8-9]。并將總評(píng)價(jià)值分為4個(gè)等級(jí),一級(jí)(≥9),一級(jí)為雨水花園的首選植物,適應(yīng)干旱、積水環(huán)境,具有較強(qiáng)觀賞價(jià)值,管理容易;二級(jí)(7.5~9),雨水花園的較優(yōu)品種,適應(yīng)性稍差,具有一定的觀賞價(jià)值;三級(jí)(6~7.5),雨水花園栽植的一般品種,耐水濕和耐干旱能較差,但也可以正常生長;四級(jí)(≤6),生長狀況不良,有些甚至是外來入侵的風(fēng)險(xiǎn),如再力花(表7)。

        表7 雅安雨水花園植物綜合評(píng)價(jià)值Table 7 Comprehensive evaluation of rain garden plants in Ya'an area

        4 結(jié)論與討論

        在搜集查閱資料的基本上,對(duì)雅安境內(nèi)的典型雨水花園進(jìn)行調(diào)查,采用AHP層次分析法對(duì)29種雨水花園植物進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并得分,將雨水花園植物分為4級(jí),1級(jí)的千屈菜、紅蓼、東方狼尾草、鳶尾、細(xì)葉芒、花葉芒是雅安地區(qū)建設(shè)雨水花園的首選植物;4級(jí)的再力花、常夏石竹、八寶景天、美人蕉、金雞菊、馬鞭草、大麗花是建設(shè)雨水花園慎重選擇的植物材料;2級(jí)和3級(jí)的植物根據(jù)雨水花園種植區(qū)不同的水淹情況,選擇合適的區(qū)域如蓄水區(qū)、緩沖區(qū)、邊緣區(qū)進(jìn)行雨水花園植物的種植[10],邊緣區(qū)一般種植耐旱的植物,緩沖區(qū)選用有一定的耐淹能力,又有一定耐旱能力的植物品種,蓄水區(qū)種植耐淹能力較強(qiáng)和抗污染能力較好的植物品種。

        “海綿城市”推行的雨水景觀工程建設(shè),正是一種以自然積存、自然滲透、自然凈化為目標(biāo)來解決城市雨洪問題的新方法,而園林植物作為海綿城市建設(shè)的重要組成部分,對(duì)雨水景觀工程功能的實(shí)現(xiàn)具有十分關(guān)鍵的作用。因此,在進(jìn)行海綿城市建設(shè)時(shí)應(yīng)充分考慮植物的耐水濕能力,通過植物的耐水濕實(shí)驗(yàn)成果為雨水景觀工程科學(xué)合理的進(jìn)行植物選擇與設(shè)計(jì)提供重要的技術(shù)依據(jù),同時(shí)也是海綿城市能夠更好地發(fā)揮并長期維持其功能的關(guān)鍵。其次,為了實(shí)現(xiàn)雨洪控制目標(biāo)在進(jìn)行植物配置時(shí)應(yīng)以本地的耐水植物為主,重視對(duì)鄉(xiāng)土植物的開發(fā),還應(yīng)考慮植物的多樣性、生長環(huán)境、徑流凈化效果和生態(tài)功能,強(qiáng)化植物的造景功能等,營造物種穩(wěn)定、功能健全的生態(tài)系統(tǒng)[2]。

        基于AHP方法的綜合評(píng)價(jià)體系,相對(duì)于依據(jù)理論經(jīng)驗(yàn)的植物選擇,具有易于量化、簡單易行的優(yōu)點(diǎn)[6],對(duì)于雨水花園植物選擇量化綜合研究具有指導(dǎo)意義。但AHP層次分析法在權(quán)重賦值,植物綜合得分方面具有一定的主現(xiàn)性和片面性,雨水花園植物的抗逆性固然重要,但雨水花園作為有效的雨水收集和凈化系統(tǒng),植物的納污吸污能力在實(shí)踐中應(yīng)綜合考慮。同時(shí),還應(yīng)清醒認(rèn)識(shí),雨水花園是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程,對(duì)花園設(shè)計(jì)中鋪裝[2]、綠地[6]、水體[9]、建筑[7]和其他雨水利用設(shè)施[10]提出相應(yīng)的雨水設(shè)計(jì)方案,使各個(gè)要素的雨水利用設(shè)施有機(jī)的統(tǒng)一起來,共同形成一個(gè)更加科學(xué)、合理、生態(tài)的雨水利用系統(tǒng),這樣才能為海綿城市建設(shè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

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