什么是“生态植草沟”?

景观干货 | 5分钟了解什么是“生态植草沟”

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那些一提景观就经常听到的“雨水花园”、“海绵城市”等看似高深的名词,背后往往是常见但容易被我们忽略的细节和技法,所以这一系列将向大家重点介绍景观中常见又简便易懂的技术。可以帮助大家快速补充必要的景观基础知识。

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简单说,景观是基于对土地的研究,建立在规划/建筑/生态学等的理论基础之上,去协调自然环境与人居环境的学科。

景观生态学作为景观学最重要的基本理论之一,宏观来看为我们提供了大格局的规划原则,从细微处讲,又是我们进行细节开发的技术依据。所以,该系列的文章将分成两个主要方向——自然生态景观技术&人文生态景观技术

自然生态技术将分成7个类别,主要针对常见的生态问题讲解相对应的解决策略,包括雨洪管理,热岛效应,垃圾处理,污染治理,人工河道与水库,工业遗址再利用,及其他领域的交叉与应用。

人文生态技术中将提到古村落的修复与保护,历史遗迹的再利用,生态旅游的经营手段等3个主要话题

第一季,我们将从自然生态方向入手,为大家解读其中非常重要的一环——雨洪管理措施。

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01

- 雨洪管理的“昨天”与“今天” -

“水”作为人类懒以生存的基本元素,从公元前6世纪的古罗马大型水运输通道,到古巴比伦空中花园的精妙供水系统,人们一直尝试着通过不同的手法干预自然,开渠引水,克服艰苦的自然环境,也创造了许多令人惊叹的景观。

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▲ 图1:古罗马水道

但随着到现在城市化进程的快速发展,大面积的硬质铺装代替了荒原与野草,笔直的城市漕运河道代替了蜿蜒的自然河流,随之而来的是暴雨侵袭/城市内涝/地下水紧缺/水源污染/供水补给不足等问题的出现。

针对城市中的雨水问题,其实早在3000BC(Burian & Edwards, 2002) 开始,就已经引起了大量规划师景观设计师建筑设计师们的关注,并通过不断的调研与实验,提出了应对不同雨洪问题的管理措施。

可是如今一提到雨洪问题,大多数同学都觉得雨水花园就是等同于雨洪管理措施,是解决城市内涝现象的唯一方式,而忽略了解决雨洪问题其实完全可以用更多元的手段。

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▲ 图2:雨水花园设计

其实,雨水花园只是雨洪管理的其中一种手段,除此之外还有生态植草沟(grass swale/bio swale),蓄滞池(detention basin/retention basin),人工湿地(wetland),滤层排水(filter drains)等生态技术,它们都可以满足缓解瞬时暴雨、净化地表径流水质、为动物提供生态栖息地的需求。

这些生物技术共同构成了(城市)雨洪管理体系,从源头/运输/排滞/终点等阶段分别进行处理,并进行循环再利用,以达到合理利用水资源的目的。

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▲ 图3:多种雨洪问题处理手法

各国家针对雨洪安全分别提出了相应的术语和设计规范,曾经的很多名词和政策都对当今的雨洪管理措施产生了巨大的影响。

美国首先提出了最优管理措施BMP(Best Management Practice),并在1999年提出了低影响开发模式LID(Low Impact Development )——这也是海绵城市的另一个名字。

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▲ 图4:波特兰会议中心雨水花园

1996年,美国首先在波特兰尝试了大尺度的生态草沟系统设计,在城市雨水排入Willamette河之前利用植草沟减少了50%的径流污染

波特兰作为较早应用雨水管理系统的城市,从1990s开始大量的公路和社区中都设置了完整的生态排水体系[1],草沟作为BGI(Blue-Green Infrastructure)的较小构成单元,通过对雨水的初步收集和过滤,以减缓城市中大面积硬质铺装所造成的雨水排放压力。

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▲ 图5:Green Infrastructure Scenarios,2014 ASLA

英国在1997由JimConlin在BMP系统基础上提出了针对暴雨管理(stormwater management)的SUDS系统,并从2003年开始,在苏格兰大部分新建设的城市开发项目中强制实施。

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▲ 图6:SUDS System Includes Waterfall in London

02

- 高效雨洪问题处理设施—生态植草沟 -

生态植草沟(又叫植被浅沟/生物沟,以下简称植草沟),是指种植植被的景观性地表沟渠排水系统,主要用于雨水前期处理雨水运输,用以代替传统的沟渠排水系统[2]。

相较于排水体积一定的传统排水模式,植草沟能够通过植被的滞留/过滤/吸附功能,减缓径流流速,去除径流中的污染物,利用弹性的排蓄空间降低雨水对城市排水造成的压力和污染

生态草沟的概念经常被误解成雨水花园,生态草沟是由草坡或者自然的坡度引流雨水并加以过滤。简单来说,生态植草沟更加针对于雨洪处理的收集与运输阶段它可以是雨水花园的输入与输出通道。其设计既要满足生态排水的技术要求,又要满足公众审美的美学标准。

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▲ 图7:Bioswale Design along Urban Street

植草沟可以按照地表径流流入的方式,进一步划分为3种类型标准传输型植草沟,干植草沟,和湿植草沟[3]。

植草沟的主要作用是去除地表径流中的污染物,在华盛顿长度为60m的植草沟实验中,对于SS去除率可达60%,碳氢化合物去除率可达75%,金属污染物去除率可达67%,也就是说,大部分污染物可在60-75m的距离中去除[4]。

此外,植草沟又经常被设置在大面积的硬质铺装边,如高速公路、步行道路和停车场等,用以快速疏散聚集的雨水。

在Shandas(2015)的研究中还指出[5],拥有生态草沟的社区居民对于环境的满意度更高,社区变得更适宜步行,也能够通过社区性的维护活动拉近邻里距离,促进社区认同感的营造。

03

- 植草沟的常见结构与设计要领 -

植草沟能高效缓解雨洪排蓄,又能处理径流污染,同时它的结构简单占地面积小,容易维护,所以植草沟是可以大量在城市景观设计中被复制的生态技术。

植草沟的设计原则,首先要满足排水的需求,其次是其观赏价值,在植草沟的设计中尤其要注意以下几点:

(1)断面缺口

为了避免路面积水,植草沟通过断面的缺口设计将雨水快速导入其中,常见的做法是将其直接与街道景观结合,作为分割机动车与步行道路之间的绿化带,同时利用植物对机动车路面的污染(油污、颗粒物等)进行过滤和沉淀。

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▲ 图8:Street Bioswales,SanFrancisco

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▲ 图9:NE Siskiyou Green Street, Portland, Oregon, 2007 Asla Professional Award

NE Siskiyou Green Street(图9)作为波特兰比较著名的绿色街道,曾在2007年获得了ASLA专业组的通用设计奖。该设计将原有街道的社区停车空间改建为生态草沟,创造了利于步行的步道体系,同时缓解了该地区经年的暴雨积水问题。

(2)弹性的储水空间

相较于人工沟渠式的草沟,自然草沟能够提供更大的弹性空间,草坡的渗透率更有利于雨水的快速下渗和导流,草坡面积越大越能更好地净化水体。

但要注意一点,在植草沟设计中需要结合场地本身的空间限制条件选择适合的做法,以便达产生最大生态效益。比如,利用缺口形成的人工草沟更加节省空间,同时植物种类更丰富,能够提供多样化的栖息空间。

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▲ 图10:Pathcrosses a bioswale in Portland, OR

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▲ 图11:NaturalGrass Swale

(3)系统性排水网络

植草沟的设计往往不是单独存在的,而是依存于完整的排水体系。由于植草沟的储水能力有限,所以收集的雨水需要快速地排入储存能力更强的雨水管理设施,如蓄水池,雨水花园等。

因此在设计中,除了需要考虑每一段草沟之间的链接以外,还需要完善植草沟与其他雨洪设施之间的配合。

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▲ 图12:Bioswale in Glashaus Residential Development, Emeryville

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▲ 图13:Parking,Castro Valley Library, San Leandro

图12是一种连接植草沟之间的简单方法,图13是将草沟的水快速转移到地下排水管道的做法。除此之外,也可以将水转移至retention basin和detention basin中,如14.

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▲ 图14:Hassett Park Stormwater Design,Campbell Section 5,ACT, Australia

(4)季节性景观

雨洪管理的措施都会涉及到季节性的设计问题,当有暴雨产生的时候,我们需要考虑植物是否适应有水的环境,水流是否会形成具有观赏价值的景观等。

同时也需要考虑,在旱季的时候,没有了水元素,草沟只是作为一般性的景观元素存在时,是否也具有欣赏性。

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▲ 图15:Hassett Park Stormwater Design,Campbell Section 5, ACT, Australia

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▲ 图16:Southport Broadwater Parklands, AECOM

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▲ 图17:Bioswale, Bullitt Center , 15th Avenue

(5)关于植物种类的选择

植物在植草沟的设计中扮演着重要的角色,其种类的选择能够直接影响植草沟的生态效益:

1. 植物根茎能够减缓水流的速度,使径流中的固体颗粒逐渐沉淀。

2. 通过植物根系与土壤的作用,吸收径流中的营养物质(氮磷钾和部分金属元素),并为微生物提供了良好的栖息场所,加强污染元素的吸收与沉淀。

3. 多样性的植物组合,能够为城市中的动物提供小型的栖息地。

4. 结合周边环境,提供美学价值。

04

- 总结与启发 -

综上所述,植草沟作为雨洪管理措施中较小的构成单元,经常在生活中被大家忽略。但植草沟具有较强的净化能力和疏导能力

同时,植草沟具有占地小,好维护等优势,也让其越来越多地出现在社区街道,停车场等场所。帮助形成绿色街道(Green Street)体系和绿色基础设施(Green Infrastructure)等缓解城市雨洪压力的生态措施。

同学们在景观设计项目中,如遇到城市雨洪问题,可以思考和利用今天讲到的植草沟设计,更好地形成系统性的雨洪管理模式;在大尺度的场地设计中,也可以应用植草沟设计,作为具有生态效益的技术节点和结构表达。

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THE END
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