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美国雨水利用及景观设计案例分析
摘要 雨水利用是缓解城市水资源危机、维护水生态系统健康的重要战略和措施。雨水的处置是我国当前城市化进程中亟需解决的问题之一，然而由于起步比较晚，目前我国在这一领域发展水平还比较低，因此需要学习其他国家在这方面的成功经验。本文对美国部分城市地区的雨水规划利用情况进行了介绍分析，以期能对我国的雨水利用领域的研究应用及政策的制定提供参考和启发。
关键词：雨水利用、景观设计、美国
一、引言
随着城市化程度的不断提高，高强度人类活动改变了城市地表环境的结构与功能，使得相当比例的软性透水性下垫面被不透水表面(路面、屋面、地面)所覆盖，改变了地表生态环境的结构和功能，影响了雨水截留、下渗和蒸发等环节，导致水的自然循环规律发生变化，加剧了流域洪涝灾害发生的频率和强度。因此，传统的雨水管理模式显现出城市洪灾风险加大、雨水径流污染严重、雨水资源大量流失、生态环境破坏等主要问题。雨水利用尤其是城市雨水的收集利用就不仅是指狭义的利用雨水资源和节约用水，其意义更广泛、更深刻。
城市雨水是长期被忽视的一种水资源。雨水收集利用是针对因建筑屋顶、路面硬化导致区域内径流量增加而采取的对雨水进行就地收集、人渗、储存、处理、利用等措施。主要包括收集、储存和净化后的直接利用；利用各种人工或自然水体、池塘、湿地或低洼地对雨水径流实施调蓄、净化和利用，改善城市水环境和生态环境；通过各种人工或自然渗透设施使雨水渗入地下，补充地下水资源。
目前国际雨水资源利用管理体系理念以德国、美国、日本等为代表，强调雨水资源的多角度调控与多重利用，以减少进入城市排水系统的雨水径流量、减轻城市排水负担、保持城市水文生态过程良性循环为目的，以法律法规、经济、技术等手段构建完善的雨水资源利用管理体系，充分发挥雨水的资源功能，促进雨水资源的可持续利用，维护区域水文循环过程。
二、雨水利用的发展及理念
雨水资源的利用有悠久的历史。早在4000年前，古代中东的纳巴特人在涅杰夫沙漠，把从岗丘汇集的径流由渠道分配到各个田块，或把径流储存到窑里，以供农作物利用，获得了较好的收成。阿富汗等干旱半干旱地区的国家也推广使用了纳巴特人的利用雨水资源的方法。自20世纪70年代以来，美国、前苏联、突尼斯、巴基斯坦、印度、澳大利亚等国对集水面进行了大量研究，如墨西哥利用天然不透水的岩石表层为集水面；美国利用化学材料处理集水面以增加集水效率；美国、墨西哥、索马里在集水面上铺设塑料薄膜、沥青纸、金属板等，集流效果很好，但费用高。目前，德国、日本、加拿大等许多发达国家采用铁皮屋顶集流，将汇集径流贮存在蓄水池中，再通过输水管道灌溉庭院的花草树木和卫生间用水。
雨水资源管理是对雨水径流资源的利用，通过屋顶绿化、低洼绿地、渗透性辅面等措施强化雨水的储蓄和下渗以减少雨水径流，通过景观水体的调蓄削减外
排雨水量，通过地下雨水调蓄池以减少雨水污染等技术措施的实施，实现将雨水资源利用、预防洪涝、城市景观、环境改善等功能融为一体的目的，也是环境保护与生态建设的实际需求。如今，雨水蓄渗、缓排、利用等已成为国际雨水管理的重要内容。美国、德国和日本是雨水资源利用和管理开展较早的国家，从20世纪70年代至今经过几十年的发展，取得了较为丰富的实践经验。
当前国际上雨水资源利用方面比较成熟的国家都特别重视雨水的多重利用以及多角度调控，通过各种技术手段加强雨水下渗回灌和进行回用，最大限度地减少进入城市排水系统的雨水量，在技术、法规、经济等方面形成了相对较完善的雨水资源利用管理体系，尤其强调雨水的资源性，促进雨水资源的可持续利用，保持城市水文生态过程良性循环，维护区域水文循环过程。
美国的雨水利用是以提高天然入渗能力为其宗旨。不仅重视工程措施，并制定相应的立法对雨水综合利用给予支持。在上世纪七八十年代美国也经历了类似我国现在所经历的城市化进程，城市化引起了一系列问题，其中就包括了河道下游洪水泛滥的问题。针对这个问题，美国各州都陆续制定了各自的雨水管理条例。《清洁水法》是美国水资源管理的综合法律。20世纪90年代，美国联邦和各州分别制定了一系列政策，如使用总税收、发行义务债券、联邦和州给予补贴、联邦贷款、投资分扣方式鼓励人们采用新的雨水处理方法。美国环保总署在1999 年出台了雨水的最佳管理方案（Best Management Practices），作为雨水监测、收集、处理的依据。美国的雨水利用着重于提高天然入渗能力，各州普遍推广屋顶蓄水和由入渗池、入渗井、绿地、透水性路面等组成的一整套回灌系统，其中加州佛雷斯诺市年回灌量占该市年用水量的1/5。芝加哥市兴建了著名的地下隧道蓄水系统，可同时解决城市内涝和雨水利用的问题；加利福尼亚州的福雷斯诺市修建的“Leaky Areas”地下回灌系统，在1971—1980年的10年间，地下水回灌总量达1.388×108 m3，其年回灌量占该市年用水量的20％。
此外，美国还注重将雨水利用与景观设计、城市公园相结合，所有雨水径流量计算、蓄水设施的设计等“场地工程学”(Site Engineering)的主要内容都是注册风景园林师的必修课程。在2007年4月，美国风景园林师协会(ASLA)公布了他们评选的2007年度专业设计奖项，其中“波特兰Mount Tabor中学雨水花园”和”波特兰NESIskiyou绿色街道”荣获殊荣，堪称风景园林设计中雨洪控制利用的典范。绿屋顶、植被浅沟、下凹式绿地、雨水花园等雨洪控制利用措施在这些作品中都有体现。美国希望通过对这些设计予以嘉奖，使更多的风景园林师可以关注雨水利用的问题。
三、基于雨水利用的案例分析
第一个案例发生在美国圣路易斯市，它是密苏里州最大的城市，中西部的水陆交通枢纽，拥有全国最大的内陆河港和28km的码头岸线。该市位于密苏里东部，与伊利诺伊州接壤，坐落在河岸阶地上，地势向东低落，平均海拔138m。从19世纪50年代起，城市工商业兴起，随后城市不断扩大。市中心的新建摩天大楼与法式古典建筑交错，与宽阔的街道衬托起一座高达192m的不锈钢拱门的壮观宏伟，这座拱门象征着美国的历史文化，为城市的主要标志。圣路易斯城市花园项目的场地就是处在拱门附近，不仅突出了圣路易斯的历史文化、社会关系，还从城市的滨水位置来考虑，着重了在雨水处理方面的设计，既保证了该市的水质标准，也确保了美丽的码头景观。
案例中的设计场地是圣路易斯市购物中心旁边的雕塑公园，占地约
12140m2。这个公园由私人基金会发起，在城市中承担着复兴商业的任务，扮演着引人注目的角色。设计不仅结合了当地的地理、水文现状和植物配置，还创新了雨水管理策略，提供了一个可以吸引了众多国内外观光客的别样空间。
城市花园的设计融入了多种可持续发展的策略，将乡土植物，健康生长，经济与社会的复兴，雨水的管理结合在一起，花园中2/3场地的雨水排放系统由雨水花园组成，将近一半的地表使用了透水铺装，465m2的雨水花园截留、渗透着地表径流。公园中两座屋顶花园，一座是在咖啡厅上，一座是维护建筑的屋顶，加在一起130m2的绿屋顶为雨水滞留提供了保证。三种不同的土壤混合而成的新型土壤，替代了原有的碎石填充和大力夯实的做法。这些土壤提供更健康的基质，更快速的渗透能力，也为植物群落提供了优良的生活环境。
另一个案例是纽约布鲁克林的郭瓦纳斯运河，曾经是布鲁克林到纽约市区最重要的交通要道。但因多年向其排放工业垃圾，已经受到了严重的污染，水中有大量包括多氯联苯、煤焦油废料、重金属在内的污染物，其水质已经达到SD级别，SD水体被认为是严重的污染区域，游泳养鱼等活动都是不可以实现的。恶劣的水质，再加上缺乏有效的维护，已经导致85%的堤岸受到腐蚀，产生了高昂的清洁费用。2010年3月2日，环保机构将郭瓦纳斯运河列为国家优先项目名单，同时也是污染黑名单，这使它成为美国环保局希望找到解决措施的重点对象之一。
郭瓦纳斯运河海绵公园是一多功能开放式公共空间，可以减缓、吸收、渗透地表径流，治理污染的雨水，促进其与周边环境的友好发展。通过机构与个人的合作，采纳居民、社区、市州联邦政府机构的设计意愿，借助于景观设计手段，表达出对城市问题的关注，并提出了应对之法。
纽约市多使用雨污合流下水道，在暴雨期间，降雨与城市污水一同流入排水设施中，但是在大暴雨期间，雨水与污水就会溢流到郭瓦纳斯运河，每年排入运河的水量超过了1100000m3。改建的海绵公园设计将雨水转移到水管理中心、户外空间、与植物缓冲带，这些地区可以滞留，渗透部分雨水，减小进入合流下水道的雨水。
海绵公园提出了意象城市缝合计划，通过将公共空间与私人土地相连，为沿着运河2400m的娱乐空间设计一条连续的步道，而将现有的街道作为入口，连接步道与滨水区，为居民提供各种各样的开放性空间，包括社区花园、公共展示空间和临时性市集等。这个项目计划占地4.6hm2，其中约3.2hm2的步道与游憩空间，约1.4hm2的湿地。案例中选用的植物可适应恶劣的环境，降解污水中的重金属。此外，周围的湿地也可以吸附有毒物质、重金属、细菌等。
场地的研究和资料的收集多关于城市水处理系统，项目研究了现存的城市排水系统，流域边界、水生植物群落、水中污染物、水体修复策略、透水材料、土壤渗透性和与水相关的一些公共项目。此外还深入了解了现有的城市雨水径流状况和排水原理，制定了直接吸收雨水径流的策略，确定了通过植物修复净化径流的手段，最终维持湿地的生态环境。
在这个案例中，海绵公园的雨水管理设计是基于对下水道与雨水系统的重新组合，减少了对昂贵的工程的依赖。除了经济获益之外，海绵公园还将雨洪管理与重要的历史古迹、游憩区和社区服务设施等文脉整合到了一起，不仅营造了城市开放性空间，还保护了环境。值得一提的是，这个方式适宜应用在市政税收按龄收费的成熟城市，以及工业发展落后的污染区域。在设计中，海绵公园的环境已经成为雨水处理的系统之一，针对破败的基础设施，提出了切实可行的修复策
略，兑现了一个更加清洁的未来。
四、结论与展望
发达国家对于雨水的收集利用经历了多年的技术研究与实践，不仅将传统的水处理工艺用于雨水的处理与回用，而且不断的将景观设计与雨水处理相结合，使得对于雨水的处理高效化、节能化、模块化，使得用地面积和投资都有所降低，这也应该成为我们未来的研究方向。虽然国外雨水资源利用的技术比较先进，可以学习和借鉴，但是鉴于我国自身特殊的自然条件，不可能完全照搬照抄，所以国内的城市雨水利用的理论和技术还处于不断摸索的阶段，相关专著非常少，在一些方面还有待进一步深入研究。例如城市可利用雨水资源量的计算及其合理调配，水力计算及其设计参数的合理确定，雨水水质对地表水、地下水的影响机理，雨水利用工程对生态环境影响评价体系的建立，雨水利用区划与适宜的利用模式，雨水利用与城市最佳水面率的关系等。
此外，我国雨水利用相关法规与政策还不够完善，尚需要借鉴国外先进的雨水利用理念，同时先进的理念推广需要加大国家在政策方面的支持力度。就如在雨水综合利用与城市排水、城市内涝、污染防治的相关政策；雨水综合利用与水资源、城市供水、生态环境建设、城市规划、建筑、小区的相关政策等等。
参考文献
[1] 贺妍.基于雨水利用的城市公园景观设计研究[学位论文].2013. [2] 王思思.国外城市雨水利用的进展[J].城市问题,2009(10).
[3] 杨芳绒,潘盼,李延.国内外城市雨水资源化利用措施分析[J].江西农业学 报,2010(2).
[4] 钟素娟,刘德明,许静菊.国外雨水综合利用先进理念和技术[J].福建建设科 技.2014(2).
[5] 车伍,杨正,赵杨等.中国城市内涝防治与大小排水系统分析[J].中国给水排 水,2013,29(19):13-15.
[6] 董长柏.城市雨水利用的技术与分析[J].城市建设理论研究.2014(1). [7] 黄志敏.分析国内外城市雨水利用现状及趋势[J].城市建筑.2014(8). [8] Wallace,Corey D.and Ryan T.Bailey,2015.Sustainable Rainwater
Catchment Systems for Micronesian Atoll Communities.Journal of the American Water Resources Association (JAWRA) 51(1): 185-199. [9] 任杨俊.李建牢.赵俊侠.国内外雨水资源利用研究综述[J].水土保持学 报.2000(1).
[10]周沁沁.浅谈国内外雨水利用与景观设计[J],化工设计.2012(4).
[11]程江,徐启新,杨凯.国外城市雨水资源利用管理体系的比较及启示[J].中国 给水排水,2007(12).