绿色雨水基础设施设计的生态洼地系统

由灰至绿

 

“由灰至绿”是英国谢菲尔德市一个中等规模、多阶段的城市街景改造项目。谢菲尔德属于温带海洋性气候，夏季温和、冬季凉爽，年均降水量约830mm。该城市正在经历比以往更为高温和干燥的夏季、更潮湿的冬季，以及全季节内更强烈的风暴，这些变化进一步增加了洪水威胁以及粮食、水安全风险。由灰至绿是英国迄今为止最大的遵循SuDS原则的改造项目，因其美丽的植物设计而闻名。谢菲尔德市议会（SheffieldCityCouncil,SCC）委托并领导了该项目的设计。



谢菲尔德大学景观系作为景观设计团队在设计过程中发挥了重要作用。一期和二期工程分别于2016年和2022年竣工，分别耗资约360万英镑（约3300万人民币）和630万英镑（约5770万人民币），共建造了长达1.3km的新步道和自行车道[25]（图14）。一期工程为城市赢取了许多奖项，如CEEQUAL景观和水环境可持续性评估类杰出成就奖[26]。

 

场地位于谢菲尔德市中心的滨河商业区。该地区以前缺乏经济投资吸引力的原因主要有2个：1）道路基础设施不完善造成行人通行困难且不舒适，也容易发生洪水[27]；2）市中心的高不透水地表覆盖率意味着大部分降雨直接排入顿河。在2007年的一次大洪水期间，顿河水位上升了5m，造成了重大的经济损失，这促使城市采取行动解决洪水问题[28]。在市中心外部新修的道路上减少了机动车交通，为取缔车道、改善步行基础设施和增加GSI创造了机会[27]。

 

2.3.1生态洼地系统

 

SCC的设计团队与谢菲尔德大学教授NigelDunnett及其景观建筑工作营的学生们合作，设计了场地内的雨水花园和生态洼地。生态洼地由拦水坝分成25个单元（图15）。沿着浅洼地边缘于土壤下铺设防渗层，以促进雨水汇入，但在蓄水区不设防渗层，以促进雨水下渗（末端单元除外）[30]。对项目区污染路径的全面评估促成了在大部分区域使用无防渗层生态洼地的决定[27]。

 

生态洼地沿线的路缘石几乎与街道齐平，以便水顺利流入生态洼地（图16）。在弱降雨条件下，雨水经由拦水坝底部的穿孔管缓慢地从一个单元流入下一个单元，或渗入下层土壤。在强降雨条件下，当降雨速率超过管道出流和下渗的总速率时，水开始在洼地内汇聚，但拦水坝会阻止其立即冲向坡下[29]。考虑到气候变化，将生态洼地系统设计为可以应对比百年一遇风暴降雨量再高30%的极端降雨事件。这一设计之所以能够实现，是因为汇水区尺寸设计安全系数大，约为所需雨水处理面积的2倍，以防因系统故障而导致公众接受度下降[29]。生态洼地被整合至步行基础设施中，将场地与城市的其他部分连接起来。

 

2.3.2亮点：植物设计

 

SCC为该项目设想了一种城市草地美学[27]，与自然主义种植设计实践和教学的领衔专家NigelDunnett合作，以实现这一目标。设计团队的植物设计没有为每株植物指定位置，而是建立了3种类型的种植区——湿区、半湿区和干区。例如，一期工程的局部区域在干区配置了34种草本植物，在湿区和半湿区（洼地）配置了33种草本植物，在全部区域配置了20种球茎植物。

各种植区内，植物以8~12株/m2的密度随机种植，并片植球茎植物，以增加季节性视觉趣味（图17）。在指定位置种植的植物只有乔木、结构性常绿植物和卡尔拂子茅（Calamagrostisacutiflora‘KarlFoerster’），其中卡尔拂子茅用来沿洼地打造波浪图案。为了提升视觉吸引力，植物配置中加入了几种生长快速和开花较早的物种[29]。

 

确保植物健康生长的首要因素是为生物洼地和雨水花园选择合理的土壤基质。设计团队选择了一种工程土壤混合介质，由70%碎砂岩、20%堆肥和10%砂粉混合壤组成，以提升排水性并提供良好的土壤结构和营养物质。在土壤基质顶部铺设一层50mm厚的碎砂石层，以消散高能水流的能量并减少杂草生长。种植成功的另一个决定性因素是施工后的维护机制。设计团队选择了一家具有GSI维护经验的私人维护公司——GreenEstateLtd.，在种植后的前3年进行定期除草、垃圾清理以及冬季的2次植被清理工作。维护人员在12月仅清理外观不整齐的休眠植物，然后在2月清理其余的休眠植物。对垃圾和枯枝落叶的清除则全年进行[30]。

 

由灰至绿是一个多功能程度较高的项目，它削减了雨水径流量，减少了附近的辐射热，改善了街道的美学体验，并提高了步行安全性。谢菲尔德大学的一项研究表明，项目一期的草甸风格种植显著改善了公众对街景的看法，使用者反映：植物自然度和景观特色显著增加，街道更美观，人们心情也更愉悦了。此项研究还发现植物减少了反射辐射热，从而可能减少高温带给附近行人的压力[29]。