摘要：近年来，《国家新型城镇化规划（2014－2020年）》提倡建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市，很多城市都在大力建设具有蓄存雨水，除污纳垢功能的雨水利用设施，雨水花园是其中一种典型的雨水滞留设施。基质是雨水花园稳定运行的重要组成部分，合适的是建设雨水花园的基础和开端，影响着花园的使用寿命以及系统的正常运行。本文介绍实际工程中的雨水花园各层基质的种类和选择，分析各种基质的特点，为雨水花园基质设计提供研究方向和应用指导。
关键词：雨水花园；基质应用现状；研究前景
1导言
随着中国城镇化进程的不断加快，灰色基础设施的快速发展，地表硬化面积比例增大，透水性能下降，地表径流比重增加，城市排水系统负荷过大，难以满足高强度暴雨，导致“城市看海”现象频繁发生。城市降雨径流中携带大量的悬浮物、营养物质、重金属、油脂和致病菌等，这些污染物通过地表径流直接进入城市受纳水体中，不仅破坏水生态，还会威胁人类健康。为解决城市化进程带来的城市内涝灾害、面源污染和水资源紧缺等问题，全球专家学者都在积极寻求一种新型的城市雨洪管理技术。“海绵城市”是指在优先利用自然排水系统的基础上，通过各种生态排水设施，使城市开发建设前后的水文特征基本保持不变，从而实现缓解城市内涝，削减径流污染负荷和改善城市水环境的目标。雨水花园是基于“海绵城市”理念下的一种集雨水渗透、收集、储存和净化为一体的新型绿色雨水基础设施，近年来被欧美等发达国家广泛应用在居住区、街道、公园、校园和停车场等领域。
2雨水花园概述
雨水花园又称生物滞留设施，指在有植物生长的低洼地区，利用植物、土壤和微生物的作用净化雨水水质，通过增加雨水滞留时间和提高土壤渗透性能来减少径流外排量，补给地下水或将收集的雨水回用于景观绿化和冲厕等城市杂用水。雨水花园主要由5部分组成，自上而下依次为蓄水层、覆盖层、种植土层、填料层和砾石排水层，通常还包括预处理设施和溢流设施等。每层结构有不同的生态和结构功能:①蓄水层:储存暴雨径流量，沉淀部分污染物;②覆盖层:选择树皮，营造利于微生物生长的环境，减少径流对填料及土壤的侵蚀;③种植土层:常用砂子、土壤或有机质等，为植物提供营养物质及生长环境;④填料层:选用渗透性较强的天然或人工材料，主要是砂质土壤、炉渣和砾石等，系统控制暴雨径流和污染负荷的主要承担者;⑤砾石排水层:由粒径较小的砾石或碎石组成，底部设排水管，排出下渗雨水。根据土质渗透能力和功能要求等，雨水花园分为自然下渗式和回用式，又根据使用要求不同，分为以控制径流污染为目的和以控制径流量为目的的雨水花园。
3雨水花园不同层基质的选择
雨水花园基质层包括蓄水层，种植土层，人工填料层，砂垫层和砾石层，不同层基质的结构位置不同，作用也不同，因此在选择的时候要针对其功能选择合适的基质材料。蓄水层上一般设覆盖物，一方面能阻止尘土飞扬，另一方面也能拦截吸附进水中的污染物质。研究表明壤土、桧柏覆盖物、硬木覆盖物、松树覆盖物、锯末等低成本的本地材料能有效地去除雨水径流中的Cu和Pb。通过批量测试评估了在含有磷酸盐的重金属污染水的情况下，覆盖物对重金属的去除能力为：硬木>松树覆盖>锯末>壤土>硅沙。蓄水层和种植土层要选用渗透系数比较大的人工合成土壤，经研究发现人工合成土壤中砂子的含量一般为60%~85%，而有机成分的含量一般为5%~10%，黏土含量则不超过5%。他们还发现，当种植土层种植草本植物时，种植土层的厚度宜为250mm左右。李家科等人布置雨水花园时种植土及填料层厚度为700mm，孔隙率为0.5。关于人工填料层，厚度一般设置在0.5~1.2m之间，而渗透系数一般不小于10-5m/s。人工填料层需要进一步去除雨水以及地表径流中的溶解状态的污染物质，因此该层选择的基质也要满足一定的特殊性要求。
通过实验发现，在工业副产品中，粉煤灰脱氮除磷的效果最好，同时粉煤灰对重金属的去除效果也非常显著。在天然材料中，沸石的综合性能最好，但缺点是沸石无法去除水中的磷，褐铁矿、砂土、陶粒、蛭石综合性能略逊于沸石，但除污效果也非常显著。在人造产品中，一种名为集料黏土（LECA）的物质综合性能最为优良。沙垫层可以选择颗粒较小的细沙，而砾石层则可以选择颗粒较大的砾石，如直径在1~2cm左右的石灰石等。总体分析了雨水花园的基质，认为土壤中的含沙量宜为50%~60%，其中细沙的含量不能超过25%，腐殖土含量宜为20%~30%。表层土的含量宜为20%~30%。除了上述物质之外，还要有3%~7%的有机物，pH值也要保持在6左右。则通过有无内部蓄水层设计的对比实验，发现内部蓄水层能显著提高Cu、SS、N、P污染物的去除率。
4雨水花园基质类型对植物生长的影响
植物是雨水花园中重要的组成部分，它既可以保土蓄水，又可以提高雨水花园的观赏性，根据以上分析，在选择植物的时候通常要考虑两个方面，一个是植物调蓄雨水的功能，另外一个则是植物的观赏功能。提出雨水花园植物配置需考虑干旱期、涨水期，对于抗洪能力较强的植物我们应优先选择。对于耐干旱植物可以选用旱柳、沙柳、红皮柳等。而对于景观植物，认为可以选用湿地松、垂柳、池杉、芦苇、香蒲、马蹄金、斑叶芒、旱伞草、灯芯草、马蹄莲、凤眼莲，黄菖蒲等。我国地域经度纬度跨度大，气候降雨量等自然条件的不同导致了各个地区原生土壤土质的不同，秉承因地制宜的原则，在不同的地域也要适当改变种植植物的种类。提出就将不同的植物进行组合搭配，构成复合型植物床，这样雨水花园植物的功能就不再单一化。另一方面基质对于植物的生长影响主要通过基质元素、基质种类以及基质孔隙度这三个因素体现。基质元素的缺失或者过量，都会对植物的生长发育产生负面的影响。选用80cm高沙质土壤、80cm高壤质沙土（10%含沙率）和20cm高豆砾石及壤质沙土混合物（含沙石量10%）作为生物滞留系统填料，结果发现TP、TN在对照组中的去除率分别为73%、41%，增加植被之后去污率分别提升至91%、81%，说明雨水花园加上植物种植，能大大加强构造填料的整体去污能力。基质的种类是影响植物生长第二个关键因素。在研究不同基质对生长时就设置了五个处理组，目的是为了观察不同基质组成下植物的生长情况。实验中，每个处理的50%土壤成分都相同，具体为发酵稻壳，膨化珍珠岩，蛭石，炉渣和进口缓释肥。最后综合实验结果表明，处理5（5%食用菌下脚料，5%干制鸡粪，5%干制牛粪和35%泥炭土）对植物生长发育最为有利。基质的孔隙度则与植物相互影响，较为合适的孔隙度有利于促进植物的生长，合理的植物种植则正反馈于基质，有助于提高土壤的肥力。
5结语
综上所述，雨水花园基质的选择关系到雨水花园对雨水的处理和滞留效果，影响到雨水花园的使用寿命和植物的生长。从植物方面来说，它影响着植物的生长和发育，而从渗透系数的角度来说，基质直接决定了土壤孔隙率和透水率的大小。基质的研究不是固定的单一的，一定要综合考虑雨水花园所处的地理位置，所接纳雨水的水质特征，所在地的气候，所在地原生土壤的土质，所在地周边的地理环境等因素。总而言之，一切应秉承因地制宜的原则这样才能最大化的发挥现有的研究成果。
参考文献
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