生态建筑学:透水路面与覆土沟渠的雨水管理

水是建设的起点。没人会把房子建在无法获取水源或是易被洪水冲毁的地方。在生态规划中，基地的水文条件是考虑的首要因素，会更加受到重视。水文条件中包括不同种类的水：作为清洁水的地表水、地下水和雨水（径流），以及作为污染水的交通（路面）污水、灰水和黑水。规划时需要考虑所有类型的水。

1）流域盆地

水和空气是环境污染的主要媒介。因此在生态规划中很自然地从研究流域盆地开始，探究在流域范围内发生着什么（图4-26）。

2）调查要点

（1）地下水。地下水的深度影响着地基方式和污水处理系统的选择。不同级别的厚板和柱基常常用于地下水位比较高的区域。很难在这样的场地中设置渗透系统和沙过滤层，应该避免在地下或地表水流动频繁的场地建房子，尤其是有松质泥土层（细沙或泥沙）或陡峭斜坡的场地。地下水的水位、土壤条件、化解外来负荷的能力（例如湖、河道和湿地）决定了废水如何以及在哪里渗透、净化最后返回生态循环（图4-27）。

图4-26　流域盆地

流域盆地是用于研究陆地和水体交互作用的自然单元。① 沉淀；② 蒸发；③ 空气盐分；④ 生物效应；⑤ 风化；⑥ 化学肥料的使用；⑦ 灌溉；⑧ 污染地区和工业的辐射；⑨ 供水；⑩ 能源生产；⑪ 地表水；⑫ 污染水；⑬ 地下水。资料源于《研究与进步》，1974:5

图4-27　由地下水运动形成的流入和流出区域示意图

资料源于《水陆 19世纪九十年代的市政自然资源规划——长期研究的需要》，卡斯特逊（Castensson）、法尔肯马克（Falkenmark）、古斯塔夫森（Gustafsson），BFR，G23:1989

图4-28　不同方式的径流比较

随意改变坡地上的径流会影响地下水的流动，导致地下水位的降低，从而对建筑和植被造成损害。通过收集建设区域的径流水，使其顺坡渗流到山下的丛林，可以减少对水文平衡的破坏。资料源于《建筑 地蠕虫的窘境》，CTH，1991

图4-29　排水坡度

靠近建筑的区域必须确保排水坡度≥5%

图4-30　不同地面铺装的雨水回渗比较

地被植物或者块材之间空隙较大、渗透性较好的地面铺装，可以使雨水回渗

（2）地表水。地表水包括河流、小溪和湖泊。它们当然是易受环境影响的，例如：酸化会导致鱼类的死亡和金属析出。久而久之，地下水也会因为酸化不再适合饮用。就目前来说，可以通过碱化湖泊来解决酸化问题。但是从长期来看，必须控制空气中导致酸化的污染。水渠中有机物质过多的主要原因，是农业施肥和污水处理造成的氮析出。可以通过采用更好的施肥方式、尿液分离污水或者氮处理方法来解决。氮处理可以通过湿地或者土地表面的水流来实现。过度施肥的问题因排水和自然湿地改造被再次强调。

（3）径流。改变径流有几个弊端，会降低地下水位，导致植被破坏，建筑物受损（图4-28）。如果通过排水管道组织径流，在大雨情况下，处理设备可能满溢，未处理的污水可能会侵染水体——而事实上这种情况很常见。在大多数情况下就地处理径流会带来很多好处。① 就地处理径流水。就地处理径流水对环境有利。实施雨污分流，将废水通过下水管道输排，径流水就地处理回流大地或溪流，而不是把径流水与废水混合，一并送至污水处理厂。在有些情况下，可以通过修建水库来收集径流水，避免洪水泛滥。就地处理径流水的关键点在于将水排离建筑物及其基础。可以用排水管道将水引入排水渠。靠近建筑的区域必须确保排水坡度（大于等于5%）（图4-29）。雨水可以用来灌溉农作物，在某些缺水区域可以用来洗涤和冲厕。所以为了保证有绿色区域来吸收雨水，尽量避免铺设不必要的硬质地面，以争取更多的绿地来吸收雨水。必须有硬质铺地时，尽量在石块或地砖间留出孔隙，或在草地中铺设有孔地砖（图4-30）。停车场地面可以铺设模块化铺地和渗水沥青（图4-31）。沥青路面上的水里每升含有30—70 mg油类。如果使用的是渗水表面，油质就会被模块化铺地的上部吸收。然后由细菌和真菌集中生物降解。可以通过在模块化铺装中加入土工织物而加速降解。这种做法可以使排放物中油类含量减少97%。沟渠、池塘和湿地可以充当雨水调蓄作用（图4-32至图4-34）。植草屋面可以有效地减少雨水处理的总量。可以将径流水就地处理用于高密度的城市区域。在有黏土和细沙的场地，或用地狭小的建设基地，可以将粗糙的碎石混合进土层的最上层，作为可渗透的覆层（图4-35）。在缺乏淡水的地区，就地利用径流水和雨水是一种选择。这在德国和丹麦很普遍。② 交通污水。交通污水往往受到严重的污染，并且会导致很多问题。车轮释放的粒子中包含对环境有害的油类。刹车会释放金属物质，例如铜。车辆排放的尾气包含有很多危害环境的物质。交通污水无需送去污水处理厂，但是它太脏了，又不能作为径流水来处理。现在可以用专门的过滤器来净化交通污水（图4-36）。这种过滤器可以安装在集水沟或是特殊处理设备中，用来处理高架桥和高速路面的交通污水。此外，靠近高速公路的人造湿地可以有效地吸收和净化交通污水。

图4-31　传统路面铺装与透水路面铺装的雨水回渗比较

尽管可以使用渗水沥青，沥青路面还是会阻止径流水的回渗。左图说明的是传统的沙砾—沥青道路，右边的则是透水路面铺装（带孔隙的块材铺装）(https://www.xing528.com)

图4-32　斯德哥尔摩哈默比湖城的台阶式溢流水道

人工水面的水需要流动和氧化，才不至于变味。图中所示的台阶式溢流水道是为了确保水的流动和氧化

图4-33　德国斯查布赫（Schafbrühl）居住区内用于净化水的阶梯状水道

资料源于约阿希姆 伊布（Joachim Eble）建筑事务所，图宾根

图4-34　图森斯克南居住区配的就地处理径流水系统

瑞典韦斯特罗斯地区的图森斯克南居住区内就地使用径流水的系统，其开发者是HSB（瑞典国家居住租赁、存贷与建造协会）。径流水由小溪收集然后流入池塘，再被抽吸到位于高处小溪的起始处。溪水在潺潺流动中缓缓渗入土地，池塘在营造优美景观的同时，起着调蓄水量的作用。资料源于HSB，韦斯特罗斯

图4-35　覆土沟渠示意图

暴雨来临时，覆土的沟渠对于大量的水可以起到过滤和调蓄的双重作用

（4）湿地。湿地对水生生物来说是很重要的生存环境。湿地起着蓄水池的作用来调节水流，降低干旱和洪水的危险。湿地有助于维持区域内水文平衡和地下水位稳定，它还可以用来过滤营养物质，减少土地开发对于湖泊和河道的影响。潮湿的土地就很难用于开发，湿地则更难。建在湿地上的房子，如果处理不好潮湿的问题，就会影响居住者的健康。由于人工排水、修建笔直和封闭的沟渠堤坝，湿地逐渐消失，现存湿地的净化能力也逐渐下降。这种人工干涉的结果使地表水太过迅速地流入水体之中。为了减少营养物质的流失，人们正在重造湿地，同时增加沟渠中的曲折。新建的人造湿地有不同的用途：小池塘用于增加生物物种的多样性；污水处理厂附近的湿地用于吸收净化处理后的污水中所含的氮；耕地和森林区域的湿地可以减少营养物质的流失；湿地还可以保持雨水、延缓径流水的流动、净化街道和停车场的雨水（交通废水）（图4-37、图4-38）。

（5）洪水。间歇性的洪水带来严重的经济损失，而一些损失是可以通过制订严密的市政计划避免的。我们知道河流和湖泊会受到洪水的强烈影响，需对极端天气情况作出预案。易受洪水威胁的地区应限制建房，并要保证水的排溢，流入湖泊、湿地或水库中。如果气候持续变化，极端的天气状况会更为频繁。因为没有适于建设的土地，很多发展中国家的贫困人民只能在洪水泛滥的地方建造房屋。如果树木被砍伐，河岸植被枯竭，湿地干涸，那么洪水造成的灾害会更加严重。基于水文知识进行规划可以减轻洪灾的威胁。

（6）雪。为了防止漫天大雪阻塞入口和道路，我们规划好就地处理雪的方案。入口通道应该设在上风区，在下风向收集雪。如果规划得好，就能使清扫雪的工作量大大减少。处理积雪的目标是使操作范围尽量缩小，即尽量减少雪的搬运，就地处理。为了减少大型机械和交通运输，应该在阳光充足和排水良好的区域合理规划堆雪场地（图4-39、图4-40）。对于低矮且屋顶平缓的建筑，下风面的积雪会较少。在建筑主风向，离建筑一定距离的地方设置防雪墙，可以辅助防雪。入口和车库门应该置于上风向，这样不会有太多积雪。防风墙入口间的距离应是其高度的十倍。下风向的院子需要得到屋顶、墙体和防风屏障的防护。合理的路面设计可以基本免去清理积雪的工作。挡雪设施与道路的距离是屏障本身高度的10—15倍。对于有空格的挡雪设施，距离则需要是屏障本身高度的15—20倍。

图4-36　径流水检修孔

其设有过滤油脂和重金属的滤网。资料源于《概念》，城市伙伴公司，林雪平（Linköping）

图4-37　开放水系和湿地的水体流动示意图

在开放水系和湿地里，水的缓慢流动更有利于净化，并且造价也更低。资料源于《湿地对海洋的作用，有机雨水管理措施建议》，哈尔姆斯塔德市（Halmstad），1991

图4-38　挪威的弗纳布（Fornebu，原奥斯陆机场附近）的水流规划平面

完整的生态规划应包含有本地化的处理方案