上海绿地雨水调蓄能力估算结果

1．绿地雨水调蓄能力概况

上海现状绿地对雨水调蓄能力的评估对上海城市绿地雨水调控功能的提升及上海海绵城市的建设至关重要,同时也是建立适合上海地区气候及用地条件的评价指标体系、筛选低影响开发技术和应用适用性的低影响开发技术的基础。现状绿地雨水调蓄能力主要包括地上和地下两个部分。其中,地上部分为乔木和灌木冠层对自然降雨的截留作用,包括乔木郁闭度、乔木类型、灌木类型、灌木面积等影响因素;地下部分主要指土壤的蓄水能力,包括土壤质地和坡度等影响因素。

2．群落调查样地选择依据

根据生境类型(湿地、旱地、中生地)、植物生活型(常绿阔叶、落叶阔叶、针叶)、先锋树种(香樟群落、水杉群落、广玉兰群落)及结构类型(乔—灌—草、乔—灌、乔—草、灌—草)选择样地,以道路、水系等界限为边界,无明显边界的设置40～200 m2标准样方。普查之后,结合地形(坡地、高亢地、凹地)、土壤状况(黏土、砂土、壤土等)和植被类型,聚类为多种典型的样地类型组合。莘城中央公园属于调研类别中的公园绿地,植物配植与空间类型较为丰富,故选择的样地均是具有相关代表性的。

普查内容包括绿地的场地特征及植物群落的基本特征。其中,场地特征包括地形、坡度、地形率、水体容积或深度、透水铺装比例(孔隙率＞8%)、不透水铺装比例(孔隙率＜8%)、绿地布局方式、径流流向、子汇水区等内容。植物群落特征则包括生境、盖度、树种、胸径、冠幅、树高等指标,需进行每木调查。此外,需采集土壤标准样计算渗透率、孔隙度、饱和含水量及有机质含量。

例如,选取上海闵行区莘城中央公园中9处比较典型的植物群落作为调查对象,根据法瑞学派的群落学调查方法,对其群落结构和特征进行调查。其中,乔木有19种,灌木28种,竹1种。乔木的树种种类占总数的39．6%,灌木占总数的58．3%,竹类占0．2%。这48种植物中共有乡土植物有30种,占比62．5%。

调查结果显示,在调查的植物群落中,出现的建群种和优势种种类有15种。在这些建群种中,有几个种类出现的频率比较高,如香樟、桦树等。其他建群种主要为适应能力比较强的广玉兰、雪松、银杏等。结合植物生活型、郁闭度、绿地坡度及面积等影响因素划分群落类型。

3．群落单次冠层降雨截留能力计算

群落单次冠层降雨截留量的计算方法如下:

式中 Vi——第i种样地总冠层截留量;

ki——第i种树种单次冠层雨水截流量;

Pi——第i种树种在样地内的冠层覆盖比例。

计算结果见表2-14。

表2-14　莘城中央公园中植物群落单次降雨截留能力

当降雨强度为小雨(＜5 mm/12 h)时,群落的降雨截留能力可达100%,中雨时(5～15 mm/12 h),截留能力约为80%,大雨(15～30 mm/12 h)时仅为40%,结合群落单次降雨截留量、降雨强度和年平均降雨量,可得到不同群落类型的降雨截留量与年平均降雨量的关系。

4．绿地全年植物群降雨截留量计算

植物群落降雨截留量Li的计算方法如下:

式中 Li——第i类型群落的降雨截留总量,m3;

Ai——第i类群落的乔木郁闭度所对应的全年平均降雨截留百分比,%;

Bi——第i类群落的乔木类型所对应的全年平均降雨截留百分比,%;(www.xing528.com)

H——年平均降雨量,mm;

Ci——第i类灌木覆盖率,%;

Di——第i类群落的灌木类型所对应的全年平均降雨截留百分比,%;

E——群落土壤的降雨截留量,mm;

Si——第i类群落的面积,m2。

例如,莘城中央公园共27个植物群落,其中9个常绿阔叶群落,10个落叶阔叶群落,4个常绿落阔混交群落,1个常绿针叶群落,2个落叶针叶群落,1个针阔混交群落。根据式(2-31)计算植物群落截留量为825 mm,截留率为75%。

式中 Vt——全园每年截留雨量;

Li——绿地群落截留量;

W——水体截留蓄积能力;

k1——水体面积占比;

S——全园总面积;

H——年平均降雨量;

R——总截留率。

莘城中央公园总面积46 528 m2,水体面积为3 656 m2,占总面积的7．8%,硬质12 355 m2,占总面积的26．5%,绿地30 517 m2,占总面积的65．7%。根据式(2-32)和式(2-33)计算,全园截留能力为1 212 mm,相当于全年降雨量的110%。

上海不同功能和区位的城市绿地的现状雨水蓄留能力的计算方法同上,单位面积绿地的平均降雨截留能力及其占年平均降雨量的百分比见表2-15。由图2-16可知,位于近郊和远郊的城市绿地的单位面积蓄水能力相对接近,远高于位于城市中心区的现状绿地(约高10%)。其中,在市中心的现状绿地中,商务办公绿地的单位面积蓄水能力最强,公园和广场绿地次之,而社区绿地、道路绿地等蓄水能力最低;与之不同的是位于近郊和远郊的绿地功能,即公园绿地对雨水的蓄留能力最强,其次是道路绿地,能力最弱的是商务办公绿地(图2-17)。由此可见,就雨水管理功能而言,城市中心公园建设年代相对久远,群落更新速度较慢,游憩密度过高,可能导致其植物群落和土壤对雨水的调节功能较低,而社区绿地面积有限,也限制其对径流的控制能力。对于近郊和远郊的绿地,公园绿地的建设更完善,土壤改良和植物群落构建技术都有一定的提升,因此其绿地的雨水调节能力也相应地有所提高,而道路、社区、广场、商务办公等绿地的环境功能(雨水管理)则可以通过低影响开发措施的适应性应用加以改善。

表2-15　不同区位及功能的绿地对雨水的蓄留能力估算

此外,位于中心城区的街旁绿地(如玉兰园)单位面积雨水截留能力的平均值约为764．90 mm,约占年平均降雨量的66．51%,但经过优化改造并增加了雨水花园和植草沟等绿色基础设施的共享绿地的单位面积雨水截留能力可达1 159．2 mm,占年平均降雨量的100%。又如,位于远郊的道路绿地的平均蓄水能力仅为850．42 mm,占年平均降雨量的73．95%,而作为海绵城市示范地的松江三新北路群落的单位面积蓄水能力提升至1 087．23 mm,占年平均降雨量的94．54%。从实测的结果可知,采用低影响开发措施进行优化的城市绿地对雨水的蓄留能力有显著的提升。

图2-16　上海城市不同区位的现状绿地对雨水蓄留能力的评估和比较

图2-17　上海城市不同类型现状绿地对雨水蓄留能力的评估和比较