基于植物需水量的节水型城市郊野公园植物景观规划研究

时间：2024-07-28

王思杰姚朋李雄

摘要：文章立足于华北地区水资源短缺与新时代节约型绿地建设的背景，以节水型城市郊野公园营建为研究目标，以石家庄西山郊野公园为例，采用基于汇水和植物需水量计算的研究方法，平衡公园景观用水与灌溉用水，并根据数据量化植物种类和种植面积，提出仅依靠雨水满足郊野公园景观与灌溉需求的节水型植物景观规划策略，以期为节约型绿地的规划与建设提供有益参考。

关键词：节水，植物景观，规划，郊野公园

DOI：10.3969/j.issn.1672-4925.2019.02.008

郊野公园属于城市建设用地之外的区域绿地，对统筹城乡协调发展与城市边缘区的生态空间管控有着重要意义。中国城市郊野公园建设起源于香港，经过深圳、上海和北京的郊野公园实践，全国郊野公园建设发展迅速[1]。我国郊野公园发展尚处于探索阶段，存在区域资源整合缺乏、郊野景观特色缺失、管理维护能力不足等问题[2]。在此背景下，本研究基于节约型绿地的视角，采用科学方法探讨郊野公园节水型植物景观的规划策略。

1 研究目的与研究策略

针对节水问题，已有相关研究提出采用施工技术与水循环系统设计[3]，使用中水等再生水[4]，利用乡土树种节约灌溉用水[5]等应对措施。本研究以问题为导向，结合规划实践提出仅依靠自然降水满足郊野公园景观与灌溉用水需求的节水型植物景观规划，探讨新时代资源节约型的郊野公园营建策略，并为华北地区节水型植物景观规划提供参考。

本研究采用定量分析方法，通过基址汇水量计算分配雨水资源，确定景观与灌溉用水量，并以此为基础明确郊野公园自给型、半自给型植物的种类选取与灌溉型植物的种植面积，最终确定整体自给型、灌溉型植物的群落配植和空间结构，以指导郊野公园节水型植物景观规划（图1）。

2 研究方法：基于汇水和需水量计算确定植物种类与面积

本文选取石家庄西山郊野公园作为研究对象，该公园位于西山与平原过渡区，总面积13.1 km2，竖向高差约450 m。基址地形西高东低，西部为西山东坡，东部为缓坡平原，具备良好的自然汇水条件。石家庄年均降水量527 mm，降水时空分布不均，人均水资源量为全国水平的10%[6]，是典型的资源型缺水城市。

2.1基址汇水量计算

2.1.1径流量计算及汇水分区

基于基址空间地形数据，利用ArcGIS平台进行流域分析，划分5个汇水分区，按分区计算汇水量。分区汇水量计算公式如下：

式（1）中L为分区汇水量（m3），S为汇水面积（m2），D为降水量（mm），α为径流系数。

依据基址竖向条件和下垫面类型对径流系数取值[7]，依次计算各汇水分区汇水量和总汇水量（表1）。

2.1.2景观用水与灌溉水量分配

研究提出“零水输入，有水蓄存”的原则，即不使用外部水资源，仅依靠基址降雨汇水满足公园景观和灌溉用水需求，兼具水土保持和水源涵养的功能。在水量分配上，本研究计算得出基址现状水体低洼地等潜在汇水点的汇水量为655444.5 m3，小于基址内汛期地表径流量，因此提出充分利用现状地形营造自然水景，并采用地下储水设施蓄积汛期富余的地表径流作为郊野公园全年植物灌溉用水的水量时空平衡策略。

植物灌溉水量计算公式如下：

式（2）中L植为植物灌溉水量，L总为基址汇水总量，L景为水景用水量。

计算得出植物灌溉水量为380959.2m3。

2.2自给型与半自给型植物需水量计算与种类选取

2.2.1有效降雨量

有效降雨量是指植物在灌溉季节内实际上能够利用的降雨量。

月度有效降水量计算表达式如下：

式（3）中：Re月为有效降雨量（mm）/月;Rh为历史降雨量（mm）/月;RF为有效雨量系数（%）[8]。

参照月降雨量等基址条件，计算出各月有效降雨量，再将各月有效降雨量求和计算出年有效降雨量Re年为310.93 mm。

2.2.2自给型植物种类选取

研究以有效降雨量作为植物是否需要人工灌溉补水的依据，基于不同给水条件对于植物景观的影响，将植物区分为自给型、半自给型和灌溉型。当植物耗水量>310.93 mm/年时为灌溉型植物，植物仅依靠地表下渗的雨水无法存活，需要人工灌溉补水;当植物耗水量≤310.93 mm/年时为自给型植物，即植物仅依靠自然降水即可存活并形成景观。研究表明植物耗水量和给水量呈正相關，当给水量大于充分给水的临界值66.13%时乔灌木无干旱胁迫症状，生长良好[9];地被临界值为75%[10]。因此本研究中将年需水量的66.13%小于Re年（即年需水量小于470.2 mm/年）的乔灌木和年需水量的75%小于Re年（即年需水量小于414.6 mm/年）的地被植物定义为半自给型植物。半自给型植物在无灌溉条件下可存活，与耗水量小的自给型植物搭配，形成整体自给型群落以保证景观效果。

本研究通过查阅石家庄及周边地区常用乡土植物的年耗水量相关文献资料[11-16]，筛选出自给型植物21种，其中乔木12种，灌木7种，地被2种;半自给型植物11种，其中乔木7种，灌木3种，地被1种（表2）。

2.3灌溉型植物需水量计算与面积确定

2.3.1灌溉型植物需水量计算

不同自然条件下，单位面积植物需水量的数值受园林系数和参照作物腾发量[17]的影响。

单位面积植物需水量计算表达式如下：

式（4）中：PWR为单位面积植物需水量（mm）;ETo为参考作物腾发量;KL为园林系数。

园林系数是用于根据不同参考作物腾发量估算绿化植物水分消耗的系数，与作物系数类似。园林植物群落组成复杂，因此园林系数受多方面因素共同影响（表3）[8]。

园林系数计算表达式如下：

式（5）中：KL为园林系数;Ks为园林植物种类因子;Kd为园林种植密度因子;Kmc为园林小气候因子。

自然条件下，植物需水量包括地表下渗雨水的有效降水量和人工灌溉补水量。因此，灌溉型植物单位面积灌溉需水量即植物净需水量。

植物净需水量计算表达式如下：

式（6）中：PWRnet日为植物日净需水量（mm/d）;PWR日为植物日需水量（mm/d）;Re日为日有效降雨量（mm/d）。

根据基址自然环境和植被生长条件，计算得出植物净需水量为217.73 mm/年（表4）。其中月植物净需水量为负值时即为该月下渗的雨水量大于植物需水量，富余的水量未被植物根系吸收而自然下渗回补地下水，不参与计算。

2.3.2灌溉型植物面积计算

灌溉型植物布局遵循靠近低洼地和就近取水的原则。因此，石家庄西山郊野公园灌溉型植物面积按照汇水分区分别计算，各汇水分区灌溉型植物面积取决于该分区用于植物灌溉的雨水蓄集量。本研究计算各分区灌溉型植物面积分别为A区73.7 hm2，B区30.2 hm2，C区62.3 hm2，D区3.2 hm2，E区5.6 hm2，总面积约175.0 hm2，占公园总面积的13.3%。

3 研究结果

实现水量的自维持是节水型郊野公园植物景观规划的目标，主要分为群落配植、空间结构与特色、工程设计与管护过程中的蓄水保水3部分。

3.1节水型植物群落配植

规划优选乡土树种，充分发掘自给型和半自给型植物景观特色，组成不同观赏特性的整体自给型植物群落，利用观赏价值较高的灌溉型植物群落进行补充。

3.1.1整体自给型植物群落配植

整体自给型植物群落由自给型和半自给型植物互补搭配而成，其群落配植的多样性对以林地为主的郊野公园植物景观基底至关重要。研究将筛选出的植物按观赏特性进行分类，其中常绿4种为圆柏、侧柏、白皮松、铺地柏;观花18种为栾树、臭椿、国槐、北京丁香、西府海棠、毛泡桐、杏、刺槐、鹅掌楸、紫薇、华北珍珠梅、天目琼花、黄栌、金银木、连翘、棣棠、萱草、鸢尾;秋色叶7种为元宝枫、黄栌、栾树、臭椿、紫薇、天目琼花、悬铃木。遵循耗水量盈亏平衡、常绿落叶混交、季相特色突出的原则，形成毛白杨侧柏、国槐圆柏、臭椿金银木、毛白杨二月兰、国槐珍珠梅、栾树天目琼花、元宝枫黄栌、国槐白皮松、油松毛泡桐、北京丁香白蜡、臭椿天目琼花、毛白杨金银木等兼顾不同观赏特色的整体自给型乔灌植物群落，同时利用八宝景天、鸢尾、萱草等地被植物丰富林下、林缘的空间和景观效果。

3.1.2灌溉型植物群落配植

灌溉型植物群落旨在高效利用有限的水资源，重点打造独具特色的观赏群落，对重要节点起到装饰性种植和体现景观主题的作用。研究选取紫叶李、红枫、金叶榆等彩色叶植物，以及红瑞木、迎春、柿树、平枝荀子等冬季可观干观果的乡土植物，搭配形成柿树红瑞木、枫杨水杉、银杏白皮松、白玉兰七叶树等独具特色的灌溉型植物群落，弥补自给植物群落观赏性的不足，提升郊野公园重要节点的特色与品质。

3.2节水型植物空间结构与特色

3.2.1节水型植物空间结构

空间结构基于山体生态保育、路缘滞尘降噪、林间通风降温等郊野公园植物群落功能，纵向上形成针阔混交林复层空间，横向上形成开敞型、半开敞型、覆盖型和纵深型空间结构[18]。

开敞植物空间主要由乡土草花地被构成;半开敞植物空间包括林缘过渡带、装饰性灌丛和疏林草地等;分支点高的单层乔木林形成林下遮荫环境的覆盖空间;沿基址现状3条冲沟两侧的复层密林夹合形成纵深植物空间。

3.2.2节水型植物景观特色

郊野公园不同于城市公园，植物景观应体现大尺度、多季相、近自然、低管护的郊野景观特征。研究综合景观性和游憩需求，对自给型和灌溉型植物群落进行合理分区布局（图2），展现郊野公园植物景观特色。

规划发挥整体自给型植物群落连续性的优势形成自然郊野景观区：以秋色叶植物群落为骨干，结合现状原生植物打造秋季一望无际的“彩画西山”景观特色;以自给型早春观花植物群落在郊野公园“早春踏青”活动沿线形成多条花香四溢的特色景观带;利用野生地被植物自播繁衍形成野花草地，展现郊野公园自然野趣的景观特色。

规划利用面积有限的灌溉型植物打造园林主题景观区，通过补充彩叶和冬景植物丰富景观色彩和季相多样性。花田景观区基于现状农田肌理，采用蔷薇科花灌木和地被花卉形成丰富的景观色彩和层次;龙泉寺景区通过七叶树、銀杏、白玉兰等与佛教文化相关的植物营造独特的禅意景观，在乡土田野风貌的基础上，突显重要节点的特色主题。

3.3工程设计与管护过程中的蓄水保水

规划本着低影响开发的原则，以自然下渗、雨洪滞留、雨水蓄集净化、水资源再利用的技术手段，利用自然冲沟等地形汇水，在最大程度保留现状低洼地的基础上利用雨水湿地、湿塘、调节塘等设施的合理布局[19]，将7、8月的降雨经过滞留、调蓄和净化后按汇水分区就近蓄积在存储设施中，以便用于春秋季植物灌溉补水。基于工程设计完成雨水资源的时空再分配，减少汛期洪涝灾害，涵养水源，实现“零水输入，有水蓄存”的目标。

管护中应合理保持枯落物，减少耗水地被，多使用原生自然地被等措施增强地表保水能力，同时通过林地等种植基址的土壤修复提高土壤透水蓄水能力。灌溉管理中遵循精准灌溉的节水理念，按灌溉型植物的不同季节和气候条件需求精确量化补水。

4 结论与讨论

郊野公园节水型植物的研究和规划实践有着重要的现实的意义。郊野公园不同于城市公园，植物景观应避免对水资源的过度消耗，应多采用乡土植物，以自给型植物为主构成绿色骨架;以灌溉型植物为辅点缀重要节点，形成既具有乡土风貌和野趣特征，又体现景观品质的郊野型植物景观，且通过工程设计和管护措施，满足涵养水源与保持水土的需求。

由于汇水量和自给型植物材料有限，仅依靠雨水满足郊野公园的景观和灌溉需求存在极大的挑战，因此后续研究会更加侧重如何平衡节约性与观赏性的关系。本研究参考的植物耗水量多为实验条件下的数据，且所选基址位于浅山区，具有明显的高差和汇水优势，因此今后的研究将拓展用地区位和立地条件不同的地块，增强多元化实践支撑，助力节约型绿地与美丽中国建设。

参考文献

[1]朱江.我国郊野公园规划研究：以香港、深圳、北京、上海四城市的郊野公园为例[D].北京：中国城市规划设计研究院，2010.

[2]蔺靖远，张文慧，姚朋.我国城市郊野公园建设现状及营建策略探究[J].中国城市林业.2018，16（6）：53-57.

[3]赵淑琴.节水型园林技术浅析[J].中国农业信息，2016（15）：86.

[4]罗文娟.园林日常维护的节水途径[J].现代园艺，2016（16）：193.

[5]李兆妍.浅谈发展节水型园林的对策建议[J].北方经济，2016（10）：79-80.

[6]郝林，周辉，杨晓清.“三条红线”应对石家庄市缺水现状[J].水科学与工程技术，2012（S1）：9-11.

[7]中华人民共和国建设部.室外排水设计规范[S].GB50014-2006

[8]邱振存，管健.园林绿化植物灌溉需水量估算[J].节水灌溉，2011（4）：48-50，54.

[9]王瑞辉.北京主要园林树种耗水性及节水灌溉制度研究[D].北京：北京林业大学，2006.

[10]袁小环，段留生，孙璐，等.4种宿根花卉北京地区水分蒸散规律与节水灌溉[J].中国农业大学学报，2007（6）：1-5.

[11]王瑞辉，马屣一.北京15种园林树木耗水性的比较研究[J].中南林业科技大学学报，2009（04）：16-20.