2016 ASLA 研究类荣誉奖：气候锻造 – 对植被，土壤和适应性管理在城市绿化中作用的评估

项目陈述

景观建筑师正面临着逐渐增长的在城市中设计高效景观的压力。然而，相关的管理要求和工程模型往往不能将不同环境下绿色基建的效果进行量化，尤其在计算土壤贮能和蒸散损失方面缺乏可行的方法。具体了解绿色基建在改善城市环境中的表现对于引入新的工程模型，完善相关法规和优化可持续景观设计都有重要意义。为了弥平这一科学和政策之间的知识缺口，设计师和科学研究员在一座新建的非渗透性城市公园中合作开展了一项为期三年的研究。团队对雨水流失量、水质、土壤和植被进行监控，以了解基础设施的表现并且评估适应性管理的长期效果。设计师们根据需求改善了维护方案，提高了景观的性能。研究成果表明公园可以多管理超过工程模型预期三倍的雨水。

△ 生态实验室 – 位于大学校园中一片占地2.75英亩的城市公园被用作研究多重绿色雨水基础设施(GSI)系统、以及适应性管理策略对其性能影响的实验地。

项目说明

市民和专业领域都在不断向景观建筑师施压，希望他们可以设计出高性能的多功能景观，特别是在土地稀缺的城市区域，这一需求尤为强烈。单独的绿色雨水基础设施(GSI)构件的效果数据已经越来越稳定可信，但以下两个方面的数据却仍处于缺失状态：1)多个GSI构件在基地中一段时间内的整体表现;2)适应性管理对景观效果的影响。大多数工程模型和现行法规中没有将GSI在不同环境下的表现纳入考量，而是使用通用规则进行计算。景观建筑师需要实地测量的数据以深入了解GSI项目在长时间内的表现，并且找出合适的管理方法，以让此基础设施达到最佳效果。该信息可以帮助景观建筑师引入新的工程模型，推行新的GSI政策法规和优化可持续景观设计及管理。

为了了解相互联系的GSI元素在适应性管理下的整体表现，一个由设计师和学院联合的研究团队在城市大学校园中一座占地2.75英亩的城市公园内开展了一项为期三年的调研。项目开设了景观监控课程供学生学习，并且为更广泛的专业及法律领域提供了实地收集的GSI表现数据。调研与学校、政府和设计专家建立起合作关系，从基地上获取一手数据，帮助研究团队更好地了解了给予绩效的景观设计，并建立了一套适应性管理方式以维持和强化现行的景观管理系统。

基地选择

项目基于以下原因选择了这座非渗透性公园进行GSI监控：

学院安排：业主为一所综合性大学，致力于将课堂延伸到景观之中并在校园中展示健康可持续的景观实践。

有限的排放点：公园的大部分区域下都设有地基，如同绿化屋顶一般，雨水溢流只会通过两合流下水道排出。

整体GSI设计：在公园内，工程土壤、精心挑选的植物和雨水收集灌溉系统被设计成为了一个整体。基地内绝大多数的水都在GSI系统之中，包括草坪下储水沙床、4700平方英尺的雨水花园、20000加仑蓄水池支持的灌溉系统、本地植物基床和连续的树沟。

适应性管理程序：学校为适应性管理提供了支持，旨在随着时间流逝加强基地的雨水管理系统。程序包括使用堆肥茶，监控灌溉，使用可选防冻盐，监控土壤和植物和修复土壤与草坪。

地区环境：公园处于城市之中，其中设有一条老化的合流下水道，急需进行GSI效果研究并对传统工程模型进行比较分析，发掘高效土壤和植被的真正价值。

研究目标与手段

研究的目的是在城市配置下对现行的GSI效果工程模型进行评估，并将结果反馈给大学的设施管理者，帮助他们提高整个校园的景观表现。调研主要想解决的问题如下：

土壤和植被究竟对雨水管理做出了多少贡献?

沙基土壤和有机草坪管理系统是否有助于景观的健康，包括避免凝结和最大化蒸散量?

适应性管理对景观效果有何影响?

为了回答上述问题，研究团队对雨水流失量、水质、土壤、植被和社会使用实施了监控，用以了解基地作为一个综合GSI系统是如何运行的。研究人员运用了多种手段分析公园建造前、建造中和建成后的状态，对景观效果的变化进行了深入了解，并为管理程序提供了参考。

研究成果

为期三年的景观适应性管理评估成果如下：

1. 整体GSI设计能够管理超过工程模型预期3倍以上的雨水。

建立在当地暴雨控制管理条例之上的工程模型并未考虑到公园内能够大量储存水源的高效设计土壤、能够大量蒸发水分的高效能植被以及利用蓄水设备二次利用雨水灌溉植被的灌溉系统的作用。监控期间最大的一场降雨过程出现在2013年6月7日，总降雨量达到了3.14英寸。景观工程模型预测基地仅能处理1英寸的降雨量，然而在整个降雨过程期间并未有雨水溢出，汇入市政排水系统中。

适应性管理回应：

在监控期间，共计有7次雨水总量临近产生溢流，且仅有一次雨水溢流至市政排水系统之中，而其中6次逼近临界值的降雨发生在为防治除冰盐污染水源而季节性关闭蓄水设备的冬季。而假如蓄水设备在冬季也能如常使用，即使面临更大的降水量雨水溢流也不会发生。面对这种情况，设计团队为蓄水箱加入了盐度监控设备，保证其在冬日的工作运行。

2. 灌溉系统监控对于预防储水设备溢流至市政管道和可持续雨水管理都极为重要。

剩余的一次逼近临界值的降水与雨水溢流皆发生在旱季。公园管理手册建议在该季节应每周浇灌1英寸水源，然而在这两次事件中灌溉设备被错误设置至喷淋每天喷淋4英尺水源。

适应性管理回应：

主动性监测系统将显示灌溉系统问题，并在过度灌溉时持续性地为景观管理人员提供数据。灌溉系统的无监管或错误监管将为引发一系列的问题，并最终导致非必要性的雨水溢流。

3. 泛滥平原的原生植被与不经压实的草地是雨水管理的主力军。

即使在都市环境之中，泛滥平原的原生植被也起到了极为突出的雨水蒸腾作用。孔隙度仪的测量数据显示公园内仍处在生长盛期的二色栎每棵树木的日蒸腾量达到了35加仑。而随着树木的日益成熟，这个数据还将进一步上升。而不经压实的草地也在贡献着自己的力量，蒸腾量与压实性在数据上成反比，而利用场地中的土壤湿度计，将这些数据与土壤蒸发数据一同测算，以了解每日土壤的蒸发量。

适应性管理回应：

初步数据表明在设计GSI系统时，应尽可能延长水分在植物根际范围中的事件，以保证在不影响植被生长与健康的同时，尽可能的通过土壤与植被蒸发、蒸腾水分。利用可回收使用的暴雨雨水和空调冷凝水的灌溉系统使得水源在植物系统中形成了循环，进一步提高了水分蒸发、蒸腾的可能性。

总结

本次的调研监控证明了高效设计土壤、恰当的植被种类选择、二次利用的灌溉水源以及适应性管理将大大降低雨水溢流至市政管道的几率，管理超过工程模型预期三倍的雨水。当然，GSI策略的高效推广与应用仍需更多的实地试验，以确定能够适应更广泛情况、管理最多雨水的土壤配比与植被种类。本次研究不仅能够进一步推广GSI系统的使用，同时也能通过诸如SITES和生态建筑挑战等项目实现区域零净水的目标。

△ 绿色基础设施能效 – 尽管人们对GSI的兴趣日益浓厚，但在诸如植被选择、土壤能效提升、循环水源灌溉以及适应性管理策略等相关元素将如何影响GSI表现性能的领域仍缺乏有效的实验支持。

△ 设计性能 – 依照当地条例，能够管理1英寸降雨量的GSI系统应当包括：地平线下沙质存储床，设计配比土壤，配有水箱、循环利用暴雨和空调冷凝水的灌溉系统、本土植被以及雨水花园。

△ 宜人的设计 – 开阔而易于行走的路径环绕着公园中心巨大的半圆形绿地，在高密度的城市中打造了一片层次丰富的绿色空间，为使用者提供了一个沉浸在自然之中片刻喘息的机会。

△ 高性能土壤 – 公园中最重要的GSI元素为其经过配比设计的高性能土壤 - 草坪下3英尺深的存储土床、为雨水花园特设的土壤、灌木草本种植床以及木本植物的种植床。土壤有粗沙、沙壤土和3-5%有机物质混合而来。

△ 本土植被群落 – 多样化的植被选择在不同的季节为场地带来了弹性与美感，为动物提供了栖息地，也不断地蒸腾着场地中的积水。植被群落的确立以Delaware河流域以及Piedmont高地的生态物种为灵感。

△ 研究目标 – 本次研究旨在评估城市环境中GSI表现性能的工程模型，并为大学设施管理人员给出反馈意见，以改善校园整体的景观表现性能。

△ 研究分类 – 在选择评估水源(地表径流量、质量)，土壤(物理、化学、生态性)，植被(活力、尺度、根系深度、蒸腾量)、灌溉系统、生物栖息地、微气候以及人类使用性能的监测方法和设备时，设计团队兼顾了成本效益与监测的准确性。

△ GSI研究方法 – 设计团队使用压力传感器以测量水流量，以得到水平衡数据;使用张力计和土壤湿度计以获得土壤水分与蒸发量数据;使用树叶孔隙度仪和比色计得知植物蒸腾量。

△ 适应性管理策略 – 现场管理策略包括茶叶堆肥、灌溉系统监测、更换除冰盐种类、土壤与植被监控、土壤与草坪整治以及定期覆盖和修剪等常规维护工作。

△ 超越预期 – 这座城市公园可以管理超过工程模型预期三倍的雨水。场地在历经热带风暴安德烈带来的2年一遇的降雨时并没有产生雨水溢流，无需市政排水管道的支持便安然度过。

△ 适应性管理工作流程 – 高性能设计与监管土壤、植被健康，促使场地管理实践保持其高性能的适应性管理策略使得场地的整体表现最终优于预测模型。

△ 关键在于监控 – 灌溉系统监控对于预防储水设备溢流至市政管道和可持续雨水管理都极为重要。主动式的监控设备提醒景观管理人员及时调整灌溉程序，防止因过度灌溉而导致的溢水。

△ 植被是蒸腾的主力军 – 场地中的植被健康而肆意生长着。茁壮成长中植被的蒸腾数据显示处在生长盛期的泛滥平原原生植被每棵树木的日蒸腾量达到了35加仑。

△ 绿色基础设施的未来 – GSI条例的改变、激励GSI使用、提高成本效益、尤其是对于具有高效适应性管理的高性能设计项目的推广需要更多类似的研究来倡导与支持，