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【中圖分類號】TU2 【文獻標識碼】A
以低影響開發模式為建設內涵的“海綿城市建設”已成為近年來我國學術與實踐研究的熱點話題,我國在借鑒國際雨洪管理技術的基礎上,結合自身特點,提出了海綿城市的建設理念。“海綿城市”概念的產生源自于行業內和學術界習慣用“海綿”來比喻城市在適應氣候變化與環境時具備良好的“彈性”特征,海綿城市建設倡導將自然途徑與人工措施相結合的雨澇調蓄能力,傳統的雨水就地排放思路開始向雨水自然調蓄方向轉變①。近年來,車伍②、王思思③、王建龍④等人在介紹國外雨洪管理模式及方法、國內雨洪應用案例及雨洪與景觀設計結合方面有深入探討。俞孔堅及其北京大學研究團隊提出生態海綿城市并實踐了用生態基礎設施來綜合解決城市水問題和綠色城市的構建⑤。臺灣水利署基于LID技術在新近的《流域綜合治理計劃》中提出構建“海綿城市”⑥。2014年11月住房和城鄉建設部《海綿城市建設技術指南》,海綿城市的建設需要將城市中大量的不透水區向透水區或部分透水區轉變,恢復原有的水文循環過程。村鎮廣場在村鎮聚落中具備社交場所、組織交通、城市名片與美化環境等功能,是村鎮公共空間的重要組成部分,然而目前村鎮廣場的硬質鋪裝比例大,下墊面結構與排水方式對村鎮可持續發展建設有較大影響,因此建設海綿型村鎮廣場景觀的優化設計尤為重要。
“海綿城市”與“低影響開發”的辨析
“低影響開發”概念起源于20世紀80年代末90年代初美國的雨洪管理理念,并于2000年發展成為全美的雨洪管理范本。“海綿城市”是我國借鑒國外先進的雨洪管理與低影響土地開發理念基礎上,提出適合我國國情的城市建設與雨洪治理理念。因此,有必要將“低影響開發”與“海綿城市”進行釋義辨析。
概念辨析。低影響開發的雨水管理技術是美國馬里蘭州喬治王子郡的環境資源部的首創,是一種新型土地開發方法,與自然管理雨水方式接近,以恢復與維持一個地區的水文生態功能為目標。海綿城市是我國借鑒國外先進的雨洪管理理念基礎上,提出的適合我國國情的一種順應自然、與自然和諧共生的城市建設與土地開發、管理、保護等方法。第九屆中國城鎮水務發展大會提出了海綿城市以改變我國傳統的城市粗放型建設理念為依托,滿足城鎮化與資源環境的可持續發展內涵。海綿城市的建設目標是通過保護原有的水生態系統,運用低影響開發技術恢復水文環境,“讓城市彈性適應環境變化與自然災害”。改變就地排放的排水防澇思路,倡導開發前后的水文特征維持不變。
由此可見,“低影響開發”與“海綿城市”在本質上都以改善水生態為出發點的。“低影響開發”在具體的水文技術方法、法定規范與土地開發手段上更加具體、明確,可操作性強。“海綿城市”在吸收“低影響開發”(以下簡稱LID)理念基礎上,緊密結合城鎮化建設中的實際問題,從國家戰略高度出發,在城市規劃頂層設計中層層落實、明確要求,相比LID,內涵更寬、任務更重、更加迫切實施。
適用范圍。美國低影響開發(LID)理念適用于大于5000平方英尺的所有聯邦項目,主要在中小尺度的街區、廣場、居住社區應用較多。近年來,LID理論與方法逐步向全美與歐洲擴展,適用范圍逐步擴大到與城市設計、規劃相結合,形成了水敏感城市設計(WSUN)、低影響城市設計與方法(LIUDD)、可持續城市排水系統(SUDS)的理論與方法,目前在流域尺度的雨洪模擬管理和保護開發也開始研發與應用。
海綿城市相比LID適用范圍更加廣闊,從區域水生態環境保護到城市規劃區的海綿城市設計及舊區改造均有涉及。借鑒國際上低影響開發建設模式的成功經驗,并吸納了我國相關政策法規的要求和低影響開發雨水系統的工程實踐經驗,適用于以下三個方面:一是指導海綿城市建設各層級規劃編制過程中低影響開發內容的落實;二是指導新建、改建、擴建項目配套建設低影響開發設施的設計、實施與維護管理;三是指導城市規劃、排水、道路交通、園林等有關部門指導和監督海綿城市建設有關工作⑦。
海綿城市視角下的村鎮廣場景觀空間環境的問題
課題組在2013~2014年間對河北周邊村鎮廣場進行實地調研,對城鎮級綜合型廣場、鄉級主題型廣場和村級休閑型廣場進行專項研究,從促進或阻礙海綿因子、功能因子、文化因子層面定量統計,分析滿意度。調研發現,城鎮級、鄉級綜合型廣場景觀的整體滿意度最高,文化代表性強,能夠凸顯城鎮地域特色。然而,在城鎮及鄉村的海綿城市建設以及海綿文化的傳播還尚未全面展開,還存在以下不足:
廣場下墊面結構及排水方式引起的積水與水污染問題。廣場是城鎮公共空間的重要組成部分,傳統的城市管網排水系統在廣場下墊面結構中處于主導地位并大量存在,隨著城鎮化進程的加快,村鎮廣場建設量也不斷增加,使得村鎮的不透水下墊面激增、徑流量加大、城郊村鎮內澇及污染不斷加重。常見的解決方法是擴大排水管徑,增加泵站數量及排水能力來避免內澇,然而,建設經驗表明這并不能從根本上解決洪水及水污染問題。調研發現,由于建設規格及排水系統較為完善,城鎮、鄉級的主要廣場內部較少發生內澇及水污染,然而途徑廣場內部的污水及雨水更多地匯集到廣場周圍的道路及低洼地段。村級廣場問題較多,由于排水管道陳舊,施工工藝較差,部分村級廣場成為雨季內澇高發地段,有些地面鋪裝工藝差,出現缺口、內陷、剝落等問題,加劇了徑流污染及內澇問題。
綠化植被(透水下墊面)面積不足或單一,夏季缺少遮蔭場所。目前國內并沒有對村鎮廣場的綠化率劃定統一標準,《城市綠化規劃建設指標的規定》(1994)中規定城市綠化覆蓋率為不少于35%。非園林城市的廣場建設也主要以此作為標準進行開發建設。傳統的城市廣場綠化設計是以滿足廣場的各類功能需求為目的的,適當運用園林小品和硬質鋪裝等園林手段,最終形成美觀、實用的廣場環境。然而作為透水下墊面的廣場綠化植被對雨水的滯留有重要作用,將靠近廣場硬質區的綠化做下沉式處理可以有效地吸收、過濾與滯留雨水。調研發現,大部分的村鎮廣場沒有考慮這一問題,許多綠化區周圍用不透水石材圍合起來作為座椅供人使用,導致雨季大量雨水無法排入綠化池內,加大徑流量。此外,綠化面積不足也是廣場的主要問題。
廣場設施功能單一或缺乏維護。村鎮廣場是公共設施的主要承載空間。公共設施不僅能夠為市民創造出愉悅感、快樂感以及對村鎮生活的思考,而且能夠促進人與人的接觸和交流。一方面展現了村鎮的文化和歷史,一方面也能激發人們參與意識、創造力和想象力。調研發現,村鎮廣場設施普遍存在一體化設計、功能單一或缺乏維護的問題,設施滿意度最低,人們普遍認為不方便,可休息的地方太少。
海綿生態文化的普世性不足,應加大宣傳力度。“海綿城市”的生態文化理念在我國行業內部剛剛興起,社會大眾對海綿生態文化認知度不高,對其恢復生態環境、改善城市水資源問題的積極作用并不了解。調研發現,大眾對城市內澇與水污染問題的解決途徑尚以傳統的排水設施不足或缺乏為主,而對新興的雨水滯留、雨水回用、雨水景觀等設計理念不了解。因此在海綿城市建設過程中,應著重加大海綿生態文化的宣傳力度,使雨水文化口口相傳,提高社會各界的生態文化意識。
海綿型村鎮廣場景觀空間優化設計思路
海綿型村鎮廣場景觀空間優化設計構架。海綿型村鎮廣場景觀優化不應僅限于雨水景觀的優化設計,還應同時考慮植被、場地、材料、文化及教育等整體景觀環境的優化與提升。根據美國可持續景觀評價標準、我國生態景觀建設標準等,提出建設可持續的海綿型村鎮廣場景觀空間優化設計構架:第一步,優化設計前評估,對場地內部水文、植被、群落生境、材料與文化進行系統評估,確定場地需要保留與改造的區域,同時增設公眾參與設計環節,對場地中功能設施及景觀環境進行綜合評估。第二步,用地適宜性分析,根據場地自然、人文與現狀條件,結合地域特點確定場地適宜建設區、較適宜建設區及不適宜建設區。第三步,優化設計目標,以建設海綿城市、美麗鄉村為總體目標定位,側重生態與人文兩方面解決現存問題,以達到可持續的廣場景觀目標。第四步,優化目標分解,將總體目標分解為五個方面:水生態系統改善,可從雨水景觀設計方法解決;植被、土壤及群落生境改善,可從植被生境修復設計解決;場地設計側重功能優化與完善;材料生態化可應用新能源、可再生及本土化材料來完善;文化及環境教育需重視生態意識及文化保護在場地優化中的要義。第五步,施工及運營維護機制,需要考慮場地優化建設中應加強控制污染及使用可再生能源的問題。
海綿型村鎮廣場雨水景觀設計途徑。以維持與恢復水文生態本底為目標定位的海綿型村鎮廣場景觀,在設計構架上應加強雨水設施與景觀要素之間的銜接與完善,將海綿生態文化理念融入廣場文化理念中,使人們在廣場景觀環境中更加舒適、愉悅地體驗自然魅力與人類智慧的交融。海綿型村鎮廣場雨水景觀設計途徑:第一步,用地適宜性分析。第二步,按照我國《海綿城市建設指南》中對我國各地區年徑流量控制率的規定,制定海綿型村鎮廣場雨水景觀優化目標。第三步,雨水系統設計。根據現場具體情況,確定水文與氣象,測定雨水的體積來管理現場。第四步,典型現存設計選項。根據測定雨水的體積與現狀條件選擇雨水設施來進行現場設計,從場地源頭開始對雨水進行管理,可將雨水滲透/滯留設施、雨水徑流傳輸設施、雨水調蓄設施通過任意組合來達到設計目標。第五步,雨水設施景觀化設計。雨水設施景觀化是海綿型村鎮廣場景觀優化設計的關鍵,可通過雨水設施功能多元化、雨水植被設計景園化以及海綿生態文化地域化的設計策略來實現。
海綿型村鎮廣場景觀空間優化設計策略
雨水設施功能多元化。村鎮廣場中的雨水滲透/滯留設施在滿足雨水徑流就地滲透/滯留的功能以外,還可結合城市廣場的游憩空間、場地邊界綠化帶、停車場綠化帶、情景化鋪裝來實現豐富的廣場景觀品質。村鎮廣場中的雨水徑流傳輸主要通過明渠流與漫地流的方式來實現,設施主要由植草溝、雨水管渠等構成。廣場中的雨水傳輸設施可具備分割空間場地、景觀雕塑、游憩設施等多種功能來滿足人們的戶外活動需求。村鎮廣場的雨水調蓄設施位于雨水徑流匯集的末端,為多功能調蓄設施。當村鎮發生強降雨或防洪排澇有較高需求時,可作為雨水徑流調蓄池,有效減低雨水徑流,減輕村鎮防洪壓力。雨水調蓄設施平時可作為下沉廣場提供多種游憩功能供人適用。
雨水植被設計景園化。在我國,現代村鎮廣場的植被設計主要以學習西方廣場的現代造景手法為主,以幾何形式的排列組合來配合場地道路與活動場地,或以群落式的布置方式作為場地集中綠地的體現,此外,每逢國家節日村鎮大型花壇蜂擁而至,展出結束,花已凋零。這些與我國傳統的天人合一、因借自然的園林植被設計手法有很大差異。與傳統廣場旱地植被不同的是,雨水植被可有效凈化與降低雨水徑流中的污染物,削減雨水總徑流及峰值流量,具備重要的生態功能與美學價值。目前國內外學者對于雨水植被類型、組合方式、地域特性以及凈化效果均有較為深入的研究,然而,在雨水植被的景觀環境營造中涉及尚少。筆者認為海綿型村鎮廣場的植被設計應采用低維護、低成本的本土植被,借鑒我國傳統園林的造園手法,使場地中雨水植被與旱地植被巧妙融合,創造優雅怡人的景園效果。
海綿生態文化地域化。海綿生態文化是城市回歸自然本真的一種體現,是當前環境治理、城鎮開發與改造的精神動力。海綿生態文化是我國海綿城市建設進程中的核心文化理念,在學術界與業界已得到廣泛關注,調研發現人們對新興的海綿城市、雨水景觀等設計文化理念知之甚少,對村鎮水污染與內澇治理尚停留在依賴城市排水設施的基礎上,因此在村鎮建設中宣揚海綿生態文化理念,提高大眾的生態意識尤為迫切。海綿生態文化的傳播應體現地域性的特點,在我國不同地域的村鎮廣場具備風格各異的水文與地形特征,根據不同地域類型的村鎮廣場來劃分不同的海綿生態文化分區,可以加深大眾對海綿生態文化的認知度與理解力,對村鎮廣場的獨特性與多樣性有一定的推動意義。
結語
我國的“海綿城市”理論是在吸收借鑒國外雨洪理念基礎上逐步發展起來的,2014年《海綿城市建設技術指南》的提出將海綿城市理論與建設實施提高到國家戰略規劃高度,對我國解決城鎮化與資源環境協調發展實現城市永續目標有里程碑式戰略意義。本文通過對河北村鎮廣場進行專題調研,梳理現存問題,提出建設海綿型村鎮廣場景觀設計思路與構架,對村鎮廣場雨水景觀化途徑與策略展開詳細討論。目前,我國的雨洪景觀理念與實踐尚屬起步階段,還存在水文數據不透明、雨洪徑流模擬與計算技術滯后、項目落地阻力大等問題,需要不斷積累實踐經驗,提高本土雨洪景觀理論與技術能力,加大海綿生態文化傳播力度,早日實現我國海綿城市開發建設的良性發展目標。
(作者分別為天津大學仁愛學院建筑系博士研究生、講師,河北工業大學建筑與藝術設計學院博士研究生、講師;本文系2014年底河北省社會科學發展研究課題“新型城鎮化背景下河北省農村社區生態規劃策略研究”階段性成果,項目編號:2014040707)
【注釋】
①⑦住房城鄉建設部:《海綿城市建設技術指南―低影響開發雨水系統構建(試行)》,2014年10月。
②車伍,張{,趙楊:“我國排水防澇及海綿城市建設中若干問題分析”,《建設科技》,2015年第1期。
③蘇義敬,王思思,車伍等:“基于‘海綿城市’理念的下沉式綠地優化設計”,《南方建筑》,2014年第3期,第39~43頁。
④王建龍,車伍,易紅星:“基于低影響開發的雨水管理模型研究及進展”,《中國給水排水》,2010年第9期,第50~54頁。
⑤莫琳,俞孔堅:“構建城市綠色海綿―生態雨洪調蓄系統規劃研究”,《城市發展研究》,2012年第5期,第4~8頁。
關鍵詞:海綿城市;徑流系數;種植陽臺;原位收集;透水鋪裝
城市化是我國社會全面發展的重要推動力,然而高強度、高密集的城市土地改變了原有的生態系統,破壞了原有的自然水文循環機制[1],導致城市大雨內澇、水環境污染加劇、水生態系統退化等一系列水問題日益嚴重。為解決上述問題,我國提出“海綿城市”理念,住建部于2014年10月《海綿城市建設技術指南》,2015年10月國務院再次印發《關于推薦海綿城市建設的指導意見》,海綿城市頂層設計基本完成。目前,海綿城市試點城市已公布兩期,多個省份也陸續出臺推進海綿城市建設實施意見[2]。但是由于海綿城市在國內處于起步和探索階段,關于海綿城市的內涵以及如何因地制宜開展海綿城市建設仍存在較多的爭議,需要結合實際建設進一步探討和研究。給排水系統是海綿城市規劃建設中不可缺少的部分,設計作為城市建設的先行者,應根據實際工程項目特點,因地制宜、避免設計教條化。本文以南寧某高層建筑為例,把“海綿城市”的設計理念巧妙、合理地應用到建筑中去,探討“海綿城市”設計中存在的問題,并提出安全的排水建議。
1項目概況
本項目位于邕江南岸的南寧市五象新區,是邕寧區近期開發建設的重點項目,該建筑為27層辦公樓,建筑設計以注重人和自然的和諧統一,將傳統的平面綠化布置變為立體綠化布置,中間辦公區采用退臺形式,在退臺的最由植物環繞,整個建筑的立面如“花的瀑布”。在海綿城市總體規劃確定的建設目標指導下,根據建筑用地分類和特點進行分類分解,制定項目降雨徑流總量控制目標,確保場地設施安全,尊重自然、順應自然,因地制宜地結合項目景觀,做到低成本、高利用、易維護的海綿城市設計成果。本項目海綿城市設施包括雨水調蓄和雨水利用。雨水調蓄主要有室外雨水收集處理一體化模塊,室內有敞開的露臺雨水收集。雨水再利用有兩方面:室外雨水收集處理一體化模塊處理后的水作為綠化用水,室內有復合過濾器處理后的水作為陽臺綠化用水。該項目海綿城市設計內容包括:室外雨水收集和利用系統;利用退臺式種植陽臺的涵水納水功能,對種植陽臺雨水進行原位收集,就近利用;采用透水鋪裝等。
2設計實例分析
2.1室外雨水收集和利用系統
查找南寧市降雨資料,本項目設計是以年徑流總量控制率不低于80%為控制目標,設計日降雨量為33.4mm。由于項目地勢北高南底,天然存在1.7米的落差,地下室頂板邊線距離用地紅線僅3米,地下室頂板根據地勢有順勢落差,讓雨水匯集到項目最低點,在此處設置有效容積為260m3的雨水蓄水模塊,該模塊集雨水收集、凈化、存儲、利用于一體,施工方便,應用廣泛。
2.2種植陽臺雨水原位收集和利用系統
根據該建筑的退臺式種植陽臺特點,利用種植陽臺的涵水、納水功能,設計時既要保證雨天排水順暢,又要對種植陽臺雨水進行合理收集再利用。由于退臺陽臺為二層一退,相鄰的兩個陽臺的高差為7.4m,充分利用這一高差,對上二層陽臺雨水進行收集,用于本層陽臺綠化用水。在每層種植陽臺處設置一個環保雨水口,內設環保截污框,并在相鄰覆土層內設置雨水復合過濾器,環保截污框可從雨水口口部抽出進行清掏,初期雨水先經過環保雨水口進行雨水預處理,去除雨水中攜帶大顆粒懸浮物,然后進入相鄰的復合過濾器,該復合過濾器可由廠家進行定制,集雨水過濾、收集為一體,過濾器內部分容積充填一定粒徑礫石等填料,部分容積用于收集處理后雨水,出水管接至下二層的綠化用水管。種植陽臺的雨水設計真正做到原位收集,就近利用,利用重力水頭滿足綠化用水需要,無機械動力費用。項目所設計的種植陽臺雨水收集系統剖面圖如圖1所示。
2.3采用透水鋪裝
透水鋪裝是指采用透水性良好的具有空隙的材料鋪設路面,雨水能夠進入鋪裝層面下部結構的內部,通過具有儲水能力的基層下滲到土基,使雨水還原于地下并凈化水質,與此同時降低地表徑流量[3]。本項目采用透水鋪裝路面用以提高道路水體自凈能力,采用透水鋪裝的形式有以下幾種:(1)非機動車停車位、室外停車場采用透水瀝青混合料材料;(2)建筑周圍車行道主道采用透水性水泥混凝土材料,人行道采用透水性路面磚鋪設;(3)建筑周圍花園中采用鵝卵石、碎石及嵌草鋪裝等。通過透水鋪裝,路面的雨水可滲透到路基或是周圍的土壤中加以儲存,排水流入城市管網或蓄水系統。透水鋪裝可以降低綜合雨量徑流系數,是“構建海綿城市”的有效措施,因此在工程設計中應用廣泛。
3設計中存在的問題及爭議
3.1徑流系數理論計算值與實際有偏差
城市化的重要特征之一,就是原有的自然植被不斷被建筑物及非透水性硬化地面所取代,從而改變了自然土壤植被及下墊層的天然可滲透屬性。徑流系數是徑流量與降雨量的比值,該值應該是小于1。規范中對不同種類匯水面的徑流系數規定如下:地下建筑覆土綠地(覆土厚度≥500mm)準值為0.15;地下建筑覆土綠地(覆土厚度<500mm)準值為0.30-0.40、透水鋪裝地面準值為0.08-0.45。盡管該項目按照現有的設計規范及技術指南選擇、計算徑流系數,但合規不合理,本項目的特殊性引出下述問題。由于項目地下室已達到用地紅線內允許的最大用地面積(地下室連線距離用地紅線3.1-6.2米),地下室面積為總用地面積的84%。也就是說紅線內有84%的面積變成不可滲透。該項目按照現有的規定計算出的綜合徑流系數為0.51197,約為48.8%的水量可滲透至地下,即16%的可滲透面積要滲透48.8%的降水量。如果把滲透系數看成:1-準(徑流系數),滲透系數值是不可能大于1,該項目的滲透系數接近于3,明顯與實際不符。事實上,分析得出規范中的徑流系數應該是覆土層內水量未飽和之前徑流系數,隨著降雨量的增大,地下建筑的覆土層內水分飽和,雨量徑流系數將不斷增大,最終接近屋面的徑流系數。換從極限考慮,紅線范圍內都是地下室,按照現有技術指南上的徑流系數選擇、計算,只要保證地下室頂板上方有一定覆土用于綠地或采用透水鋪裝就能降低綜合雨量徑流系數,近一半的雨水可以滲透至地下。問題是整個都是非透水的地下室頂板隔斷,雨水如何滲透。地下室頂板上方的綠地或透水鋪裝只不過是一種障眼法,根本問題是地下室頂板的非透水性硬化改變了原有自然土壤植被的可滲透性,根據現有的設計指南計算出的徑流系數明顯偏小。設計中有條件時適當放大蓄水池的容積,盡量減少洪峰流量,為場區排水留有安全余地。
3.2通過透水鋪裝降低徑流系數條件有限
根據海綿城市透水鋪裝的定義,透水性鋪裝要求鋪裝面層結構具有較好的滲透性能,同時透水鋪裝下面的基層結構也要有相應的透水性,當基層下的土壤透水能力有限或基層條件不允許下滲時(如不透水頂板等),也可以在基層中埋設排水管將水排出。一般常用的透水鋪裝結構從上到下依次為:60-80mm厚的透水面、20-30mm厚的透水找平層、100-150mm厚的透水基層、150-200mm厚的透水底基層、土基。透水鋪裝可以快速滲透表面雨水,進而滲透至土基,多余的雨水由PVC排水管收集,排入周圍雨水管渠。規范定義的徑流量指降落到地面的雨水,由地面和地下匯流到管渠至收納水體的流量總稱。土基上的排水管和地下室頂板上的排水層的排水量實際為透水鋪裝間接的徑流量而非滲透水量,透水鋪裝的徑流系數應取決于土地透水能力。可見透水鋪裝徑流系數取值要綜合考慮其應用場合,地下室頂板上方透水鋪裝的徑流系數不能簡單的按照規范進行選擇計算,設計人員通過透水鋪裝降低徑流系數條件有限。
4結論
盡管“海綿城市”的設計理念大家早已耳熟能詳,但實際工程項目各有特色,如何把這簡單的設計理念巧妙合理地應用到建筑中去,形成經濟、實用、美觀的“海綿城市”設計成果,不斷完善給排水基礎設施,在提高水資源利用率的同時,實現“小雨不積水”“大雨不內澇”的排水目標,是每個設計人員應該考慮的重點內容。同時國家法律法規應根據海綿城市實施過程中出現的問題逐步完善,做好頂層設計的研究,相關海綿城市的產品也應日趨更新和改進,三者同步進行才能保證海綿城市從理論到實際的合理轉變。
參考文獻
[1]劉文,陳衛平,彭馳.城市雨洪管理低影響開發技術研究與利用進展[J].應用生態學報,2015,26(6):1901-1912.
[2]宋芳曉,張海榮.我國海綿城市建設管理的問題和策略探析[J].城市發展研究,2016,23(10):99-104.
關鍵詞:海綿城市;城市小區;景觀改造
我國的部分城市在發展的初始階段,忽略了對環境的保護問題,沒有重視綠化的面積,隨著時間推移,這些問題暴露了出來。為了改善人民群眾的生存環境,“海綿城市”的理念誕生了[1]。
一、海綿城市的概念
由于城市環境的日益惡化,為了解決洪澇問題,走生態優先、綠色發展之路,我國制定了“建設海綿城市”這一目標,并大力推廣海綿城市的理念。海綿城市的理念具體就是:用景觀作為生態基礎設施的載體,利用景觀設計和雨水收集系統來解決洪澇問題,海綿城市的核心,就是要讓人們可以將城市的生活與生態環境結合在一起[2]。建設海綿城市的任務就是要改善人們的生存環境、提高生活的質量、解決城市的洪澇問題,讓城市成為人們的宜居之地,讓小區成為人們快樂生活的最佳選擇。
二、工程概況
深圳位于我國的華南地區,屬于亞熱帶季風性氣候。降雨多發生在夏季,并且雨量特別集中,占到全年降雨量的75%以上,因此也容易出現洪澇災害。該城市基于海綿城市的理念,建設了包括改造公共場所項目、改造排水項目、改造老舊街道項目、改造小區園林景觀項目等100多個試點項目。本文將專門根據這些項目中的改造小區園林景觀項目,探討和研究基于海綿城市理念改造城市小區園林景觀的方法。通過對深圳中某個小區的調研分析,發現該小區中存在著大量的問題,缺少綠化景觀、排水系統整體壓力過大、道路的滲透性不佳、路面硬化過多、循環水池系統運轉異常等問題嚴重影響人們的日常生活[3]。因此,我們要基于海綿城市這一理念,對該小區存在的問題提出改造方案,從而提升該小區居民的生活質量,同時解決該小區主要的排水與綠化的問題,努力打造一個環境優美的社區,為小區的居民提供一個舒適的生活空間。
三、海綿城市的具體改造方案
針對小區內的排水問題,可以減小排水管道的壓力。根據小區的排水系統施工圖,該小區的西、南兩側各有一根主要排水管道,其他的支管道都是匯集到主管道,實現統一排水,基本承擔了該小區大面積的排水需求,致使主管道的排水壓力過大。目前該小區的南側有一定范圍綠地,并且地勢相對較低。為了緩解主管道的排水壓力,可以將小區南側的綠地建設成為人工濕地,由于地勢比較低,可以將一部分管道的水導入南側的人工濕地中。這樣不僅可以分擔排水的壓力,還可以實現雨水的循環利用。人工濕地還具有儲水凈化的功能,使這塊綠地擁有了海綿的功能[4]。針對小區內的綠化問題,可以在小區內部道路的周圍增加綠化面積。在增加綠化面積的同時,設置與小區島嶼縱向坡度一樣的植草溝。這樣就可以讓路面的雨水順著道路旁邊的排水溝,進入植草溝當中。再讓植草溝的底端連接到雨水花園,這樣一部分雨水會被植草溝的土壤吸收,沒有吸收的雨水,也可以進入雨水花園當中。這種植草溝的設計,不僅增加了小區的綠化面積,還可以及時疏導路面上的積水,并且最后一部分雨水會進入雨水花園中,提高了雨水的利用率與收集率[5-6]。針對該小區內人行道路的滲透性不佳的問題,可以將目前的人行道路直接換成滲透性比較好的材料,比如透水混凝土和生態磚,避免積水長時間停留在人行道路上,對人們的日常出行造成影響。磚石的路面結構是有一定的縫隙的,雨水可以順著縫隙流入土壤當中,也就不會出現長時間積水的情況。該小區的路面硬化區域,主要集中在小區南側的健身器材區。針對路面硬化過多的問題,可以將部分路面材料換成塑膠鋪裝材料。塑膠鋪裝材料,不僅有一定的彈性,而且透水性也非常不錯,如此一來也就保證了健身器材區不會出現積水的現象,也提高了小區居民在健身器材區活動鍛煉的安全性。針對小區的循環水池系統運轉異常問題,經調查發現,是由于該小區建設時間比較久遠,小區內的循環水池系統長時間沒有檢查與維修,整個循環水池系統已經出現了明顯老化。所以,針對循環水池系統只能進行整體改造,來改善小區居民的生活質量。除了上述針對小區現有的問題提出的改造措施以外,還可以將小區周圍的道路兩側改造成生物滯留區。生物滯留區的作用是可以將道路上的積水通過排水孔進行統一的收集處理,一部分雨水直接進入土壤,另一部分直接進入排水管道中。這樣不僅能夠緩解雨季時的排水壓力,避免產生洪澇災害,還可以對路邊綠化地進行灌溉。
四、主要設施的海綿化改造
(一)人工濕地
人工濕地是一種凈化功能非常強的綠化設施,可以將雨水進行凈化處理。根據該小區的狀況與地理情況,本次改造將人工濕地建設在該小區的南側。人工濕地的建設不僅可以增加該小區的綠化面積,還緩解了該小區的排水壓力,更實現了對該小區雨水的二次利用。人工濕地不僅能夠對水進行凈化,還能改善周圍的環境。人工濕地可以規劃建設觀花、觀葉等生態景觀,還可以設計群落豐富的多層立體景觀、四季變化的景色,從而進一步提高居民生活的質量。
(二)水量調節估算
該小區在西、南兩側各有一個主要排水管道,因此可以在小區的南側、地勢比較低、有一部分綠植的位置建設兩個人工濕地,對應西、南兩側的兩根主要排水管道,實現排水的分流,緩解這兩條主要排水管道的排水壓力。在雨量比較小的時候,還可以直接將雨水引入人工濕地當中,在人工濕地當中就能實現對少量雨水的凈化。在雨量比較大的時候,雨水還能通過分流井中的管道與溢流管排出。還有如果遭遇了較強降水天氣,還可以通過人工濕地調整小區的儲水量,將雨水及時分流,不讓排水管道產生過大的壓力,這樣可以減少小區內的積水,降低小區出現洪澇現象的概率[7]。本次設計的人工濕地深為2.5m,預計可以儲存的雨水量為11000m3。
(三)人工濕地水位標準
一般情況下,人工濕地的水位在經歷較強雨水天氣后,水位會處于一種大于正常水位的非常規狀態,這是一種正常的現象,人工濕地內的水位會隨著時間逐漸回歸正常。因為人工濕地的雨水會滲透、蒸發與分流,慢慢地人工濕地的水位就會回歸到正常的水位。如果出現了比較干旱的情況,也可以通過補水系統為人工濕地進行補水,實現水量的動態調節[8]。1.人工濕地結構規劃人工濕地一般情況下由以下區域組成,分別為:穩定塘、水匯集區、水分配區。所有聚集的雨水都會首先進入穩定塘之中,之后經過投水墻,慢慢滲透進入水分配區。2.其他區域為了提高水的滲透性與流動性,要將人工濕地的水分配區的底部設置成一個斜面,還可以在透水強的前面布置一層火山巖壩,可以提高對雨水的凈化效率。
(四)植草溝改造
植草溝能夠提高雨水的滲透性,還可以迅速匯集雨水,所以植草溝要盡可能地遍布整個小區內部的所有道路附近。在小區的綠地附近也要布置植草溝,來提升小區園林景觀儲存雨水的能力。植草溝還可以與雨水花園一起構建成小區的排水體系[9]。
(五)雨水花園
雨水花園的作用是匯集并存儲由植草溝引來的雨水與積水,可以將雨水花園建設在小區內部道路的周圍。雨水花園有著出色的蓄水能力與凈化雨水的能力,這些主要是依靠組成雨水花園的土壤和植被實現的。雨水花園還可以構建生物棲息地,能夠有效地緩解熱島效應,還能為小區的園林景觀創造微型的生態環境[10]。
(六)透水鋪裝路面
礫石鋪裝路面、透水磚鋪裝路面、透水混凝土鋪裝路面、草石塊鋪裝路面等,都是比較常見的透水鋪裝路面。透水鋪裝路面的功能就是避免人行道路上產生積水,影響居民的正常出行。透水鋪裝路面是讓水通過鋪裝路面的縫隙滲透到地下,從而實現路面上不會產生積水的目的。在本次小區的改造中,將小區內部的道路與停車場的鋪面都設計成了透水鋪裝路面,使用透水磚進行路面的鋪裝,有效降低了小區內出現積水的可能性。
五、結語
關鍵詞:城市內澇;現狀;存在問題;對策
在今年六、七月份連續出現的幾輪強降雨過程中,隨州同北京、武漢等城市一樣,出現了嚴重的內澇。特別是2011年7月26日晚,隨州城區普降暴雨,城區包括舜井大道、青年路在內的多條道路嚴重積水,以往鮮亮的城市在瞬間變成“水城”,交通中斷、出行不便、財產損失,各種問題逐步顯現。查閱往年資料發現,近年來隨州內澇問題屢有發生,嚴重影響了居民日常生活和工作。在這篇文章中重點分析了當前隨州城市排水系統的現狀、弊端以及通過借鑒國內外優秀的城市排水系統提出了一些建議。
1 隨州市城區排水現狀
1.1排水系統現狀
隨州市城區人口48萬人,建成區面積約48km2。隨州自古有“三山拱衛,兩水入城”之稱。目前,隨州市城市排水管理機構主要是排水管理處,其主要工作職責是負責城區排水排漬,排水設備設施的新建和維護管理,參與提出和制定城市排水事業近、遠期規劃。舊城區排水管網主要是合流制,城東新區及部分小區新建了雨、污分流管道,但部分片區最終匯入雨水干管,還是雨污合流。城區形成了一套雨污合流的排水系統,雨污水均依地形地勢就近排入管道或渠溝,污水部分進入望城崗污水處理廠,雨水最終匯入瘚水、府河及涢水。
城區排水系統分為區域,即明珠渠排水區、花溪河排水區、護城河排水區、漅絲廠沖溝排水區、厥水以西排水區、涢水以北排水區、府河以南排水區。目前城區已建成排水溝方溝10800m,泵站8處,閘門2處,排水渠1082m,管網226176m,內河道16180m 。
隨州城區排水現狀存在的主要問題:(1)沒有統一的污水處理系統,府河水質污染嚴重;(2)城市部分管渠排水不暢,每遇暴雨,城市積水嚴重,易澇點分布較多;(3)排水體制不健全,大量污水沒有納入城區污水管道系統,對排污體制及管理造成混亂。
1.2近年來內澇情況
1.2.1近期國內幾大城市內澇情況
今年以來,南方多個城市相繼因暴雨發生嚴重內澇的情況,以往鮮亮的城市在瞬間變成“水城”,交通中斷、出行不便、財產損失,各種問題逐步顯現,暴露了一個個看似實現了“現代化”的城市在城市排水系統的規劃設計、建設管理等方面的嚴重落后,這也讓一度埋在地下的城市排水系統問題浮出水面。
北京——暴雨致北京多處積水交通癱瘓,內澇再度拷問城市
2011年6月23日下午,北京遭遇入夏以來最雨,局地降雨量超過100毫米,達到百年一遇標準。由于降雨正值交通晚高峰,導致多條環路及主干道積水擁堵,地鐵部分站點停運。有網友調侃稱,整個北京成為“積水潭”。
武漢——排水系統口徑“落伍”
2011年6月以來,暴雨連降江城,每一次降雨都導致武漢發生內澇,內澇在6月18日到達頂峰。《六月到武漢去看海,在武大操場游泳,坐公交沖鋒舟》等多篇反映大雨導致城市內澇的帖子引來網民的“圍觀”。作為一座老城,武漢很早就有了地下排水系統,隨著城市不斷發展,這種標準已不能適應今天城市發展的需要,如管網、箱涵等排水系統的口徑還是按照“一年一遇”的標準建的。
1.2.2近年來隨州內澇情況
2010年7月17日凌晨2時左右,隨州城區下起特大暴雨,大暴雨使隨州城區發生內澇,城區、鄉鎮鎮區普遍進水,有的地方交通中斷。……2010年7月16日晚至17日晨,廣水市出現歷史罕見的特大暴雨,多個地區降水量在200毫米以上,引發嚴重洪澇災害。應廣大片城區被水淹沒。廣辦東河、西河兩岸全部積水,應山河兩岸被水淹沒,城區西部大片城區居民一樓被水淹沒,居民均由駐廣部隊沖鋒舟救出……
1.3內澇發生的原因分析
通過對內澇現象的分析,我認為城市排水系統脆弱是內澇發生的直接原因,排水系統問題又主要包括排水管網建設和排水管網管護兩方面的“歷史欠賬”:一方面是管網建設缺乏科學規劃和系統布局,城市排水系統不能與城市各方面發展規劃配套,導致排水能力滯后于城市化進程。目前國內許多城市排水管道不成系統,部分管線管徑不合理,雨水管徑普遍偏小,過水能力不足。在國內,排水管溝直徑超過3米的幾乎沒有,而在一些國家,排水溝可以跑汽車。另一方面是排水管網的管護不到位,很多城市對污水排放管理不嚴,居民生活和餐館污水任意排放,導致管渠淤積嚴重,過水能力得不到充分利用,此外管網老化、排水管道被占壓問題也比較普遍。
地面雨水滲透能力差也是發生城市內澇的原因之一。當前各個城市的地面都被大面積硬化,導致城市地面的滲水能力越來越差。正常情況下,當雨水降落到地面時,土壤會像海綿一樣不斷的吸收雨水并儲存,專家把這一過程稱為“海綿效應”。但硬化的地面就像鋪在土壤這塊海綿上的有機薄膜,降水只能流淌其上,而無法內部吸收,因此一旦雨量較大就容易形成城市內澇。
據初步估計,隨州城區超過70%的路面被混凝土、瀝青等不透水材料覆蓋,雨水根本無法滲透,從而導致隨州近年來內澇問題嚴重。
主城區人口負載嚴重也是城市內澇不可以忽略的另一原因。雖然很多城市已經意識到了排水問題的嚴重性并加大了投入,但由于城區人口基數大,排水配套設施依然無法滿足人口負荷。以北京為例,從2002年到2009年,城市排水管道長度增加了3174公里,8年間增長了51.44%,同期人口增加了23.33%。但是從人均占有排水管道長度來看,2009年只有0.53米,和發達國家人均占有長度超過4米相比仍有較大差距。
一、城市園林綠化的重要意義
隨著社會的不斷發展進步,環境問題成為社會發展的重要問題。而城市園林綠化是城市規劃發展的主要組成部分,她有利于改善城市環境、綠化美化城市,同時在提高人們生活質量上也有著明顯的作用。園林綠化能夠體現和諧美好的城市建設與發展。一個良好的城市園林綠化能夠為城市居民帶來一個恬靜、舒適、美化的生活環境,給人民創造一個最適合人類生存的美好家園。
二、當前我市城市園林綠化存在的問題
1、我市《當陽市城市綠地系統規劃(2011-2020)》執行有偏差。按照《當陽市城市綠地系統規劃(2011-2020)》規劃,至2020年,我市綠地率、綠化覆蓋率、人均公園綠地面積分別達到36%、41%、12.64平方米。規劃建成綜合公園、社區公園、帶狀公園、兒童公園、名勝古跡公園、時尚主題公園、街頭游園等多種類型的城市公園五個中類(市級綜合公園、社區公園、專類公園、帶狀公園、街旁綠地)共21個,新建14個、改擴建現有公園7個、街旁綠地18處,公園總面積為278公頃。建成市區3條綠道系統:1號線(濱水帶狀綠地)當陽一橋、二橋及沮河兩岸的臨沮公園、沮北公園形成的環形的綠化帶;2號線(歷史文化展示線):南北貫穿市中心,南部沿長坂西路以及子龍路,過當陽一橋,北部沿車站路接五七長支流沿河景觀;3號線,沿環城東路經當陽二橋,北部連綠道2號線,南部連環城南路。截止目前,我市建成區綠地總面積747.31公頃,覆蓋面積889.52公頃 ,公園綠地面積 189.38公頃,建成區綠地率、綠化覆蓋率、人均公園綠地面積分別為31.06%、36.14%、10.01平方米.規劃中的社區公園(壩陵公園、紡織公園、巖屋廟公園等)、專類公園(當陽兒童公園、玉陽兒童公園)、帶狀公園(五七公園、沮河青春公園、長渠公園、金沙公園)尚未新建。部分擴建公園(翼德公園、五七一零公園、城南公園、關陵名勝古跡公園)也尚未實施。綠道1號線目前尚未完工。2號、3號線尚未實施。
2、養護管理有難度。一是城區挖掘、占用綠地隨意性大,未實施占補平衡;二是占綠、毀綠行為時有發生,但取證處罰難,綠化成果遭破壞。三是人員經費投入不足,養護管理不能做到全域精細化。2019年,我市因企業、國家建設開設出入口16處,移植樹木1200余株,占用綠地 3000余平方米。綠地內傾倒垃圾、行人踩踏、砍伐樹木的事件時有發生。且近年來綠化養護經費、人員位隨著綠地面積的增加未相應增加,造成人員不足,養護投入低,部分新設施、新技術因造價高,在養護中尚未推廣(如草坪修剪車、多功能修剪作業車、生物農藥等),綠地景觀效果難以達到新境界。
三、加快城市園林發展的思路
1、編制新一輪的《當陽市城市綠地系統規劃》。結合前一輪規劃實際執行情況,綜合考慮建設生態宜居城市的要求 ,啟動編制《當陽市城市綠地系統規劃2021-2030》,并在十四五期間嚴格實施。
2、合理利用現有資源,營造活力、宜人的綠色開放空間。構建多類型、多層次的城市公共綠色空間。依托現有城市公園、河道、風景名勝區,按照300-500米出行半徑需求,布局公園、廣場。在市區新(改、擴)建部分公園,確保市民出行步行300-500米能到達公園。對沿河、風景名勝區道路進行合理綠化,形成綠道系統(玉泉河、百里長渠、五七長渠、關陵路等),綠道要形成自行車、步行道,構成城市慢行空間,同時也成為城市景觀風貌道路。
3、加強城市自然生態保護利用。對城市現有水系(沮河、五七長渠、百里長渠、玉泉河)加強保護利用。水是城市的靈魂。城市的水系是自然生態的一部分。依托城市水系,建成風景宜人的水系景觀廊道系統,既治理了河道,又美化了環境。進一步加強對沮河濕地公園、熊家山濕地公園的規劃和開發,形成特色景觀。
一、相關概念闡述
1.植物園的涵義
植物園這一稱謂是伴隨近代歐洲植物學的興起而產生的一個專業術語,就我國來說,植物園這一稱謂實際上是一個外來的術語。這一術語產生以后,在世界各地產生了不同的解釋和含義。雖然人們對其含義和解釋不盡相同,當前對其定義的認同中,由國際植物園保護組織提出的:“擁有活植物收集區、并對收集區內的植物進行記錄管理、使之可用于科學研巧、保護、展示和教育的機構。”這一定義最為受到人們的認同。根據這一定義,我們可以看出,植物園實際上具有非常豐富的內涵,是集公益性、科普性、藝術性、以及科學性等多重屬性于一身的一種準研究機構。
2.海綿城市概述
海綿城市指的是城市能夠像海綿一樣,在應對自然災害和適應環境變化方面具有良好的“水資源彈性”,換言之就是在下雨時能夠蓄水、集水、凈水、滲水,并在需要的時候將蓄、集、凈化的水資源釋放并進行利用的雨洪管理理念。前國家住建部副部長仇保興在《海綿城市(LID)的內涵、途徑與展望》一文中指出:“海綿城市的本質是改變傳統城市建設理念,實現與資源環境的協調和發展”。按照海綿城市的內涵和理念,其建設主要突出三個特征,一是保護原有的水生態系統;二是對已被破壞的水生態加以修復;三是采取低影響開發措施建設城市生態環境。海綿城市從本質上來說在于實現人與水生態、水環境、水資源、水循環的和諧共處。
3.集雨型綠地涵義
所謂的集雨型綠地指的是通過因地制宜的規劃設計,對雨水利用的相關技術和設施進行合理安排,從而在一定降水量下消納綠地自身產生的雨水徑流,或者聚集一定量的綠地本身范圍之外的雨水的綠地類型。簡言之,就是通過利用海綿城市的技術使得此類綠地在滿足原有綠地基本功能的前提下,強化綠地管控自身范圍內以及一定范圍外的雨水的能力。從功能上來說,集雨型綠地的功能主要分為三個。一是使得綠地范圍內的季節性降水下滲以補償地下水;二是通過采用低影響開發措施對屋頂以及綠地范圍外的道路、廣場雨水徑流進行收集;三是對蓄存的雨水進行利用。
二、海綿城市系統視角下的集雨型植物園規劃設計相關理論探討
1.植物園的功能定位
首先,綜合。植物園的功能從定位上來說主要追求全面性,也即是突出綜合。一般來說,在規劃設計中,植物園除了要具有收集、引種、展示植物(尤其是濕生、水生植物)這一傳統植物園的功能之外,還要具有一定的水資源彈性,能夠創造出可以有效平衡枯水期和豐水期帶來的景觀矛盾的最近似于自然的濕生和水生環境,進而實現植物園內部水資源的收集、凈化以及利用。其次,主旨。主旨比較簡單,就是在植物園的規劃設計之初,根據實際情況確定植物園相應的主題特色園以及主題園組群。就集雨型植物園來說尤其需要注意的是要有專門的區域展示植物在低影響開發設施下的生長狀態。最后,其他功能。集雨型植物園的規劃設計除了要滿足消納園內一定量的雨水外,還要滿足消納園外一定量的廣場和建筑雨水徑流的需求,經過院內的低影響開發設施特殊的種植池的凈化以后可以對吸收的雨水加以利用。
2.植物園規劃原則
首先,低影響原則。植物園的設計最核心的命題在于協調好人與自然水生環境之間的關系。因此,在植物園的規劃設計之初,應該對場地的自然狀況進行深入的調查 和評估,具體來說植物園規劃設計初期要注意場地范圍內各項水體,也即是能夠及時涵養和滲透水源的區域。而在規劃設計后期則要注意因地制宜保護區域內的自然排水特征,在此基礎上對園區不同功能需求的區域采取針對性的雨水管理措施。其次,科學性原則。集雨型植物園的科學性主要集中在科學的規劃設計、科學的大眾植物知識的普及教育,以及科學的植物學研究等方面。其規劃設計的科學性原則就是要在規劃設計中按照這些要求開展規劃設計工作,確保植物園能夠滿足植物學研究、植物知識科普的需要。再次,藝術性原則。植物園最終是要向公眾開放的,因此,要強調游覽時的趣味性和觀賞性。因此,植物園的規劃設計要遵循一定的藝術原則,無論是院內的植物搭配、建筑、各種場地的位置均需要對虛實、疏密等加以考慮,以實現遠景、近景的協調。最后,地域性原則。地域性特色則要求植物園規劃設計時盡可能考慮當地的文化地域特色,在構景中突出本土特色。例如,本土特色植物,現有建筑等。3.植物園低影響開發措施首先,滲透系統。滲透系統的作用在于引導地表雨水徑流向下流動,其主要涉及到地表徑流匯集、土壤基質的吸水和透水功能等。因此,在規劃設計時要根據場地的現場地勘報告,因地制宜開展滲透系統規劃設計。其次,凈化系統。植物園對雨水的凈化主要是通過生物生態法來實現的,也即是通過人工濕地來實現。根據污水在濕地床中的流動方向,濕地可以分為水平潛流濕地、表流濕地、以及垂直潛流濕地,水平與垂直潛流濕地的凈化效果最為明顯。再次,傳輸系統。傳輸系統所起的作用是將雨水匯集到處理雨水的其他系統設施中。常見的傳輸系統設施有植被渠、植被溝。此類傳輸系統相對于傳統的混凝土的明、暗渠而言具有成本低、可減緩雨水徑流速度的優勢。最后,存蓄與回用系統。存蓄與回用系統指的是在豐水期將雨水進行處理和預處理后暫時儲存起來,并在之后適時、適地加以回用的系統。存儲系統主要分為地上和地下兩種,地上主要是可以與屋頂連接的雨水桶,地下主要是大型儲水箱體。
三、海綿城市系統視角下的集雨型植物園規劃設計案例——兩個個集雨型植物園案例簡介
1.上海辰山植物園規劃設計分析
首先,項目基本概況。辰山植物園地處上海市松江區余山山系中的辰山,因此得名辰山植物園,該園由上海市政府、國家林業局和中國科學院共建,是一座集科研、游賞、科普等功能為一體的綜合性植物園,其占地總面積為207公頃,距上海市中心區的距離大約為35公里.其次,植物園的功能定位。在功能定位上辰山植物園突出了綜合性原則。植物園整體功能定位比較全面,沒有偏向于某一主體功能定位,而是將其定位于游賞、科普、科研為一體的集雨型植物園,功能定位上突出綜合性。再次,突出科普性。在植物園的規劃設計中,在綠環圍繞的中心設計了中心植物專類園區,其中以水生類植物、濕生類植物為專類園區的主要植物,同時也是辰山植物園主要的展示區,植物專類園區在突出江南水鄉植物主題的同時也強調了科普性,在該園的特殊水生植物園的科普池中,就收集種植了諸如水稻等對人類有較大影響的水生植物。第四,規劃設計的藝術性。規劃設計的藝術性是辰山植物園的一大特色,也是集雨型植物園規劃設計的一個重要原則。規劃設計的藝術性主要著眼于提高植物園的可觀賞性,同時也兼顧解決一定的生態問題。辰山植物園規劃設計中,在對場地進行地勘和評估的基礎上,提取了三個最突出的設計元素:植物、山、水,分別對應園區的中心植物專類園區、辰山、以及專門用于引種外來植物的綠環這三個最為重要的空間設計要素,對這三個設計要素的合力規劃產生了明顯的效果,不僅使得園區的觀賞性大大增加,同時還有效解決了場地中存在的水質低劣、土壤堿性偏重、以及地形不豐富造成的生境單一等問題。第五,優秀的水循環以及雨水管理規劃設計。水循環和雨水管理規劃設計是辰山植物園規劃設計中一大亮點。在植物園的西北側有集中處理污水的設施;園區內的東湖、南湖、西湖等幾個水體之間均相互連通,當豐水期園區水位過高時可以將多余的水排出園區,而在枯水期園區水源不足時則由凈化后的水加以補充,這就在很大程度上實現了對院內水位的調控。而對雨水的管理辰山植物園則主要通過控制雨水徑流污染和徑流量來實現。在徑流量的控制方面,綠環帶區域地形變化的豐富性以及斷面結構保證了雨水能夠及時下滲,在經過地表和地表下的碎石層之后,雨水經由鋪設在地下的滲管匯集到地下蓄水池中,這些被匯集起來的雨水在經過綠環的初步凈化以后可以作為園區植物枯水期的灌溉用水加以回收利用。此外,辰山植物園內的溫室等建筑物頂也對雨水的滯留起著一定的正面作用,與地表對徑流的控制一起形成對雨水循環的有效控制。在徑流污染的控制方面,植物園規劃設計時通過對集雨面進行分層設計,很好地實現了對地表徑流污水的水質改善。雨水在經過植被層、透水層、腐殖層、滲水層、透水層、儲水層、以及土工布等之后得到較好的改善,達到較好的水質狀態,從而改善植物園內的水體水質。上海市辰山植物園的規劃設計是集雨型植物園規劃設計的一個典范之作,無論是從整體規劃設計層面,還是雨水的收集管理等方面,植物園對細節的考慮與規劃設計都是超前的、科學的,是目前國內植物園中比較符合海綿城市理念的集雨型植物園,對今后我國海綿城市建設過程中,集雨型植物園的規劃設計有極強的借鑒意義。
2.哈爾濱群力國家城市濕地公園規劃設計剖析
首先,項目基本情況介紹。哈爾濱群力國家城市濕地公園(下文簡稱群力濕地公園)地處哈爾濱市群力新區內,占地面積大約為34公頃,建成于2010年11月。其總體規劃圖如下圖2所示。其次,濕地公園規劃設計的自然性原則。該濕地公園所在區域原本是片被保護起來的濕地,在公園項目開工建設以前,為了恢復這一區域的生態,花了一年的時間進行先期整治。在項目規劃設計中,該公園的規劃設計者們充分按照集雨型植物園規劃設計的自然性原則,最大限度地對原有濕地進行保留,減少人工對濕地水體的加工程度。項目規劃中保留了原有濕地的絕大部分作為確保濕地生境演替的基礎,這種遵循自然的規劃設計理念一方面降低了項目的工程量和成本,另一方面用自然力量來塑造景觀本身更加凸顯了公園的自然性。這與周圍城市充滿了人工元素的環境相比形成了巨大的反差,為人們提供了可供游覽的一個理想的自然之地,無形中體現了公園的可觀賞性。再次,公園規劃設計的藝術性。規劃設計的藝術性是群力國家濕地公園的一個突出特點,該公園以周圍的過濾凈化帶作為設計的重點和核心,采取藝術性的設計手法塑造了觀賞性極強的景觀。通過地形塑造形成了高低不同且錯落有致的山丘,以及面積和水深不同的水泡,這兩種空間設計元素的不但大大豐富了公園周邊的景觀層次,為廣大公眾提供觀賞游玩的空間和場所,同時的凈化過濾滲透設計有效地將城市周圍的雨水徑流在匯入公園內部自然濕地前進行了一定的凈化處理。而不同深度的水泡不僅為不同種類的水生、濕生植物的生長提供了適宜的生境,同時也為游客在游覽過程中參與親水活動提供了平臺。最后,公園較高的可游覽性。群力國家濕地公園的位置決定了其一個重要的功能就是為人們提供休閑游覽的理想場所,因此其在規劃設計上著重體現了公園景觀的可游覽性。整個公園的游線安排、以及路網的規劃設計和上下層流線的穿插使得游客可以采取多種方式游覽公園增加了游覽的趣味性;穿梭于山林水泡之間、創造出一種貼近自然的游憩體驗;而空中棧橋、觀鳥塔等建筑的融入,使人可遠眺全園的美景,體會濕地帶給人的舒適與震撼。在經過一連串的低影響開發系統的規劃設計之后,不僅使得群力濕地公園這塊城市自然濕地的自然生態系統得到了恢復,同時還在城市雨洪管理中發揮了重要的積極作用,不但可以收集、涵養、存儲和利用雨水,甚至還可以補償地下水。與此同時,本土的生物多樣性在這里得到了最大限度的保全,園內種植植物多是以呈現植物的野外自然狀態為主。此外,公園內的道路鋪裝也采用了有利于雨水下滲的材料,園區的建筑景觀小品等也主要采用的是原生態材質來進行建造,整體景觀形態在充滿現代感的同時也體現出了對自然的敬意。
四、結語
關鍵詞:低影響開發;雨水系統;構建;研究分析
前言
隨著社會的變革,經濟發展突飛猛進,城市化建設不斷推進,其對城市雨水系統提出了更高的要求。現行的城市雨水系統不夠完善,技術方法相對較為落后,無法有效應對實際出現的雨水問題,與現代化城市建設不相適應,亟需進行創新發展。而低影響開發雨水系統的構建無疑是解決目前城市雨水問題的關鍵途徑,其通過整合應用多項技術來完善雨水系統,促進城市雨水的良性循環。因此,我們深入分析低影響開發雨水系統的構建現狀,針對現存問題提出合理的解決措施,進一步優化低影響開發雨水系統,從而改善城市雨水問題。
1 深度研究低影響開發雨水系統構建現狀
1.1 低影響開發雨水系統的基本概況
低影響開發雨水系統是指采用分階段、分環節等分散非集中式措施對城市雨水排水系統進行開發以穩定城市徑流的系統工程。低影響開發雨水系統在保持場地水文特征基本不變的情況下分別控制源頭,保證城市的地表徑流量與峰值流量在一定范圍內波動,有效控制城市雨水問題[1]。目前低影響開發雨水系統主要包括道路規劃、排水、園林景觀、建設等方面,采用系統化的控制手段以實現城市水文的可持續發展。
1.2 低影響開發雨水系統構建的困惑
現行我國低影響開發雨水系統的構建面臨著一定的困境,在應用上存在著較多的困惑,容易產生相關概念的混淆,不利于系統的構建。目前的低影響開發理念和方式尚未得到正確的理解,沒有制定統一的系統開發目標,導致低影響開發雨水系統的構建工程缺乏科學的統籌規劃。同時相關人員對低影響開發雨水技術的把握不夠準確,在不同類型項目的適用上會有一定的混淆,使得其排水等環節受到不良影響。
1.3低影響開發雨水系統構建的缺陷
目前低影響開發雨水系統構建仍存在較多的缺陷,一些問題逐漸顯現出來。現階段低影響開發雨水系統的運行與傳統城市雨水系統的銜接度較低,使得城市徑流量與峰值流量的控制具有較大的難度。低影響開發雨水系統的項目相對復雜,運作流程繁多,對應相應的工藝技術,開發效率較低,成本得不到有效控制。除此之外,低影響開發雨水系統工程中的管理體系不夠健全,設施得不到及時的維修與養護,給工程建設造成不良影響,阻礙城市雨水系統的低影響開發。
2 積極探討低影響開發雨水系統的高效構建
2.1轉變構建理念樹立多元化控制目標
轉變傳統城市雨水系統的構建理念,樹立多元化控制目標,將對低影響開發雨水系統的構建發揮積極的作用。低影響開發雨水系統應當以尊重自然、協調發展為基本理念,在雨水系統的開發建設中深度貫徹可持續發展理念,促進城市雨水的循環利用,緩解城市雨水問題。同時針對目前城市存在的雨水問題,科學樹立多元化的控制目標,尤其突出積水內澇、污水處理的問題加以大幅度的控制。而在另一方面,應當注重低影響開發雨水系統控制的靈活性,根據不同地理位置、不同氣候條件、不同建設布局的城市制定對應的目標,科學指導城市雨水系統的低影響開發進程。
2.2 加強低影響開發雨水系統規劃設計
目前低影響開發雨水系統的規劃設計不夠成熟,水平較低,亟需采取一系列手段加強系統的規劃設計環節。低影響開發雨水系統的規劃設計前期,應當進行深入的實地勘察,了解城市水系的布局與場地的具體情況,收集全面的城市雨水資料,從而綜合考慮各項影響因素,提高規劃設計方案的合理性。同時,進行低影響開發雨水系統的規劃設計過程中,相關部門應當出臺有關規定,統一規范標準,對雨水系統的開發工程加以合理的約束,將低影響開發雨水系統的運行納入法制化軌道,高效落實規劃設計方案,確保系統工程的質量水平。
2.3 重點把握系統工程建設的關鍵環節
重點把握低影響開發雨水系統工程建設的關鍵環節,能夠有效促進城市雨水問題的解決。低影響開發雨水系統工程的關鍵環節主要包括各項設施之間的銜接、生態設施與景觀的統一、工藝流程的控制等方面,深刻影響著雨水系統工程的運行。在各項設施的銜接方面,應當嚴格遵循銜接設計的方案落實建設措施,尤其增強雨水系統間的豎向規模銜接[2]。而在生態設施與景觀統一方面,應從生態設施的主要功能著手,設計并構建相應的景觀,實現兩者的有機結合。同時在工藝流程控制方面,我們需要根據場地雨水系統的實際狀況全面優化流程,選擇科學合理的工藝加以匹配,提升工程效率,進一步加快低影響開發雨水系統的進程。
2.4 創新低影響開發雨水系統建設模式
現行的低影響開發雨水系統建設仍受傳統模式的束縛,在工程建設及應用方面存在一定的局限性,不利于城市雨水問題的解決,創新低影響開發雨水系統建設模式迫在眉睫。目前低影響開發雨水系統建設模式中由于工程的分散性,使得工程風險性加大,開發效果不太理想。針對這一現象,我們不斷探索,在反復的實踐中創新系統工程建設模式,將低影響開發雨水系統的各個項目加以有效的整合,并建立完善的績效考核制度,明確責任分工,進一步增強項目環節之間的合作聯系,著重推出技術與資本的雙重合作模式,在降低風險的同時保證低影響開發雨水系統工程的有序運作。
2.5 控制開發成本提高系統的綜合效益
控制低影響開發成本并提高雨水系統的綜合效益是實現低影響開發雨水系統高效構建的重要舉措。通過加強低影響開發雨水系統的工程監管,規范工程建設的各項環節,降低監管成本,并采取合理措施減少材料的生產、運輸、安裝及維修養護費用,在保證城市雨水開發系統正常運行的基礎上有效控制成本,提高經濟效益。同時進一步增強低影響開發雨水系統的社會效益,改善城市景觀,并保證水環境效益,大幅減少城市水污染,優化城市水環境,促進城市的可持續發展,實現低影響開發雨水系統下綜合效益的提升。
3 關于低影響開發雨水系統的前景展望
盡管目前低影響開發雨水系統過程中存在著較多的缺陷,應用效果不太理想,但是我們仍然相信,在時代的發展背景下低影響開發雨水系統的前景是十分光明的。生態環保建設的日益推進,城市化進程的不斷加快,使得低影響開發雨水系統的發展空間更為廣闊,其將在未來的社會扮演著重要的角色,為城市水系統的循環發展發揮積極的作用。而我們應通過對現存問題的深刻反思,挖掘題背后的實質,進一步把握低影響開發雨水系統的要點難點,從而提高系統應用水平,使其是實現長遠意義上的發展。
結束語
近年來,城市化建設取得了很大程度的發展,原有地理構造狀況發生較大改變,城市雨水問題進一步加劇。而低影響開發雨水系統作為一種新型的項目,能夠有效緩解雨水問題,實現城市的可持續發展,成為社會關注的熱點工程。低影響開發雨水系統的構建是一項較為復雜的工作,在具體實施上存在著較大的難度,應用性問題十分突出,其改革發展勢在必行。因此,我們積極轉變構建理念以樹立正確目標,提高系統的規劃設計水平,突出系統建設工程的關鍵環節,創新發展模式,加強低影響開發雨水系統的構建,推動城市可持續發展。
參考文獻
【關鍵詞】城市水災 規劃建設 防災工程體系 科學架構
【中圖分類號】 TU984.2 【文獻標識碼】A
【DOI】10.16619/ki.rmltxsqy.2016.21.004
近年來,我國城市水災頻發,造成了巨大的經濟、財產損失,嚴重影響了城市的正常安全運行,并受到了媒體、公眾和政府的高度重視。城市水災包括城市洪災和城市內澇,很多專家學者從不同的角度探討了城市內澇的產生原因和解決途徑,并各有建樹。城市水災產生的原因是多方面的,包括:政府的重視和投入、社會和市民的期望值等社會因素,氣象條件等自然因素,防災工程建設等工程因素,工程設施的運行、調度與管理等管理因素和民眾的防災減災意識等多方面因素。目前來看,政府的重視和投入、社會和市民的期望值等社會因素都期望減少和避免城市水災的產生,氣候變化等自然因素可以通過科學的預測體現在防災工程的建設標準之中。所以,筆者認為:建設高標準的防災工程設施是最關鍵且最重要的防災措施。有了高標準的防災工程設施,才能有效地通過工程設施的運行、調度與管理等措施實現防災減災的目的。為了科學規劃建設城市水災防御工程,抵御城市內澇,本文僅從工程的角度探討如何構架城市水災防御工程的系統科學問題。
我國城市水災的二元體系架構
人類從農耕社會逐步發展到現在以城市為中心的現代化社會,現代文明促進了城市的發展、壯大。城市是一個人口和社會財富高度集中的區域,為了提高城市的土地承載能力,城市從自然生態系統逐步轉變為人工生態系統,它的生態安全、排水安全和防災安全都依賴于相應的工程設施提供保障。目前,我國已經建設了比較完善的城市防洪工程和城市雨水排水工程。
濱水城市一般沿河、湖、海岸線等水體岸邊建設有防洪、防潮堤壩,相關河流水系建設有高標準的防洪水庫、堤壩和滯洪區以保護城市免受外部洪水的危害,城市防洪工程的設防標準與城市的重要性有關,設計依據是城市防洪工程設計規范。在設防標準以下,防洪工程應保證城市的防洪安全。目前,城市防洪工程已經有比較完善的規劃設計標準體系和工程實踐經驗。
幾乎所有的城鎮規劃建成區范圍以內,都建有地下雨水排水管網或合流制管網,用來排除規劃建成區以內的暴雨徑流,保障城市排水安全。其作用是補償城市建設過程中對地表排水溝渠的破壞、提高排水能力、保護城市免受暴雨災害和為市民提供舒適的生存條件。城市雨水排水工程的設計標準、設計依據應符合城市排水設計規范。在設計標準以下,排水工程應保證城市的排水安全。目前,城市排水工程也已經有比較完善的規劃設計標準體系和工程實踐經驗。
城市規劃建設的防洪工程和雨水排水工程共同構成了我國城市水災的二元體系架構。城市防洪工程由水利部門負責,有專業的人才培養體系和高等院校、工程規劃建設的理論、技術標準體系以及運行維護機構。城市雨水工程由城建部門負責,同樣有專業人才培養體系和高等院校、工程規劃建設的理論、技術標準體系和運行維護機構。在兩個體系都正常運轉的條件下,為什么還會發生城市內澇災害呢?其原因是城市雨水管網設計標準偏低,經常發生雨水排水系統“失效”工況,而且沒有對超標雨水做出安排,任由超標的地表漫流雨水流到城市低洼地區造成內澇災害,而城市的管理者處于沒有任何解決之道的尷尬狀態。
2012年,由住房與城鄉建設部完成的亞洲發展銀行技術援華項目“城市雨水管理與內澇防治”的咨詢報告全面分析了我國法律、機構、技術和投資等方面存在的問題,并提出了解決問題的建議。研究發現,我國城市雨水排水設施設計標準偏低,超過雨水排水標準的內澇事件經常發生,且許多城市沒有對超標雨水產生的地表漫流做出相應的工程安排。調研發現,發達國家采用兩種方式解決導致城市內澇的超標雨水地表漫流問題:其一是建設高標準的城市地下雨水排水設施;其二是利用城市道路排除超標雨水,對超標雨水進行約束,設計標準可以達到“百年一遇”。我國的經濟處在高速發展之中,即將邁入中等發達國家行列,國外發達國家的先進經驗和技術值得借鑒,那么我們應采用哪種方式解決城市內澇問題呢?
我國一直以來都采用城市排水工程和城市防洪工程的二元工程體系架構來解決城市的水災問題。2011年以前,主要采用排水管網工程排除城市雨水,沒有對超標雨水做出工程安排。傳統的思維方式是通過提高地下雨水管網的設計標準來解決城市內澇問題,可以學習的范例有我國香港地下雨水排水工程“50年一遇”的設計標準、英國倫敦“30年一遇”的設計標準。采用這種方式進行管網改造或重建的優點是沒有理論和技術方法方面的困難,而缺點是大范圍開挖對城市造成的負面影響以及管網沉積造成的運行維護費用增加,同時還應考慮地下空間利用等問題。因此,這種方式適合在新建城區進行探索。
《室外排水設計規范(2011版)》首次提出“內澇”的概念,在《室外排水設計規范(2014版)》頒布以前,一直將排水標準作為內澇的防治標準。因此,很多人將排水管網提標改造作為解決城市內澇的核心技術。《室外排水設計規范(2014版)》從頂層設計角度,建立了涵蓋“源頭控制體系”“排水管網系統體系”和“內澇防治體系”的城鎮排水系統標準體系框架。根據該規范提出的體系框架,第二種建設與改造的方式是參考北美與澳大利亞等國家,建立城市排水、內澇防治和防洪三套工程體系架構,一并考慮城市雨水系統的防災問題。內澇防治的工程措施包括源頭的削峰調節池、利用道路縱坡排除超標地表徑流的行泄通道、建立大型調蓄設施以及城市內河、湖的排澇泵站等。
兩種解決方式的差別在于是將眼光局限于城市排水的范疇,還是從整個城市雨水系統的角度出發來構架工程系統。為深入探究,我們必須提高現有排水管網的設計標準,同時制定新的內澇防治標準,并且要與城市排水標準和防洪標準相銜接。
國務院2013年的《關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知》為科學防治城市內澇災害提出了從規劃做起的基本要求。2014年1月1日頒布的《城鎮排水與污水處理條例》為科學防治城市內澇災害奠定了法律依據。《室外排水設計規范(2014版)》為科學防治城市內澇災害制定了防治標準。在《住房城鄉建設部關于印發城市排水(雨水)防澇綜合規劃編制大綱的通知(建城[2013]98號)》的基礎上,全國各地都在應用《城鎮內澇防治技術規范》中提出的相關技術,積極編制城市排水(雨水)防澇綜合規劃。目前,海綿城市建設已經被提上城市排水防澇綜合規劃的議事日程。為了更好地將以上精神落實到工程之中,定義科學防治城市內澇災害的設計工況就十分必要。國務院辦公廳2015年出臺的《關于推進海綿城市建設的指導意見》中要求:“小雨不積水、大雨不內澇、水體不黑臭、熱島有緩解,通過海綿城市工程建設逐步完善城市內澇防治工程體系。”
由于城市內澇是最近提出的概念,城市內澇災害相關的基本概念一直困擾著工程技術人員和社會公眾,因此應進行深入研究予以澄清。城市內澇災害是城市水災的一種,城市內澇災害防御工程是城市水災防災工程的重要組成部分。
我國的城市水災防災工程體系
城市水災防災工程體系包括城市雨水的管理、排除和防止河水倒灌或洪水泛濫的一整套工程設施,這一整套工程設施是防治城市內澇災害的重要基礎條件。
為了實現城市排水(雨水)防澇工程體系防災、減災的目的,并考慮到定量化規劃、設計該工程體系,我國參考國際發達國家的經驗和本國具體實踐,按照雨水的流動方向,從上游到下游將城市水災防災工程體系劃分為5個單項工程:源頭控制工程(海綿城市建設――低影響開發部分)、雨水排水管網工程(小排水系統)、內澇防治工程(大排水系統上游)、排澇工程(大排水系統下游)和防洪工程。5個單項工程互為上下游關系,定量化共同分擔防止內澇災害發生的責任。
源頭控制工程。降落到城市規劃區范圍以內的降雨,在小區或街坊內產生地表徑流,地表徑流的量取決于用地性質和地表覆蓋種類。科學地規劃建設各種用地性質的雨水徑流過程,可以有效地控制進入雨水管網的流量過程線特性。
源頭控制工程采用調蓄或增加入滲等低影響開發(LID)和雨水利用典型技術,主要設計參數為降雨量(mm)。常用的設計調蓄水量為10~30mm,實際降雨量小于設計值時,源頭控制工程將所有降雨蓄存在建設小區以內。實際降雨量超過該工程的設計值后,該工程會失效,將產生向源頭控制工程以外的排水過程。
從原則上講,通過工程設施可以將全部的降雨滯蓄在進入雨水管網之前的地表徑流階段,但是,在大城市寄希望于通過源頭控制工程解決城市內澇問題可能是不經濟和不安全的。采用源頭削峰技術可以有效解決超過雨水排水管網能力的雨水外排問題,還應對有關問題進行深入研究。
雨水排水管網工程。在城市規劃范圍以內,都要求建設城市雨水管網,來排除設計重現期以內的暴雨徑流,以保證城市居民在降雨期間出行方便。降落在城市規劃區內的暴雨,產生地表徑流后,從建筑小區、工廠、學校、單位等區域設計地面流向道路,并通過道路邊溝進入設置在路邊的雨水口,之后進入地下雨水管網系統,雨水管網收集地表徑流以后排向下游的受納水體(排澇工程或防洪工程)。由于城市雨水管網的設計重現期與城市內澇防御工程設計重現期相比有很大差別,并且都比較低,所以北美和澳大利亞等國稱城市雨水管網為小排水系統(minor drainage system)。在我國的規劃設計理念中,超過雨水管網排水能力的暴雨徑流可以暫時蓄存在地表低洼處,待暴雨過后或管網有富余排水能力時再排出,所以在超過管網排水能力的大暴雨條件下,一定會產生城市區域內積水問題。
根據推理公式法設計理論,城市雨水管網的主要設計參數是設計暴雨強度(mm/min或l/s.ha),常用的設計重現期為2~5年。如果將設計標準提高到30~100年,有很多新的問題需要探索,尤其是對下游排澇設施的影響。
內澇防治工程。城市規劃區范圍內產生積水問題是一種自然現象,超過城市雨水管網排水能力的暴雨徑流聚集在城市低洼地區,造成一定經濟或財產損失,即產生內澇災害。城市內澇災害是一種發生在城市規劃區范圍內新的自然災害,是改革開放以后經濟發展帶來的新問題,確定城市內澇防治標準、建設城市內澇防御工程是保護市民財產和保證城市快速、安全運行的重要前提。我國原有的城市規劃設計理論不包含城市內澇災害防治的內容,所以內澇防治工程規劃建設是一種新的需求。為了科學構建城市內澇工程防災體系,《室外排水設計規范(2014版)》列出了城市內澇綜合防治標準,設計重現期范圍在20~100年,遠遠高于城市雨水管網設計標準的2~5年。美國、日本、歐盟等國家均對內澇設計重現期做了明確規定。我國在此之前沒有專門針對內澇防治的設計標準,《室外排水設計規范(2014版)》修訂增加了控制地面積水方面的內容,并規定了內澇防治系統設計重現期和積水深度標準,用以規范和指導城市內澇防治工程的設計。
發達國家和地區均建有城市內澇防治系統,北美和澳大利亞等國稱為大排水系統(major drainage system),主要包含雨水明渠、坡地、道路、深隧、內河河道和調蓄設施等。由于我國行政管理和專業分工與國外有一定的差異,排澇工程和防洪工程由水利部門負責,城市排水和城市內澇防治工程由建設部門負責。城市內澇防治工程包括行泄通道和調蓄設施,其中行泄通道由道路和大排水通道組成,將超過排水管網排水能力的地表徑流排入下游水體。
城市區域內規劃設計的道路除了保障交通運輸的任務以外,還應承擔排除雨水的任務,即:排除自身產生的暴雨徑流、排除上游和周邊區域產生的暴雨徑流以及作為輸送超標雨水的行泄通道。雨水口和檢查井都設置在道路之上,源頭區域產生的地表徑流只能通過道路才能進入雨水管網,超標的暴雨徑流一般都聚集在道路之上,只能通過科學合理地設計道路的坡度和斷面才能及時排除。因此,道路設計方法的改進和創新是構建城市內澇防治工程體系的關鍵。
排澇工程。城市排澇工程是保證城市運行安全的工程設施,是城市雨水管網和城市內澇防治工程的下游排水通道,由河道和排澇泵站等工程設施組成,是保證城市雨水排水工程和城市內澇防治工程正常工作的重要工程設施。
城市排澇工程采用與暴雨強度相關的排澇模數進行設計,設計標準一般為設計重現期20年,設計依據一般為城市或區域的水文手冊,主要由水利工程師負責設計。
排澇工程的設計水位超過城市雨水管網和城市內澇防治工程的下游設計水位,就會對城市雨水管網和城市內澇防治工程的排水造成頂托,影響排水能力。如果水位過高就會通過城市雨水管網和城市內澇防治工程設施倒灌進城市規劃區范圍以內,形成嚴重內澇災害。
目前城市排澇工程的設計方法是從農田排澇實踐發展而來,排水時間等設計參數還應該從城市的需求來考慮,模型技術的推廣應用也應予以重視。
防洪工程。城市防洪工程是保障城市安全、保證城市免受洪水災害的工程設施,由水庫、河道和滯洪區組成。它是城市排水、防澇和排澇工程的下游排水通道,對城市內澇防治的作用非常重要。
城市防洪工程一般采用設計流量作為設計參數,設計標準一般為50年以上,設計流量通過對觀測河流的洪峰流量進行數理統計的方法確定,設計水位是城市排水、防澇和排澇工程的重要設計參數。水位超過洪水設防標準以后,所有的排水設施,包括城市排水、防澇和排澇工程都會失效,將產生嚴重洪澇災害。對此,應研究包括城市雨水排水工程在內的所有影響因素的水力模型,全面評估各種情況下城市的防災能力。
城市水災防災工程體系各個組成部分的相互關系
源頭控制工程、雨水排水管網工程(小排水系統)、內澇防治工程(大排水系統上游)、排澇工程(大排水系統下游)和防洪工程這5個單項工程共同分擔防止內澇災害發生的責任,5個單項工程缺一不可。目前,我國內澇災害頻發以及對內澇災害認識混亂的根本原因是由于內澇防治工程缺失和整個系統的不完善。科學構建適合我國國情的城市水災防災工程體系,并建立各個組成部分的相互邊界關系,對于提高城市防災能力來說十分重要。
城市排水(雨水)防澇系統的規劃建設涉及到城市防洪排澇、內澇防治、城市排水、低影響開發、雨水利用和合流制改造等多個研究領域,與水利工程、市政工程、市政道路工程和環境工程密切相關。目前,由于各個領域的交叉銜接等問題,造成很多概念混淆。為保證我國排水(雨水)防澇系統的規劃建設工程實踐沿著正確的方向發展,筆者認為應通過學習國外發達國家的先進經驗,結合我國的實際技術經濟條件,建設5個單元工程體系,依據中國國情建設城市水災防御工程規劃的體系架構。
內澇防治工程是城市內澇防災的主體。城市排水(雨水)防澇系統包括城市洪水災害的安全處置、城市內澇災害的安全處置和城市排水安全。城市化發展過程中片面追求發展速度以及地上、地下不和諧的發展傾向,導致了近年來中國城市區域內澇災害頻發,這不僅嚴重影響城市居民的正常生活,也對城市的安全運行和城市的良性可持續發展構成了挑戰。在我國,城市防洪由水利部門負責,經過幾十年的建設已經形成比較完善的體系。城市內澇災害防治和城市排水由城建部門負責,已經建成的城市排水管網只能排除小重現期條件下的降雨徑流,能夠應對高重現期條件下內澇災害的防御體系幾乎是空白。城市雨水排水標準普遍偏低,雖然已經制定了城市內澇防災標準,但是缺乏相應的工程體系建設經驗,同時預警機制不夠健全、部門之間缺乏協調聯動等,暴露出了城市內澇風險管理體系的不完善。
各個單項工程的責任。由源頭控制工程、城市排水工程、城市內澇防治工程、排澇工程和城市防洪工程共同組成應對城市水災的工程體系,應明確它們之間的邊界條件,以便分清責任。
城市防洪工程的邊界條件是保證城市的過境河流和水系不泛濫成災,即:防止外洪威脅城市的安全,從流域層面保證河流行洪通道通暢,蓄滯洪區工作正常;從城市層面應保證城市安全,防止外部洪水泛濫進城。主要由地方政府的水利部門和國家水利部負責,國家和地方的防汛抗旱指揮部負責協調防汛、搶險和救災事項。
城市排澇工程是城市防洪工程的重要組成部分,城市排澇工程的設計標準是保證排除城市澇水的設計水平,是城市區域降雨徑流可能排入受納水體的限制性條件。
城市排水工程的邊界條件是保證在小重現期暴雨(一般地區2~5年)的條件下,城市區域不產生嚴重積水,不影響城市的正常運行。主要由地方政府的城建部門(或水務局)和住房與城鄉建設部負責規劃、建設、運營和管理。
城市內澇防治工程的邊界條件是保證在大重現期暴雨(一般20~100年)的條件下(與城市內澇防治工程設計標準有關),城市區域不產生內澇災害,不影響城市的正常運行。城市內澇防治工程的上游邊界條件是城市排水工程,即超過城市排水管網排水能力的降雨產生的地表徑流進入城市內澇防治工程,下游邊界條件是城市防洪工程(排澇工程),即城市河流水系等所能夠接納的城市區域的降雨徑流水量。因此,城市應建設排除或蓄存超過排水工程排水能力、小于內澇防治工程建設標準的暴雨徑流的工程設施,保證在發生城市內澇防治工程建設標準以下的暴雨事件時不發生內澇災害。筆者認為,該項工程應由地方政府的城建部門(或水務局)和住房與城鄉建設部負責規劃、建設、運營和管理。
源頭控制工程、城市排水工程、城市內澇防治工程、排澇工程和城市防洪工程5個單元工程體系構成一個完整的應對城市區域洪、澇災害的工程系統,它們相互聯系、相互影響,是一個有機的整體,缺一不可。由于我國缺乏足夠的經濟實力,無法效仿香港將排水、防澇、防洪三套工程合為一套,按照防洪工程標準建設同時具有防洪、排水和城市內澇防治功能的排水工程。我國現有的排水工程建設標準偏低,也學不了英、美等國建設高標準的城市排水工程和城市防洪工程,輔助建設部分城市內澇防治工程設施的方式。我國可以參照澳大利亞建設三套工程體系的經驗,結合我國具體實踐,創新性地構架中國防治城市區域洪、澇災害的工程系統,科學規劃建設城市排水工程、城市內澇防治工程和城市防洪工程三套工程體系,即5個單元工程。
各個單項工程的相互關系。源頭控制工程、雨水排水管網工程(小排水系統)、內澇防治工程(大排水系統上游)、排澇工程(大排水系統下游)和防洪工程這5個單項工程共同承擔防止城市內澇災害發生的責任,5個單項工程缺一不可。其中任何一個環節出現問題都會導致城市區域嚴重積水,并引發城市內澇災害或城市下游發生洪水災害。
城市附近的水利工程是城市排水工程的下游受納水體,目前排水工程和水利工程的設計銜接關系是水利工程的設計水位,一旦水利工程的實際運行水位超過設計水位,城市區域內的雨水就無法順利排入下游水體,就會產生由洪水引發的城市內澇災害。在大暴雨期間城市區域產生的大量積水就相當于流域的滯洪區,對削減下游河道的洪峰流量有一定好處。如果不加評估就增加向河流排放的洪峰流量,就會產生由城市內澇導致的下游洪水災害。
在規劃設計城市雨水管網時,應根據規劃用地地表情況確定徑流系數,因為該徑流系數決定了城市雨水管網的排水能力。如果在管網建成后改變了用地特性,增加了不透水地表的比例,就會出現由地表特性改變導致雨水排水管渠工程提前失效和實際排水標準變低的現象。
工程失效。當實際運行工況不能滿足設計工況條件,如實際的暴雨超過了排水和防澇工程設計的能力,或者下游受納水體水位超過了設計水位,都會導致排水(雨水)防澇工程失效。對此,應該建立評估方法和評估程序對城市產生內澇災害的原因進行科學評估,分清責任,對城市內澇災害造成的損失建立追責和問責機制。
規范標準的銜接問題
在源頭控制工程、城市排水工程、城市內澇防治工程、排澇工程和城市防洪工程5個單元工程體系中,設計標準的表述方式不同,大體可以分為3類:源頭控制工程采用降雨量;城市排水工程、城市內澇防治工程、排澇工程采用降雨強度,用重現期表示設計標準;城市防洪工程采用觀測洪峰流量的重現期。源頭控制工程只能計算出總調蓄水量,沒有數理統計的重現期設計標準概念,也無法計算出設計流量,因此對于高重現期極端暴雨事件的應對能力應慎重對待。城市排水工程、城市內澇防治工程、排澇工程都采用降雨的重現期來確定設計標準,《室外排水設計規范(2014版)》已經推薦采用年最大值法采集暴雨樣本資料,為協調3個工程的設計標準奠定了基礎。如果采用相同的基礎暴雨資料,應采用同樣的資料整理方法,則在相同設計標準條件下,暴雨強度值應該是相同的。城市防洪工程的設計標準與其他工程的標準不同,沒有對應關系。
采用年最大值法采集暴雨樣本資料,設計工況條件下假設有充沛的前期降雨,因此源頭控制工程設計調蓄水量對城市排水工程、城市內澇防治工程和排澇工程的影響很有限。
城市防洪工程、排澇工程與城市排水工程和城市內澇防治工程的設計標準銜接可以簡單地處理成設計工況的水位銜接,將來可以采用流量演算的方法進行流量通行能力的銜接。
結論
為了科學構架城市排水防澇工程體系,結合我國國情和現行的規范標準體系,本文提出了5個單元工程體系架構的設想,并探討了5個單元工程的組成、分擔的任務、相互關系和設計標準銜接問題。
源頭控制工程以調蓄降雨量為設計參數,無法與排水工程的設計暴雨強度相銜接。
城市排水工程、城市內澇防治工程和排澇工程都采用設計暴雨強度作為設計參數,并且采用相同的年最大值采樣分析方法,設計標準和設計計算方法應進行協調,以保證系統的安全性和可靠性。
在總體框架下,應科學劃分5個單項工程的任務和上下游邊界條件,各個單項工程應完善其設計計算方法,并建立完善的監管體制,明確產生城市內澇的工程原因。
在5個單項工程中,除城市內澇防治工程是新的工程以外,其余4個單項工程都有比較完善的設計規范標準和技術方法,所以建立城市內澇防治工程的規范標準和技術方法體系是當前的重點和難點。
本文淺析的“改性巖棉板永久性、自固定現澆混凝土保溫外模板術”,已獲得國家專利(名稱為:一種現澆混凝性復合巖棉保溫外模板,專利號:ZL201620010463.0)授權。目前全國正在全面深化改革,大力推進十三五各項計劃,按照創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念,創新轉型升級,大力推進發展海綿城市、綠色建筑,廣泛開展被動房示范工程建設,對于全面完成“十三五”國家強制性節能減排目標,執行新提升的《建筑設計防火規范》和節能率75%的標準,是適應新常態,有效應對全球氣候變化,緩解資源能源對經濟社會發展的約束具有重要作用;同時在新常態下提升城鎮化發展質量、效益、改善人民生產、生活條件,建設資源節約型,社會環境友好型,推動可持續發展,有著重要的意義。在新常態的發展中,盲目追求量的增長和粗放型的發展是達不到現代化的標準要求,現行建筑節能保溫主要采用外墻外保溫的結構形式,經十幾年的實踐應用證明有如下弊端:使用的有機保溫材料具有易燃性,且燃燒時會釋放出大量有毒氣體,并在使用施工現場防火管理不規范的環境下容易出現火災,給人民生命財產造成巨大損失;而且該形式施工工藝相對較復雜,施工工期長,施工質量難以控制,出現保溫層龜裂、滲水、起鼓、脫落、傷人、火災等一系列問題。并且使用期間必須要維護、維修、更換、造成城市更換、改造施工二次污染嚴重,仍存有安全隱患;并導致資金,資源的雙重浪費;不能與建筑物同壽命;更達不到建筑節能75%和新的防火規范及綠色建筑的標準要求,工程質量達不到百年大計終身負責的法制標準。因而研發更環保,更安全,成本低,防火無隱患、防震結構性能高,與建筑結構同壽命的節能保溫與建筑結構一體化的新技術、新產品、新工藝、新材料替代現行相關保溫材料技術尤為重要。新型“CX現澆混凝性復合巖棉保溫外模板”是建筑節能與結構一體化技術的一種重要結構,是建筑節能保溫與建筑結構融為一體;并與建筑物同壽命,達到新的消防規范技術要求和防震技術要求的創新型A級建材。實現了建筑節能、安全防火雙達標技術的綠色建材。
二、巖棉板的性能特點
巖棉板問世已有20多年歷史,該產品問世以來廣泛應用于工業、石化、農業、電力、船舶、建筑等領域,其性能是用無機材料制作而成,其特點燃燒性能達到A級,耐火極限達至2小時;保溫隔熱具有一定效果,吸音、降噪、減震等均有較好的功能特點。在新常態下,巖棉板應用于建筑節能外墻保溫還存有不足之處,由于生產工藝和其材料本質所定,自身體積松散所致壓縮強度達不到外墻保溫,粘結、拉拔結構強度技術要求;憎水性、吸濕率兩項性能不足,做建筑外墻保溫經過長期的自然氣候的浸蝕及雨雪影響,吸水率高而導致達不到抗凍融技術標準,使保溫建筑結構耐候性達不到與建筑同壽命的嚴重技術問題,為此巖棉板在現有性能特點的基礎上,需要創新研發,以新的技術改性解決自身存在問題,使其發揮固有的性能指標,以便全面達到做外墻保溫外模板的新一代綠色新型建材。
三、巖棉板的改性制造技術
巖棉板是以優質的天然玄武巖為主要原材料,經熔爐大于1450℃的高溫融化后,以擺錘法均勻鋪棉。經固化爐固化而制成巖棉板。但是該工藝制成的巖棉板用作建筑外墻做保溫板的性能指標遠遠達不到建筑外墻保溫和建筑結構技術要求,滿足不了建筑耐候性能指標的標準。為此經過從原材料性能的物理檢測分析,生產工藝的調整,經過多次研制,測試該產品材料在融化的巖漿中噴入專用適量的固化劑和特效專用增水劑,熱固性粘合劑和專用添加劑等,經固化后使該產品纖維細長,渣球含量低,保溫絕熱性能優異,解決了做建筑外墻保溫材料不足的性能指標。其改性技術指標特點如下:1、保溫隔熱性能優異巖棉纖維細長,平均直徑、渣球含量等指標均能達到國家標準,經實測導熱系數為0.040w/m•k。2、防火巖棉板以天然玄武巖為主要原材料,是不燃A級防火保溫材料,耐高溫性能優越,高溫下導熱系數低,能有效延緩火勢蔓延;在火災中不產生有毒氣體或熔融滴落物。3、防水巖棉板憎水率、短期吸水量、長期吸水量均達到標準要求,如產品被高壓水浸濕,干燥后不影響其性能,不會膨脹。4、防潮巖棉板制品在溫度50℃時,按照國標GB/T25975—2010測試,質量吸濕率小于1%。5、透氣性好巖棉板的纖維結構,具有良好的透氣性,水蒸汽可以自由透過,能很好的配合磚混墻體或砼墻體的呼吸作用,使室內保持舒適的干濕度環境。6、化學和物理性能穩定巖棉制品的酸度系數——衡量巖棉板化學穩定性耐久性的重要指標,改性后的巖棉板具有良好的高濕熱穩定性、耐久性及抵抗高溫收縮的能力。
四、巖棉板壓縮強度的改性
由于巖棉板材質性能和生產工藝所致,體積松散、壓縮強度,吸水率滿足不了做建筑外墻模板的技術要求,為此對巖棉板經過專用自動化機械將松散的材質按技術要求壓實,使松散的巖棉板增強了密實度,有效提高了自身壓縮強度,降低了吸水率,并滿足了做建筑外墻模板的自身支撐力,抗彎、抗折、抗拉強度的技術標準要求,吸水率的降低增強了抗凍融的功能,對于模板的耐候性能起到重要作用。只有進行技術創新改性才能使巖棉板達到做保溫外模板的技術要求。
五、巖棉板的結構改性框架網
按照現澆混凝土復合巖棉板保溫外模板的結構技術標準,在巖棉板上下兩面鋪設加強玻纖網;按結構布局進行鋪設多根受力拉接線,經過橫向按一定間距上下拉接,使其連接成為整體分格框架網狀,將巖棉板永久牢固的固定于框架網之中,形成外模板夾心網架狀的整體。
六、現行復合保溫外模板施工安裝技術
現行結構一體化保溫外模板施工安裝技術,保模板運至施工工地后,按照設計施工圖紙和施工技術交低,先將保模板進行彈線切割配料達到圖紙設計結構需要的模塊標準,之后再在保模板上按照結構布局彈線,用專用手電鉆打固定連接件孔,孔打好后模板到位,支撐校正,再有模板外側一人向內穿連接件,模板內側一人在連接桿上擰緊固定卡,以保證連接件不位移、不歪斜。隨之支內側模板,,支撐牢固校正不歪斜即可澆筑混凝土。總之,以上施工技術需要彈線鉆孔、立板安裝、穿件擰卡的工藝。上述工藝存在的問題是:在外模板上打孔設置連接件,施工中很難監控連接件孔布局是否合理、足量達標的問題;連接件對保模板之起著建筑結構的重要技術作用,如固定件連接出現問題,就等于建筑工程主體結構出現問題;同時施工安裝錨固件連接,按現行施工工藝要多花費大量工時;耗用大量錨固件(6萬件/1萬平方米)、再加上人工工資,大大提高了工程造價。總之上述工藝存在“工程造價高、施工量大、工期長、施工質量隱患”等問題。為解決這一問題,經過反復技術創新研制成功了改性復合瓦楞槽形自固定現澆混凝土巖棉保溫外模板。該技術即在經過各項性能指標滿足建筑外墻技術要求的巖棉板上設置玻纖網為整體加強層,按設計要求鋪設高強聚合物砂漿,通過專用自動化制造機械制造而成瓦楞槽形,即形成保模板與建筑現澆混凝土的結構結合層,該瓦楞槽使用高強聚合物砂漿物理性能與混凝土的物理性能相容,強度標號一致,通過施工澆注工藝,澆注混凝土與保溫外模板融為一體,澆注混凝土自身經過水化凝固增強,而形成外模板整體面積與混凝土科學的牢固的固化結合為一體,不用采取任何技術措施便形成永久性、自固定,節能保模板與建筑結構一體化的創新專利技術。
七、自固定巖棉復合保溫外模板的科學性
巖棉板經生產制造工藝、材料配方的創新改進,使普通巖棉板改性達到建筑外墻保溫的技術性能標準;經過專用技術進行巖棉板體積壓實增強密實度提高壓縮強度,降低吸水、吸濕率,提高加強了整體耐候性能;巖棉板進入高效玻璃纖維絲經專利技術組成的玻纖框架網,使其克服了自身的抗拉、抗彎、抗折、抗撞擊的技術性能指標不足的差距,達到了現澆混凝土支撐模板的技術標準;巖棉板經過系統改性后,板兩面鋪設高強玻纖網,增強整體結構的剛度、強度,玻纖網與高強聚合物砂漿牢固的粘結握裹為一體,保模板內側由專利技術制作成瓦楞槽形,成為與現澆混凝土永久性自固定的結合層,經過澆注混凝土施工工藝澆注,混凝土經過水化增強凝固,科學的將保模板與建筑結構永久的固定為一體。綜上所述,自固定改性巖棉板經過一系列技術改性,即能保證良好的保溫效果,又能達到A級防火標準,使建筑節能、安全、防火、雙達標;創新研制的瓦楞槽形保溫模板永久性自固定專利技術,自動結合免用現行的錨固鏈接件,即節約了大量支撐模板固定鏈接件,又節約了施工安裝固定件大量用工,提高施工效率,加快了施工進度,有效降低了工程造價,縮短了工期,使建筑節能保溫與結構永久一體,真正實現了建筑節能保溫,安全防火,安全防震,與建筑結構同壽命的一體化技術。
八、自固定現混凝土巖棉保溫外模板的環保性
CX現澆混凝性復合巖棉保溫外模板是由防火專用巖棉板(A),標準抗裂砂漿,標準玻纖網格布,經過工廠化生產,由專用自動化機械一次上線成型;原材料,生產制造過程無污水、廢氣、廢渣、不揚塵、無噪音,該產品無毒、無放射性公害的綠色低碳新型建材;應用于建筑工程與建筑物同壽命,不做任何維護、維修或更換,避免了給城市造成多次投資或再次污染城市環境。總之該產品實現了保溫防火、模板雙功能,節約耗能,節約資源,抗自然氣候侵蝕、施工工藝簡便、縮短工期,不采取任何技術措施便能達到建筑節能75%的各項技術指標要求,防火燃燒性能達到A級,是一種安全、節能、環保的新型綠色建材,是一種良好的綠色低碳環保建材,具有較好的廣泛的應用前景。
九、自固定改性巖棉保溫外模板板的發展前景