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城市在建小区海绵化实现思路的探讨

新闻来源:山东智信环保   发布时间:2016-08-05 09:30  点击:
本文基于海绵城市治水的新理念,结合雨水花园、下凹式绿地等低影响开发技术,以某在建小区试点为例,具体从方案构建、方案效果模拟方面,探讨了城市在建小区海绵化的实现思路和技术路线。
1.海绵设施概述
雨水控制利用的工程技术主要包括“渗、滞、蓄、净、用、排”。
渗透技术主要以改造硬质地面,增加下渗为主。主要措施包括透水铺装、渗透塘及包括雨水花园、滞留带等在内的渗透型生物滞留设施。
滞蓄技术以雨水滞留和贮蓄利用为主,兼有峰值流量削减和补充地下水等作用。主要措施包括雨水罐、雨水湿地、雨水花园、集水池等。贮蓄的雨水可进一步回用,缓解市政供水的压力。
净化技术主要是改善水质,对水质进行源头处理或深度处理,其出水多直接排放或集中处理后回用。主要措施包括初期雨水截流和弃流设施、前置塘、沉淀池、植物缓冲带等。
2.低影响开发场地规划
由于原施工图已完成,在建小区应在原施工图的基础上进行海绵化改造。该过程须结合场地各要素的布局和结构,合理规划雨水径流量的排放路径。同时尊重主体工程,保留特殊设施如停车场,尽量避免原施工图产生大的变动。在建小区的公共场地可操作空间大,地形变动也相对灵活。
城市在建小区LID场地规划体现在场地分析和雨水系统设计两个环节。场地分析就是对场地地形地貌、土壤渗透性及周围环境等现状条件进行分析。它是场地设计的基础,必须建立在充足的基础资料和充分的前期调研的基础上。包括合理选择和布局海绵设施,确定其形式和规模;合理进行场地竖向设计,避免场地对区域地上及地下水文环境造成破坏。场地的雨水系统设计应采取适当的分散式低影响开发设施去适应原施工图地下管线布置,有效衔接雨水管道系统及超标雨水径流的排放,对雨水进行滞留、净化和回用,实现雨水系统的优化。
3.雨水设计计算
3.1设计降雨量
为使径流总量和污染物总量不超过开发前状态,美国多州采用控制年均80%-90%降雨场次对应的日降雨量值作为低影响开发雨水控制利用系统的设计标准,即设计降雨量。
根据我国气象科学数据共享服务网气象资料数据,选取近30年日降雨资料,扣除≤2mm的降雨事件的降雨量,将日降雨量值由大到小排序,统计小于某一降雨量的降雨总量在总降雨量中的比率,此比率对应的日降雨量值即为设计降雨量。我国部分省市年径流总量控制率为75%、80%、85%对应的设计降雨量值如表1所示。
3.2调蓄容积量
根据《海绵城市建设技术指南》,低影响开发设施调蓄容积一般应满足“单位面积控制容积”的指标要求,设计调蓄容积一般采用容积法进行计算,如公式(1)所示。
V=10HΨF        (1)
式中:
V—设计调蓄容积,m3;
H—设计降雨量,mm;
Ψ—综合径流系数,可根据面积比例加权平均计算;
F—汇水面积,hm2。
4.在建小区海绵化方案的构建—以某小区为例
4.1方案构建流程
借鉴低影响开发在国内外范围内应用的成功案例,结合我国海绵城市指南的要求,将在建小区海绵化方案的构建分为以下7个主要步骤。
4.2 研究区域概况
研究区域总面积为24.4hm2,西临带状绿化带,东侧为一座带状公园。其北部为商业区,南部为住宅区,两部分面积均为12.2 hm2。该区域分两期施工,一期二期面积分别为13.3hm2和11.1 hm2。根据原规划方案统计,硬化铺装面积9.5 hm2,建筑硬化屋顶6.0 hm2,绿色屋顶1.7 hm2,水系0.1 hm2,绿化7.1 hm2。
4.3方案构建技术步骤
4.3.1 明确施工进度
目前,一期处于施工阶段,二期尚未开始建设。其中,一期商业区外部停车场已建成并投入使用,商业建筑主体工程已完工,部分道路混凝土已铺设;一期住宅区建筑主体1号楼外均已完工,地下车库及车库出入口已完工,部分路沿石已立砌。
4.3.2 场地评估
场地评估是设计决策海绵改造方案的重要因素,对于后续方案设计起着重要的作用。在前期基础资料和实地探勘的基础上,结合各部门座谈意见,对试点区域存在的限制条件和主要问题进行了研究分析。根据研究区域现状,总结了低影响开发雨水管理规划设计条件。
4.3.3 设计目标
根据场地评估结果,取径流总量控制率为82%,对应的设计降雨量为34.6 mm。由于规划区域面积较大,若想充分利用雨水,应进一步进行区域划分,就近解决雨水问题。首先根据区域功能划分一级分区,即商业区和住宅区各为汇水分区,各自消纳自身的雨水径流,在此基础上,根据地面高程,确定排水路线,进而划分二级分区。由容积法计算各分区流量,作为设计的具体量化目标。
4.3.4 海绵设施总体布局
4.3.4.1海绵设施在小区各要素的应用
1)建筑屋顶雨水渗滞区
建筑屋顶多为不透水屋面,径流系数高达0.95,成为城市径流的主要产流面之一。降落到屋顶的雨水短时间便可形成径流,并向下垫面转移。为减少其产流量,需采取以雨水利用和渗透设施为主的源头控制设施,如绿色屋顶、雨水桶等。利用绿色屋顶的植物和土壤对雨水截流和吸收,并使用雨水桶收集绿地屋顶的外排水,实现对雨水的源头管理。超出绿色屋顶和雨水桶处理能力时,利用住宅其他的LID措施进行雨水综合管理,将建筑超量的雨水排入建筑周边的雨水花园、下凹式绿地、生物滞留设施等,进一步将场地景观纳入到雨水管理中,既实现雨水管理,又提高住宅环境的整体美感。
2)小区道路雨水渗滞区
原规划方案中的道路多为沥青、大理石等硬质不透水表面,作为雨水的主要受纳区域,大量的雨水径流及其携带的污染物由雨水口收集后直接排入管道,极易引起道路受淹,造成下一级受纳水体的污染。基于海绵城市自然渗透的理念,在人行道进行透水铺装改造,增加地面的透水性,结合侧石开口或标高控制(路面标高高于周边绿化带标高)等措施,将路面径流引入附近雨水处理设施,以达到增加下渗、削减洪峰的效果。
3)小区公共场地渗滞蓄区
公共场地的低影响开发是小区海绵化建设的主要内容,在场地内设置的集中式雨水设施和末端处理设施,主要以雨水滞留设施为主,如生物滞留设施,下凹式绿地,雨水花园等。它的主要原理是利用低于路面的洼地贮存、渗透雨水,结合物理处理和生物处理的特点,有效去除污染物、减少雨水径流量。
4.3.4.2方案布局
规划区域各要素产生的径流量,一部分通过绿色屋顶、生物滞留带、下沉式绿地和雨水花园蓄积下渗,其余部分通过调蓄池集中收集用于周边带状公园的灌溉。住宅区雨水径流通过植草沟、透水铺装、生物滞留池、下沉式绿地、雨水花园、水系综合处理,一部分用于LID设施的蓄积下渗,一部分利用雨水调蓄模块集中收集用于景观水系的循环利用,其余超标部分则通过市政管网排走。
4.3.5 模型模拟
DigitalWater 2.0是基于SWMM和GIS技术的可视化建模与动态模拟评估工具,可模拟雨水花园、雨水桶、渗渠、透水铺装等多种LID设施。基于DigitalWater Simulating 2.0,采用当地暴雨公式,以芝加哥曲线分配1年一遇1h、1年一遇2h、2年一遇2h和5年一遇2h的降雨雨型,以原规划方案和LID改造后的方案为模型情景模拟(以1年一遇1h降雨条件为例)。
对整体区域进行水量平衡分析,各重现期下的模拟效果评估。经下凹式绿地、透水砖、雨水花园等低影响措施处理后,控制降雨量>34.6 mm,流域出流量均有明显减少,符合设计目标。
结语与展望
基于低影响开发技术,结合在建小区特点,场地各要素的布局和结构,组合一系列不同的低影响开发措施,合理规划雨水径流量的排放路径,合理布局低影响开发设施,并基于DigitalWater 2.0模型评估了雨水管理效果,形成了在建小区海绵化完整的规划思路。


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