扫二维码关注
掌握行业一手资讯

【海绵城市】对海绵城市雨水系统规划设计环节的思考

2016-04-05

 
    在城市化快速推进的背景下,城市水环境与城镇建设之间矛盾交织,“水多、水少、水脏”等问题已经成为城市发展的瓶颈。海绵城市因其科学的内涵和全局尺度的城市构建模式而被广泛推广,被视为解决城市水环境问题的全新思路。然而,如何将这一理念落实到实际工程项目的规划和设计层面,是海绵城市建设面临的重要问题。
一、发展背景
    城镇化是发展经济、改善民生、社会进步的重要保证。近三十年的城市外延式扩张,使“水多、水少、水脏”等问题愈发严峻。为了协调城镇化与水环境之间的矛盾,提高城镇化质量,国家于2014年出台了《海绵城市建设技术指南---低影响开发雨水系统构建》,旨在通过模拟自然的积存、渗透、净化方式,提高对径流雨水的渗、滞、蓄、净、用、排的能力,实现良性的城市水文循环,使城市像海绵一样具有“弹性”,海绵城市的理念应运而生。
二、技术演进
    海绵城市理念的提出不但有着深刻的社会背景,更反映了国内对雨水系统问题认知水平的巨大提升。城市建设初期,雨水问题没有受到足够重视,雨水被当作“阻碍城市运行的负担”并通过管网快速排放至受纳水体。这种做法不但造成了水体的污染,而且受到了滞后的管网系统建设的制约。
    美国于1972年和1990年,先后提出最佳管理措施(BMPs)和低影响开发(LID)的概念,并在本国及其他发达国家进行了成功的应用。最佳管理措施强调雨水径流的末端控制,通过修建集中式的、大型雨水调节池、雨水塘等工程性措施,对管网输送的雨水径流进行截留、处理。上述措施虽然能够有效控制面源污染,但占地面积大、投资成本高,难应用于在城市高密度区域。低影响开发强调通过分散式的、小规模的微地形改造,对雨水径流进行源头控制,达到原位削减、处理雨水径流的目的,适用于难以大规模进行土地开发的区域。
    相比欧美等发达国家,我国针对雨水问题的研究起步较晚。20世纪90年代,我国针对水资源化问题,在水资源短缺的北方城市开展了一系列雨水集蓄、回用项目,并在随后十年针对城市内涝和雨水径流污染问题相继展开研究,在雨水系统建设方面得到了宝贵经验。2015年,LID首次引入中国并随国家重大水专项得以试点实施。


 
但我国城市的容积率和人口密度远大于西方国家,雨水工程基础设施也相对落后,仅凭LID设施并不能实质性解决雨水系统存在的全部问题。同时,我国以往对雨水系统的研究也存在重城市小循环,轻自然大循环的问题。因此,旨在借助自然基础设施和人工基础设施共同作用,解决城市雨水问题的海绵城市理念,具有很强的适用性和针对性。
三、技术内涵
海绵城市的技术内涵在工程上表现为LID设施、市政雨水管网系统和末端调蓄设施的有效结合。其中,LID设施包括存在于汇水区域附近的、分散式的、小规模的低影响开发地形和储水容器,如下凹式绿地、雨水花园、雨水桶等,其作用是使雨水径流在进入雨水管网前部分或全部滞留、下渗、净化。
    市政雨水管网负责转输从LID设施中溢流出的雨水。LID设施对雨水径流的消减作用,降低了汇水区域的峰值流量,进而相对提高了附近管网的排水重现期,提升了城市,特别是建成区、中心区和不宜大规模开挖更换管网区域的抗涝能力。
    末端调蓄设施主要针对超出管网设计重现期的降雨,对超出管网和下游水体接纳能力的雨水进行储存、调蓄,其内容包括自然水体、行泄通道、人工池体等。其中,人工池体根据所处功能区差异可与小区、公园、城市水景观相结合,自然水体、行泄通道可与湿地、预留空地相结合。末端调蓄设施不仅对地处低洼地区的小区、下凹式立交桥、城市管网下游地区的排水抗涝能力,有着良好的改善作用,对城市水系的恢复和保护作用亦非常明显。

 
    LID设施、雨水管网和末端调蓄设施的有效结合,有效构建了小雨不浪费、大雨不内涝、水体不黑臭、绿色生态化的雨水系统,不仅使海绵城市的可视效果最大化,更使海绵城市理念在工程上具有可操作性。
四、产生的变化及影响
    从全局的角度对海绵城市进行规划、设计,是海绵城市概念落实的关键环节。构建自然与人工相结合的新式雨水系统,需要从业人员在规划、设计层面拥有以下认识,并在规划、设计工作中做出相应调整。
规划层面
    海绵城市规划阶段的主要任务是编制海绵城市建设规划,与城市总体规划、各专项规划相比,海绵城市建设规划在定位、编制内容等方面有三点特别之处。

 
    首先,海绵城市不仅包含了LID设施、排水管网、调蓄池等工程措施,还包含了后期维护、政策资金支持、运行管理等非工程性措施,其本质是一套完整的雨水管理体系。同时,海绵城市更是一种造城理念,其核心在于强调以自然地面和水体为主线,将城市区块以及区块内的建筑群、路网、硬化地面分割打断,实现灰绿结合。因此,海绵城市建设规划不应定位为涵盖面较窄、局限性较多的专项规划,而应成为系统融合竖向、道路、排水防涝等专项规划的综合性规划,其重要性仅次于城市总体规划,并为各专项规划的编制提供重要参考。
 
    其次,海绵城市建设规划应突出两个重点,即在城市层面注重水环境、水生态的修复以及防洪排涝设施的布置,着力构建大海绵体,确保实现最佳年径流控制率;在地块层面注重LID技术措施的布置,着力构建小海绵体,确保地块中预留合理的单位面积控制容积,使地块雨水不外排。
 
    最后,海绵城市雨水系统的规划,需要专业人员既考虑到当地地形、降雨、土壤、地下水等自然条件的特殊性,还要考虑到屋顶形式、建筑密度、排水体制、用地性质等客观现实条件的影响,同时兼顾道路、绿化等相关专业的规范要求,并对上述因素进行整合,规划工作难度较大,仅凭以往经验、推理公式法、容积法很难判断规划效果是否符合要求,因此,利用模型法对规划方案进行模拟验证尤为重要。
设计层面
    海绵城市设计阶段的主要任务是在规划的基础上,根据规划确定的年径流控制率和单位面积控制容积,选定海绵设施的类型、规模、布置形式及组合模式。海绵城市新理念对设计工作产生的影响主要体现在以下三个方面:
 
    第一,各专业设计不仅要满足自身规范的要求,还应总体考虑排水的安全性和雨水的回用性,贯彻并执行海绵城市的理念。
 
    以市政道路设计为例,在不变更线型、道口等设计,不影响道路交通、服务功能的前提下,将立缘石开口,同时将隔离带绿地改为下凹式绿地,配合立缘石开口在绿地中布置溢流式雨水口,使道路隔离带拥有削减路面雨水径流的功能。同时也可将人行道、非机动车道改造成透水路面或半透水路面,进一步增强市政道路削峰滞留的能力。此外,若建设方对设计道路有景观方面的要求,也可将隔离带绿地改造成生物滞留网络,栽植抗旱性、耐淹性好的植物,兼顾景观效果和雨水径流控制功能,达到净化雨水径流的目的。
 
北京某开发区道路在设计阶段对上述方面进行了先期考虑,建成后道路使用性能良好、径流控制作用显著。

 
    第二,排水专业应摆脱附属专业的传统定位,从原有的“下游设计”转变为以解决区域排水安全、构建区域雨水系统、保护区域水文生态为出发点,先于竖向、道路、建筑、绿化专业对区域径流控制率、单位面积控制容积、排水方向等控制性指标进行“上游设计”,在竖向布置、建筑地坪标高、建筑雨落管形式、有效绿地面积等方面对各专业提出要求,发挥主导作用。

 
    北京某新建小区在设计阶段以排水安全为主控目标,对小区地势、建筑地坪标高、硬化地面面积提出了要求,通过LID设施、小区内水体对雨水径流进行调蓄以代替雨水管网的铺设。小区建成后,经受住了北京“721暴雨”的考验,在出现超重现期降雨情况下没有发生积水内涝的情况;出现中小型降雨时,小区内布设的下凹式绿地、植草沟、生物滞留等设施也起到了滞留、下渗、净化雨水径流的作用,雨水外排率为零。
    第三,排水专业应丰富设计手段,从以往的仅靠流量法确定管网规模、设计管网系统转变为依靠容积法、流量法对低影响开发设施、雨水管网、大型调蓄设施进行综合设计,并通过SWMM、DHI等模型对雨水系统在设计重现期、超重现期降雨情况下的径流控制的效果进行模拟验证。

新 闻