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城市住宅区景观设计的海绵城市应用研究

作者:深圳市海绵雨水利用科技有限公司来源:www.spongerain.com 浏览次数: 日期:2018年10月8日 10:41

雨水管理和利用是城市发展过程中密切关注的问题之一。城市住宅区是城市的重要组成部分。目前,国内城市住宅区的雨水管理技术仍不成熟。本文首先通过分析城市住宅区雨水管理现状和方式,结合国情,系统地提出了城市住宅区的海绵城市应用体系,该应用模式能将海绵城市理论应用到城市住宅区的建筑,道路,绿地,儿童场所等各重要要素中,建设出海绵城市的城市住宅区景观;然后总结出了海绵城市在城市住宅区景观设计方法,以改进传统住宅区雨水设计的不足,处理城市住宅区雨水管理和利用问题;最后通过分析实际案例,清楚地认识到了海绵城市在城市住宅区设计中的效益,为今后的城市住宅区设计,解决城市内涝问题提供了重要的参考意义。

 

城市住宅区过度开发引起的问题?

 

城市住宅区的过度开发给人们所带来的却是一系列环境与生态问题,不断地挑战着人类息息相关的环境。由于城市住宅的大规模开发和发展后,地面许多连续水体、绿地等透水场地被硬质化,地表下垫面形态发生巨大变化;而且高层住宅的增加导致人口密度和数量剧增,使城市中资源利用和损耗也逐渐加大,气候环境也受到很大变化,影响自然水循环,导致降雨径流增多,强度加大。

 

尤其是近年来,“城市看海”、“逢雨必涝”等问题频频爆发,城市内涝问题越来越严重,成为当今人们关注的焦点。(图3、4)高层住宅的发展,必然会影响城市的可持续发展。如何处理城市住宅区雨水问题,将海绵城市与城市住宅区景观设计合理应用,做好雨水收集和利用,对降低城市内涝风险具有很重要的意义。

城市积水内涝问题频频爆发

图3 城市积水内涝问题频频爆发

城市住宅区积水内涝

图4 城市住宅区积水内涝

 

城市住宅区景观设计的海绵城市应用研究

 

海绵城市建设下的城市住宅区的重要性

 

传统开发模式的住宅区主要是通过标准化设计的雨水管网来完成雨水排放的,以“快速排放、末端集中”原则将降雨形成的地表径流迅速通过雨水管网排到附近水体。一旦暴雨强度过大,超过了雨水官网的负荷承载能力,就会造成极大的内涝灾害。城市雨水资源是十分宝贵的自然资源,未能够有效利用就直接排放,这是对雨水资源的不合理利用。
 
而海绵城市指导下低影响开发雨水系统能够将雨水资源有效地收集加以利用,其基本原理是利用分散的,小规模的源头控制机制和技术措施来结合设计,达到对雨水所产生的径流和污染的控制。(图5)
传统开发模式与海绵城市模式的对比
图5 传统开发模式与海绵城市模式的对比
 
传统开发模式的降雨径流量比开发前增加了3.78倍,入渗量比开发前减少158%;海绵城市模式下开发区域降雨径流量、入渗量及蒸发量则与开发前水平几近持平。建设“海绵城市”的城市住宅区,能够更好地解决城市的雨洪内涝,雨水利用问题,节约水资源的消耗。可见海绵城市模式在城市住宅区设计有很大的应用前景,对城市雨洪管理也有很大的重要性。(图6)
海绵城市在城市住宅区景观设计的应用体系
 
海绵城市在城市住宅区中的应用体系,主要是从“收水-蓄水-用水”三方面进行应用,通过构建整体低影响开发雨水系统,将绿色雨水设施(表1)与住宅区景观相互结合,进而建设海绵城市城市住宅区景观,实现雨洪管理和利用。

设施分类

设施名称

应用介绍

收水设施

绿色屋顶

  透水铺装

 

植草沟

生态树池

雨水花园

用于住宅区建筑屋面,通过屋顶绿色植物吸收雨水,达到蓄积和排放的目的。

用于住宅区内道路,广场,消防通道,停车场等硬质空间区域,透水铺装属于多孔介质,能够使雨水渗入地表,减少雨水径流,补充地下水。

用于住宅区内道路两旁绿化隔离带等狭长地带,能够收集地下径流。

用于住宅区广场或道路等树荫要求较高等区域,以树池来作为生态滞留单位进行收水。

用于住宅区公共绿地部分,自然形成或人工挖掘的浅凹型绿地,被用于汇聚和吸收雨水,使雨水逐渐渗入土壤,涵养地下水。

蓄水设施

雨水桶

地下水箱

透水箱

多用于规模较小的庭院区,低密度住宅区,多用于收集,沉淀,净化雨水,设置于地上。

多用于高密度住宅区,设置于地下的储水箱。

特制的可渗透地下水的水箱,同时也可以被动蓄水的功能。

用水设施

绿化灌溉系统

景观喷水系统

生活用水系统

用于住宅区的公共绿地,道路绿地,将雨水净化后成喷灌用水使用。

用于住宅区景观喷泉,人工湖,池塘等景观用水区域,将雨水作景观用水使用。

用于住宅区居民生活使用,将雨水利用成生活用水,如洗车,冲厕,环卫等使用。

表1 城市住宅区雨水设施应用一览表

 

收水,即雨水收集。住宅区内屋面、公共场地、道路以及绿地等要素,都能与通过屋顶花园、雨水花园、透水铺装、下凹式绿地及生态树池等雨水设施结合设计,形成生态自然的海绵城市住宅区景观,并将建筑屋顶、公共场所及硬质路面产生的雨水径流进行渗蓄处理,将其收集汇流,超过处理能力的溢流雨水则透过排水口外排出去。
蓄水,即雨水蓄集。收集到的雨水,除了下渗补充地表水,汇流到的雨水可以通过雨水桶、地下水箱及透水箱等蓄水模块,或者是人工湖和人工湿地等调蓄系统进行储存,实现雨水处理的中间步骤,为之后的雨水利用做准备。
 
用水,即雨水利用。蓄积和储存的雨水,进行净化处理,输送到各个居民用水系统,如绿化灌溉系统,景观喷水系统,生活用水系统,作为绿化灌溉用水,景观水体应用及居民生活用水等,实现雨水回收利用,真正意义并解决其水资源短缺问题。(图7)
 
海绵城市在住宅区景观设计应用体系
图7 海绵城市在住宅区景观设计应用体系
 
如何将海绵城市理论应用到城市住宅区景观设计中
 
1、雨水收集设计部分
 
针对当代城市住宅区高密度,高层化的特点,城市住宅区的雨水收集主要来自建筑屋面,公共场地以及道路绿地三个部分,在进行景观设计的同时,考虑如何进行雨水收集能够高效利用和管理雨水资源。
 
屋面集水景观设计
 
屋面集水景观设计的方法,主要是建设屋顶花园,建筑绿墙及地下车库顶板花园,三者结合形成的立体雨水景观设施。雨水下落到屋顶花园,通过建筑绿墙及雨水管导流到地面,有组织地排放到地下车库顶板花园,在植物截流,土层下渗等自然方式进行源头管理,减少地表雨水径流量的损失,回补地下水;亦或者通过雨水桶,地下水箱,透水桶等蓄水设施进行储蓄,从而高效利用雨水资源。(图8、图9)
图8 屋面集水景观设计应用示意图
屋面集水景观设计方法示意图
图9 屋面集水景观设计方法示意图
 
传统的设计方法,主要利用屋顶坡度和排水口收集直接排入雨水管道、雨水井或者地面,未能够高效利用雨水资源。而高密度的城市建设,地下车库应用较大,将建筑屋面,墙面与地下车库顶板创新利用,能够更好地解决了城市住宅区的建筑立面景观和空间,也进一步改善了传统屋面雨水管理和设计模式,使雨水能够循环利用。
 
公共场地集水景观设计
 
城市住宅区的公共场所主要是以活动广场和停车场为主,也是硬质空间最为集中的区域。一般的广场和停车场铺装都是由不透水的硬质材料组成,如水泥,砖石等,经常是雨水大量汇集的场所。公共场地集水景观设计,主要是在公共场地内运用透水性材料铺装,以及相应的景观设施使雨水能下渗到土层中,使得原有的硬质性空间更有渗透性和景观性。
 
如在活动广场或者停车场内运用透水性铺装,及种植生态树池,生态花坛或者生物滞留池等,使广场和停车场等公共场所成为一个景观雨水渗透空间,而非简单的功能使用场所。雨水能够通过可渗透的铺装及其他生态滞留设施中进行下渗和调蓄。(图10)
广场及停车场集水景观设计应用
图10 广场及停车场集水景观设计应用
 
道路绿地集水景观设计
 
城市住宅区,道路系统部分占较大的比例。道路不仅是城市住宅区的重要布局形式,也承担了其不同的服务功能。道路绿地集水景观设计,主要运用透水铺装或路缘石开口,结合植草构,雨水花园及下凹式绿地等来建设成绿色街道的雨水管理模式,应用于各种住宅区道路中。雨水降落到绿色街道,能够通过透水铺装,使其下渗于土层中或者引入周边绿化带,使雨水能够被有效储蓄。(图12)
道路绿地集水景观应用
图12 道路绿地集水景观应用
 
海绵城市能够有效改变了住宅区道路被动的传统雨水处理方式,使住区道路系统不仅满足交通通行,而且成为雨水管理利用的综合道路体系,也大大提升了道路景观。
 
雨水蓄存设计
 
城市住宅区雨水蓄存设计,低密度住宅区域可以通过地下区域的雨水桶,地下水箱,透水桶等蓄水模块,将多余的雨水收集蓄存,以便之后净化和处理。在现今高密度的城市住宅区,雨水蓄集可以结合人工调蓄湖,人工湿地来进行设计,既能有景观效果,又有环境效益。
 
人工调蓄池景观设计
 
人工调蓄池景观设计,能截留污染严重的降水,将收集到的雨水进行纳污调蓄,水质处理,并通过一定的输送系统,将雨水输送到附近的污水处理厂,以将雨水净化,返送回居民生活用水系统中。(图13)人工调蓄池景观,不仅能够利用好城市住宅用地,给人们提供了一个良好景观池面,而且能有效地进行雨洪管理。
人工调蓄池设计应用
图13 人工调蓄池设计应用
 
人工湿地景观设计
 
人工湿地景观设计,主要是在城市住宅区绿化用地,设计一些景观性洼地。在暴雨时期,通过植物截留,雨水可以蓄存在洼地中,下渗到地表下,在土层中进行调蓄。(图14)湿地本身就有生态处理,净化水质的功能,人工湿地景观设计能够更加丰富城市住宅区景观的多样性,提高了城市住宅区的生态和美学价值。
人工湿地设计应用
图14 人工湿地设计应用
 
雨水利用设计部分
 
现今,水资源消耗越来越严重,将雨水利用设计结合在城市住宅区,能够大程度地减少水资源消耗,解决水资源短缺的问题。在城市住宅区设计中,将雨水利用在景观水体,绿化灌溉及居民用水中,对雨水资源能够高效利用。
 
水体景观应用设计
 
城市住宅区中景观设计中,喷泉,景观湖,游泳池等水体景观运用广泛。收集和蓄存的到雨水资源,经过净化、过滤、消毒等水质处理措施,回收利用到景观喷泉,湖面水体,泳池水体中,形成一个完整的雨水利用循环系统。不仅节省了水体景观的维护成本,也促进了住宅区的水文循环,残生更多利用效益。
 
绿化灌溉应用设计
 
城市住宅区的绿地率通常为60-70%,绿地面积较大,日常灌溉养护以及水资源消耗成本也是很大。雨水利用设计应用于绿化灌溉中,能够节约水资源,并且促进了一个自然循环的过程,灌溉的水能够下渗地表,地表的水能够循环利用,产生很大的意义。
 
居民用水应用设计
 
据统计,我国目前城市居民用水占全国水资源消耗量的30%,水资源人为消耗量非常巨大。城市人口密集,将雨水利用设计与居民用水系统应用连接,雨水通过普通回收处理,能让居民用来进行冲厕,环卫等生活活动使用;经过严格的净化,检测处理措施,还能够用于生活中更多地使用,如饮用水等。
雨水资源利用设计
图15 雨水资源利用设计
 
海绵城市理论在城市住宅区的应用效益
 
生态效益
 
“海绵城市”的收水设施能够在源头上减少雨水地表径流量,推迟降低降雨径流峰值,缓解接纳水体以及其他基础设施的压力。它还能模拟大自然水循环,能够有效地去除雨水中的有害污染物,病菌及其其他重金属物质,进而保护地下水体不受污染,冲击等危害。它还能够减少不透水铺装面积的比例,降低城市热岛效应,吸碳固碳,净化空气,减少雾霾等,从而改变住宅区及城市环境微气候。
 
经济效益
 
典型的传统雨洪管理设施是快排为主要模式的硬质工程,例如路缘石、排水沟、管道等。基于海绵城市理念的应用设计通常利用自然方式去实现排水。成本方面,“海绵城市”的建设能减少铺设广场和车道的材料,也可减少道路边路缘石和排水沟建设量,因此减少了建设成本。另外,“海绵城市”应用能够使雨水下渗和蒸减少径流,可降低防洪设施建设成本。
 
社会效益
 
海绵城市的建设,能够符合我国国情,促进社会的可持续发展。首先,它能够解决城市住宅区的雨水管理和利用问题,使得城市住宅区的雨水资源得以利用,减少水资源消耗,也使城市内涝风险降到最低。其次,海绵城市的应用,主要以自然排水模式为主,借助了各种雨水景观设施,在解决雨水管理和利用问题的同时,也丰富了城市住宅区的景观层次。整体上来讲,海绵城市模式的应用对环境造成的影响要比传统快排模式要低得多。(图20)
海绵城市生态城区
图20 具有多重效益的海绵城市生态城区
 
结语
 
城市住宅区是城市的重要组成部分,海绵城市在城市住宅区设计的应用对解决城市住宅区雨水收集与利用问题,治理城市内涝风险有很大的意义。国内海绵城市在城市住宅区设计的应用还任重道远,本论文借鉴国内外研究经验,得出如下结论:
 
1)系统地指出了海绵城市在城市住宅区设计的应用体系
 
当前海绵城市在城市住宅区的应用零零散散,无系统的标准体系。本文系统地总结出了,海绵城市在城市住宅区的应用主要是通过不同功能的雨水景观设施来实现的,通过“收水蓄水-用水”系统化的应用体系将雨水将雨水收集和利用,将海绵城市与住宅区里建筑,道路,公共场所,绿地等各要素相互结合,通过绿色屋顶、透水铺装、植草沟、雨水花园等雨水景观设施能够应用于住宅区的方方面面,建设出生态自然的-海绵城市住宅区景观,秉着可持续原则,生态原则进行雨水利用和处理,为城市建设发展带来了很大的指导意义。
 
2)详细地提供了海绵城市的城市住宅区景观设计技术方法
 
通过文献查阅,案例分析及实地考察,本文从雨水收集,雨水蓄存及雨水利用三大部分,详细地介绍了各部分海绵城市在住宅区景观设计方法,让城市住宅区的雨水设计与景观紧密结合,在进行雨水收集,处理与利用的同时,也发挥其景观的美学价值和意义。既能够做到能改善城市住宅区景观的丰富性、层次性,也能够处理好城市住宅区的雨洪管理问题,为广大景观设计者提供了参考。
 
3)有力地分析了海绵城市在城市住宅区设计中的效益性
 
经过案例分析,可以清楚看到海绵城市在城市住宅区设计中的效益性。生态效益方面,“海绵城市”的收水设施能够在源头上减少雨水地表径流量,推迟降低降雨径流峰值,缓解接纳水体以及其他基础设施的压力,同时还能够调节微气候。经济效益方面,“海绵城市”的建设能减少铺设广场和车道的材料,也可减少道路边路缘石和排水沟建设量,因此减少了防洪设施建设成本。社会效益方面,海绵城市应用模式对环境造成的影响要比传统快排模式要低得多,在解决雨水管理和利用问题的同时,也丰富了城市住宅区的景观层次。

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