海绵城市理念在居住区的应用——以济南雪山小区为例
0 引言
海绵城市理论科学指导下的景观设计可有效改善城市水环境、减少洪涝灾害及合理开发雨水资源,为人们创造宜居、健康的自然环境,实现人与自然和谐相处。
1 海绵城市理念的应用
1.1 居住区概述
居住区是指居民在城市中以群体聚居,形成规模不等的居住地段。因受公用设施合理服务半径、城市街道间距及居民行政管理体制等因素影响,居住区的合理规模一般为:人口3万~5万,户数10000~15000户,用地约50~100hm2
1.2 居住区海绵城市建设重要性
近年来,我国极端天气情况增多,许多省市遭遇强降雨,城市雨水管网压力过大,雨水未能及时排出,导致城市内涝发生。如何利用海绵城市设计理念提升居住区雨洪管理能力及环境舒适度,是当前景观设计领域的研究重点。
海绵城市建设可提高居住区绿地雨洪管理能力,收集场地内雨水用于灌溉,打造健康的场地水景观环境
海绵城市理念即运用低影响开发措施,包括透水铺装、下沉式绿地、雨水花园、绿色屋顶等,对雨水进行过滤、下渗、滞蓄与收集,并将多余雨水排入市政雨水管道(见图1,2)。
2 济南雪山小区海绵城市建设背景
2.1 区位
山东省济南市地处中纬度地带,位于东亚季风气候区,属于暖温带季风气候,四季分明,冬冷夏热,雨量集中。济南冬、夏季各5个月左右;春、秋季最短,皆不足2个月。三面环山的地形导致水汽及热空气回流聚集,不宜扩散,夏季降水较多。
项目处于济南市政府规划东部主发展轴沿线的雪山片区,与邻近的唐冶片区、新东站片区共同构成济南2018年城市更新的最热点板块,占地面积约32824.5m2(见图3)。
2.2 交通分析
项目所在位置紧邻东西铁路网点历城站与济南东站,横穿便捷的济广高速与京沪高速,既贯穿东西,又纵贯南北(见图4,5)。
3 济南雪山小区海绵城市建设措施
3.1 设计概况
园区总平面如图6所示。项目海绵建设设计内容包括:场地内径流分析,海绵城市相关设施设计,如下凹绿地、排水沟、路沿石开口、透水铺装、雨水收集和存储设施等(见图7)。
3.2 现状问题
1)场地土壤基本为黏土,渗透性较差,有下渗需求的区域需将原有土壤进行换填。
2)地下空间开发强度大,覆土较浅,低影响开发设施布置受限,且下渗雨水需在一定时间内排空。
3)地下管线众多,需根据实际情况进行避让。
3.3 场地径流分析
3.3.1 设计计算
径流系数Ψ参照GB 50014-2018《室外排水设计规范》和DB 11/685-2013《雨水控制与利用工程设计规范》进行加权平均计算。
Ψ=(Ψ绿地F绿地+Ψ屋面F屋面+Ψ透水铺装F透水铺装+Ψ不透水铺装F不透水铺装)/(F绿地+F屋面+F透水铺装+F不透水铺装)
其中,Ψ绿地为0.15;Ψ屋面为0.85;Ψ透水铺装为0.20;Ψ不透水铺装为0.85。
汇水面积F为32824.0m2,其中,F绿地为9847.2m2;F屋面为3692.3m2;F透水铺装为3857.0m2;F不透水铺装为15427.0m2。
经计算径流系数Ψ为0.56,设计调蓄容积V为551m3。
3.3.2 雨水调蓄方案
1)下沉式绿地根据场地汇水分区,下沉式绿地设置于相对低点绿地内,低于相邻绿地或硬质地面铺装150mm,调蓄容积根据汇水分区面积、径流系数、设计降雨量确定,下沉式绿地2808.90m2,调蓄容积486.26m3。
2)屋面雨水立管底部设置消能设施,保证建筑屋面雨水可直接排向建筑周边绿地,进入下凹绿地。
3)雨水收集池场地在南侧商业街的西南角设置1个蓄水模块,蓄水模块用于收集路面雨水,进行绿地浇灌及道路浇洒,雨水通过雨水主管进入蓄水模块,超标雨水以溢流形式排至雨水管网。
以上合计设计调蓄容积486.40m3,满足年径流总量控制率75%调蓄容积为486.26m3的要求。
3.4 场地径流路线设计
场地采用地上明排和绿地收集相结合的排水方式。场地整体地势北高南低,在场地内分别向南侧及东侧出口排水。雨水通过下层管道流向场地预埋的储水箱,等待回收利用。如果雨量过大,场地内的储水系统无法实现雨水滞留,多余雨水将溢流至城市管网,进入城市水循环系统。
1)园区南侧规划市政路高程与9,10号楼底商及场地内设计高程平均高差1~4m,由西向东至商业街广场转角处与市政道路找平。
2)园区西侧用地红线边界南北向与西侧现状绿地(确认代征与否)高程平均高差0~4m。
3)园区北侧展示区公园交付市政后,绿化坡地保留现状,用地红线边界(场地1,2号楼位置)与红线外围坡地平均高差约1~2m(见图8)。
3.5 海绵城市设计
3.5.1 居住区道路设计
海绵城市通过改变居住区道路被动的雨水处理方式,实现雨水收集与再利用,并满足道路交通通行需求。
项目中机动车道、非机动车道、人行道全部采用透水铺装,道路范围内可渗透消纳全部雨水,透水路面建议设计在车速低于30km/h的机动车道路上。
透水铺装能渗透雨水、减少地表径流、补给地下水、美化生活环境、减少河床侵蚀及促进污染物降解。透水铺装不含阻碍雨水下渗的材料,可允许雨水渗透至地下。研究表明,当透水铺装面积在整体硬化铺装中所占比例>50%时,硬质铺装地面对雨水径流的控制能力明显下降
项目中透水铺装共3244m2,利用透水性铺装将地表径流就地滞留渗透,其垫层结构相当于1个蓄水层,可实现短时雨水储蓄及初步过滤的作用。
场地内主次入口处考虑品质及消防要求,采用石材铺装,不设置透水铺装;场地主路面为沥青道路,考虑到消防车通行的承重问题,采用普通沥青,不设置透水铺装;其余宅间空间、景观节点、人行道、停车场及车行道等采用透水铺装,即透水砖;消防登高面处采用卡扣式透水花岗岩;停车场采用植草砖(见图9,10)。
1)卡扣式透水花岗岩属于缝隙式透水方式,8mmPE卡扣固定花岗岩留出透水缝隙,面层透水材料满足CJJ/T 188-2012《透水砖路面技术规程》要求,抗压强度平均值≥50.0MPa,单块最小值≥42.0MPa,抗折强度平均值≥6.0MPa,单块最小值≥5.0MPa(见图11)。
2)透水砖透水系数≥1×10-2cm/s;抗冻性满足50次冻融循环后抗压强度损失率≤20%,质量损失率≤5%。
3)基层透水混凝土主要技术指标满足DB22/JT168-2017《低影响开发雨水控制与利用工程技术规程》透水混凝土性能要求;透水系数≥0.5mm/s;抗冻性满足50次冻融循环后抗压强度损失率≤20%,质量损失率≤5%;强度等级满足抗压强度≥25MPa,抗弯强度≥2.5MPa。
4)底基层/垫层级配碎石满足《透水砖路面技术规程》要求。
5)路基根据《透水砖路面技术规程》,透水砖路面下的土基具有一定透水性,土壤透水系数≥1.0×10-3mm/s。
6)地质条件依据地勘报告,本项目土壤多为杂填土,渗透系数为5m/d(即5.79X10-5m/s),粉质黏土0.4m/d(即4.63X10-6m/s),满足渗透系数需要。
7)居住区公共场地路面可通过路缘石开口,将多余雨水溢出至绿地中,再通过溢流口将多余雨水排至市政雨水管道。路缘石开口可吸纳道路积水到旁边的生物滞留设施中(见图12,13)。
3.5.2 居住区绿地设计
海绵城市在绿地设计中的应用主要采用下凹绿地形式,场地下凹绿地3625m2。下凹绿地满足正常绿地的基本功能,可使雨水进入下凹绿地进行调蓄、下渗与净化,而非直接通过下水道排放,将其与超标雨水径流排放系统衔接,将未能及时消解的雨水径流通过管道排出场地,并将小区景观水体作为调蓄、净化、回收雨水的综合设施。
下凹绿地低于周边铺砌地面或道路,下凹深度宜为50~100mm,且≤200mm。下凹绿地距建筑最短距离1m,包括下凹绿地内增加溢流雨水口或不增加溢流雨水口2种形式。下凹绿地应设置溢流口(如雨水口),保证暴雨时径流的溢流排放,溢流口顶部标高100mm(见图14~16)。
由于项目造价控制在400元/m2左右,项目中的下凹绿地主要分布于相对隐蔽的宅间空间及节点隐蔽部位,周边用树木围合。绿地植物宜选用耐旱耐涝的乡土植物,以乔灌木结合为主;地下室顶板绿地宜有1m厚覆土(见图17)。
3.5.3 居住区蓄水模块设计
蓄水模块是海绵城市理念在居住区应用的重要环节(见图18)。
1)渗透及排空时间雨水调蓄模块为辅助入渗式,外包透水土工布200g/m2,设计最大雨水排空时间为24h。
2)HDPE模块蓄水池由若干模块基本构件组合而成,每2个模块基本构件通过凹凸槽口承插对接拼装组成1个蓄水单元,每个蓄水单元内部为镂空结构。
3)HDPE模块蓄水池平面基本为方形、矩形,也可根据情况组合成其他形状,水池每个边长及高度均为600mm的整数倍。
4)塑料模块材质选用HDPE。
3.5.4 居住区种植设计
合理选择和配置植物是海绵城市系统长期运转的关键。下凹绿地需满足蓄水及下渗功能,对植物有一定要求,宜选择耐水淹、根系发达、易排水、低维护、有一定抗干旱能力及景观效果的植物,如朴树、国槐和榉树。植物选择应遵循以下原则。
1)适地适树根据项目实际情况及周边环境选择适当的植物品种,如考虑项目所在地、土质类型、降水量与气候等因素。
2)优选乡土树种乡土树种适应能力强、稳定性强,易形成生态群落,后期养护成本低。
3)海绵城市理念结合雨水花园系统有针对性地选择耐淹、耐旱、抗逆性强的植物品种。
4)植物品种多样性结合景观园林美学与艺术性,运用植物特有属性,合理科学地配置植物。
项目设计采用连翘、狼尾草、鸢尾等植物,活动场地及道路周边种植乔、灌木,考虑造价因素,绿地中间种植草坪为下凹绿地,隐蔽于乔木中。
4 结语
济南雪山小区海绵实践从居住区场地出发,分析雨水径流数据,在道路、绿地、蓄水模块及种植设计中进行合理规划,提高居住区雨洪管理能力,对我国其他城市居住区的海绵建设具有借鉴意义。
[2]王佳.基于低影响开发的场地景观规划设计方法研究[D].北京:北京建筑大学,2013.
[3]严立军.基于LID的雨水径流管理初探[D].重庆:西南大学,2012.