基于滨水绿地的雨水分质处理与景观设计方法
0 引言
目前,对于平原河网城市,建筑与小区的海绵城市系统设计时,建筑屋面和小区路面径流雨水一般通过有组织的汇流引入绿地内的低影响开发设施来实现雨水的下渗、净化,而滨水空间作为独立的单元仅考虑作为河道的普通绿地进行建设。采用该类做法主要存在两个问题:(1)屋面径流雨水水质明显优于路面,采用相同的技术措施不仅增加投资造价,而且由于设施规模偏大,制约景观设计的发挥,影响景观效果;(2)平原河网城市小区大多紧邻河道,具有充足的滨水绿地空间。这些滨水绿地空间没有服务周边不透水区域,不能发挥更大的生态效益。
本文以嘉兴市某新建小区(柳岸禾风一期)为例,将雨水处理融入景观设计,使滨水空间发挥生态效益的同时保留甚至超越原有的观赏性。
1 柳岸禾风项目介绍
1.1 项目概况
柳岸禾风一期住宅项目用地面积42 834.9m2,地块北侧为塘汇路、南侧为长纤塘北路、西侧为永政路、东侧为养正路,如图1所示。地块建筑密度为30%,绿地率为30%,三面临河,建筑地下室覆盖整个小区,地下室顶板覆土1.50m。室外平均标高为3.60m,滨水绿地平均标高为2.00m。
根据规划条件,本次工程海绵城市工程建设要求如表1所示。
“十三五”水专项课题对优化集成技术的要求如下:雨水径流中总氮削减率>20%,总磷削减率>15%,单位集雨(面积)的投资比现有项目降低20%。
1.2 雨水处理方式
小区内根据雨水水质情况分为两类处理方式:(1)屋面雨水通过管道直接进入末端滨水空间雨水塘或雨水花园进行集中调蓄净化后排河;(2)路面雨水经过源头低影响开发设施(植草浅沟和下沉式绿地)预处理后再通过管道进入滨水空间雨水塘或雨水花园进行二级处理。在末端雨水塘或雨水花园内合理设置生态驳岸标高,形成天然溢流通道,保证排水安全。具体技术路线如图2所示。海绵设施分布见图3。
该处理方式具有显著优点:(1)由于源头低影响开发设施对雨水径流具有一定的调蓄作用,实现屋面与道路雨水在管网内错峰排放,在末端设施内错峰净化,提高设施的净化效能;(2)由于充分利用了小区外部的滨水绿地空间,合理优化了小区内部的低影响开发设施规模,利于小区内景观设计与低影响开发设施融合,保证了景观效益;(3)较传统设计可减小设计管径与管长,节约建设成本,降低施工难度。设计可保障排水安全的同时减小暴雨对末端低影响开发设施冲击,让较为干净的溢流雨水直接排放,实现分质处理;(4)末端集中式低影响开发设施充分利用滨河绿化空间,能发挥滨水绿地空间最大的生态效益,将其整体打造成别具特色的景观节点。
1.3 设施工艺
1.3.1 植草浅沟
植草浅沟主要布置于消防登高面外侧、活动广场边侧以及小区东侧主道路西侧,主要消纳硬化地面范围内的雨水。具体做法如图4所示。
1.3.2 下沉式绿地
下沉式绿地位于小区消防登高面边侧,以及中心下沉空间。下沉式绿地平均下凹深度低于周边硬化面10cm,内设溢流雨水口。具体做法如图5。
1.3.3 透水停车位
小区内北侧沿街停车位均设计为生态停车场。停车位采用结构性透水车位,造价低,又能满足高绿化率和各种交通承载的双重要求。透水停车位主要消纳道路及自身范围内的雨水。具体做法如图6所示。
1.3.4 透水沥青
方案设计将小区东侧消防通道采用透水沥青路面。透水沥青路面可大大提高雨天行人舒适感,提升小区景观档次,降低雨水综合径流系数。设计具体做法如图7所示。
1.3.5 渗排水沟
渗排水沟主要位于主通道两侧。考虑到雨水渗透对路基影响,设计采用单面渗水,在砖砌排水沟一侧及底部进行开口,利用排水沟外部碎石进行储水与渗透。
1.3.6 东侧雨水塘
综合考虑竖向条件和空间条件,东侧选择末端雨水塘作为生态处理设施。通过前置塘、高低沼泽的设置形成雨水净化路径并延长雨水停留时间,将雨水逐步净化,从而达到提升水质的目的。具体做法如图8所示。
1.3.7 西侧雨水花园
雨水花园主要布置于小区西侧沿河绿化带内。雨水花园收纳小区内部雨水,雨水通过雨水管道引入。为增大储水容积,雨水花园底部进行换填。具体做法如图11所示。
2 景观设计
2.1 设计原则
(1)生态完整。设计始终要做到不破坏原有生态系统、不影响水体环境,要充分考虑生态适宜性、生态完整性。
(2)保证功能性。雨水引入滨水空间处理的同时,必须保证滨水空间原有的功能不缺失,如游憩功能、防洪功能和观赏功能。
2.2 景观设计
2.2.1 下沉式绿地
下沉式绿地位置大多结合景观下沉空间区域设置,其余结合广场边侧的设置,通过平缓的放坡将下沉式绿地和周边绿化竖向结合。由于景观视觉上均为开阔空间,故植物配置上仅选用草坪。
2.2.2 植草浅沟
植草浅沟布置方式主要是沿路流线型布置,浅沟设计为下渗型浅沟,排水通畅,保障了无患子、珊瑚朴、金桂等行道树的正常生长。植物配置上,沿用景观设计选择的植物种类,如金森女贞、金边黄杨和毛鹃等灌木,弱化浅沟边界的生硬感。
2.2.3 东侧末端雨水塘
(1)平面设计。将雨水塘处理工艺与微地形设计结合,通过起伏的地形增加竖向视觉的节奏变化。在起伏的地形中,自然地形成前置塘、高位沼泽和低位沼泽。并且,用微地形设计雨水塘边缘微微抬高,形成自然的溢流口,取代生硬的传统雨水溢流井。同时,为确保舒适和安全,绿地坡度不超过1∶3。
(2)种植设计。通过水生、湿生、陆生植物群落的组合设计,乔冠草结合的方式,形成多层次、交叉镶嵌、物种丰富的生态景观带,增强景观的异质性,提高抵抗外界破坏和干扰的能力,有利于生态系统的恢复和形成[1]。植物选择上选用色叶树种,例如海棠、紫薇等营造季相景观,同时选择根系发达、净化能力强的植物,如苦草、梭鱼草、再力花等,通过植物、土壤和微生物的共同作用,净化水质。
2.2.4 西侧末端雨水花园
(1)平面设计。通过亲水平台、园路、老年活动区和趣味儿童活动区等设施的设置保证滨水绿地的游憩功能。在蜿蜒的园路中穿插雨水花园,使之自然融入园路两侧的绿地中。综合考虑园路、雨水管、雨水花园和生态驳岸的标高,形成自小区内部到河道逐级下降的地形,保证观赏性的同时满足防洪功能。
(2)种植设计(见图10)。通过不同形态、不同高低的植物组合形成开合有序的空间,强化林缘线。沿园路选用色叶树种,如沙朴、鸡爪槭、垂丝海棠等营造季相景观,雨水花园内综合考虑成活率和净化能力,选择草坪、麦冬、鸢尾、毛鹃等植物。

图1 0 西侧雨水花园植物配置(以最南侧雨水花园为例)
Fig.10 Plant layout of the rain garden on the west side(taking the rain garden on the southmost side as an example)
3 雨水处理效益分析
3.1 水质模拟方法
本文水质模型模拟采用暴雨洪水管理模型(SWMM模型)。模型参数的选用如下:
(1)日平均蒸发量来自嘉兴市水文站提供的2005~2014年的每月日平均蒸发量数据,具体如表2所示。
(2)透水区填洼量3.8 mm,不透水区填洼量1.9mm(来自于嘉兴市模型校核结果)。
(3)霍顿方程参数最大下渗速率30 mm/h,最小下渗速率10mm/h,下渗速率衰减常数4h-1(来自于嘉兴市模型校核结果)。
(4)降雨采用嘉兴市水文站提供的2011~2015年、1min步长的连续降雨资料。
(5)累积冲刷参数来自于嘉兴市新建小区的模型模拟校核结果,参数取值位于区间,模型中采用中值,具体如表3所示。
(6)海绵设施的参数如表4所示。将末端雨水花园、雨水塘概化成调蓄设施,参数如表5所示。
3.2 年径流总量控制率
根据区块地形和雨水管网图,将研究区域概化为179个子汇水区,节点98个,排放口4个。
地块年径流总量控制率模拟结果如表6。
由模拟结果可知,地块总雨水排出量为43 414m3,其中经LID处理后盲管出流量为6 397m3,则实际未被控制的雨水排出量等于两者相减,为37 017m3,地块的年径流总量控制率等于86.77%,满足地块海绵建设目标(年径流总量控制率≥84.5%)要求。
3.3 径流系数
依据地块设计下垫面情况,径流系数依据《海绵城市建设技术指南-低影响开发雨水系统构建》取值,统计计算得到项目综合径流系数为0.50,计算如表7所示。满足海绵城市建设目标(综合径流系数≤0.50)要求。
3.4 污染物削减
实施海绵设施条件前后,地块污染物总排放量的计算结果如表8所示。
地块采用海绵城市设计后各污染物削减量如下:COD 748.4 kg/年;TN 14.8 kg/年;TP0.8kg/年。各污染物的削减率如下:COD 33.6%;TN 27.1%;TP 16.7%。模型模拟的污染物削减结果表明,设计方法满足课题要求,可产生很好的生态效益。
3.5 经济性评价
通过海绵系统工程投资和地块占地面积计算,柳岸禾风一期单位集雨(服务)面积投资额为106元/m2。据统计分析嘉兴市海绵城市试点建设时完成的数十个建筑与小区项目,15%<绿地率≤30%建筑与小区,当年径流总量控制率在75%~85%,单位集雨面积的平均造价为166元/m2。因此,本设计方法和未进行分质处理的传统技术方法相比,可节省约36%的建设成本,具有较好的经济优势。
4 结论与建议
基于滨水绿地的雨水分质处理能够在削减初期雨水径流污染、实现雨水的自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市建设理念的基础上,在对建筑与小区内道路与屋面径流雨水进行分质处理的同时,实现排水安全。
采用该方式具有显著的生态效益与经济效益。所以,对有条件将雨水接入滨水绿地空间的小区鼓励以源头低影响开发和生态末端调蓄相结合的方式来进行海绵城市雨水系统设计,在达到雨水外排总量削减的同时,实现雨水分质处理,同时兼顾景观效果。
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