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国内外海绵城市建设现状及应用

发布时间:2018-2-25 7:55:22   点击数:

到年底,镇江22平方公里试点区全面完成海绵城市建设项目,年径流总量控制率达75%以上,排水防涝标准达到有效应对30年一遇降雨,面源污染削减率达60%。

截止年9月,南宁市已出台一系列配套政策,促进海绵城市建设,并划定总面积54.6平方公里的海绵城市建设示范区。

年7月8日,武汉市水务局公布了《武汉市海绵城市规划设计导则(试行)》。按照要求,人行道和非机动车道将有相当路宽2%的坡度,机动车道则会有1.5%的倾斜,让道路快速导流不易积水。

美国波特兰雨洪管理系统,应用了前期的截留技术、中期的促渗技术以及后期的调蓄技术,该雨洪管控系统可以有效抵御25年一遇(24h)的暴雨,表面渗透系统可以抵御10年一遇(24h)的暴雨。

德国建设规划导则规定,在建设项目的用地规划中,要确保雨水下渗用地,并通过法规进一步落实。斯图加特附件的沙恩豪斯居住区的雨水收集、净化、入渗、利用率达到了95%,大大缓解了城市的排水设施压力,同时也回补了地下水。

近年来,日本的雨水资源化利用的法律、技术和管理体系逐渐完善。日本对雨水利用实行补助金制度。日本“东京外围排水系统”能将从五个蓄水坑流来的大量雨水“吞入肚中”,或者备用,或者用飞机引擎改装的抽水泵,排入附近的江户河。

从欧美国家低影响开发的实践看,非机动车道和人行道均采用透水铺装,雨水渗入土壤,以达到避免路面积水、调节道路表面的温度和湿度、涵养地下水分等目的。透水人行道则要求土基应具有一定的渗透性能,土的渗透系数不小于1.0×10-3mm/s,且渗透面距离地下水位应大于1m。

石米地毯和沙基透水砖是近年来出现的透水性新材料。其中沙基透水砖也被成为“生态砂基透水砖”,其通过破坏水的表张力来形成其透水性,避免了多孔结构易受堵塞而影响透水性的弊端。

城市中的各类绿地、公园、广场等土地资源均可作为良好的雨水滞蓄空间;地面坡向、空间布局等满足行泄暴雨条件的场地,可作为地表排放通道;地下空间充裕而地上条件有限的地区,可建大型下深渠协助雨水排放。

表1雨水管理措施对土地的需求体现

典型雨水管理措施

土地的海绵功能

土地的空间形式

渗吸

积蓄

缓释

净化

地上

地下

绿色

下沉式绿地

雨水花园

渗透塘

调节塘

雨水湿地

植草沟

植被缓和带

灰色

调节池

渗管/渠

调节隧道

多功能调粪池

注:●—强☉—较强○—弱或无

总言之,消纳雨水原本就是土地自然功能属性的一部分,快速城市化发展导致二者之间的平衡关系被打破,更加突出雨水管理的重要性及其对土地的依赖性。

国内主要海绵城市建设现状及应用

年4月,财政部、住建部、水利部联合发文,公布了首批包括重庆、湖北武汉、福建厦门、陕西西咸新区、江苏镇江、吉林白城等16个城市的海绵城市建设试点名单。自此,海绵型城市建设工作正式在国内开兴起。

1.镇江

(1)建设现状

截至年5月,镇江因地制宜已做成十几公里生态道路。新路都按上述标准建造,对老路则进行改造。建生态道路比起原来的扩建管廊,投资节约30%—60%。到年底,镇江22平方公里试点区全面完成海绵城市建设项目,年径流总量控制率达75%以上,排水防涝标准达到有效应对30年一遇降雨,面源污染削减率达到60%。

(2)应用案例

镇江排水管理处处长胡坚表示,看似普通,实则植草沟下暗藏玄机,路面下,采用了透水铺装、下凹式绿地、雨水花园、雨水罐等低影响开发措施。胡坚说,雨水会通过路牙开口进入植草沟,下渗进入透水盲管,然后通过雨水过街管排入河道水系,超渗雨水通过雨水花园内的溢流井进入雨水管然后排入河道水系。排水、蓄水、净化,既排涝,又排污,一举多得。

图1镇江金山湖路项目改造现场

2.南宁

(1)政策及规划

截至年9月,南宁市已出台《中共南宁市委南宁市人民政府关于全面推进海绵城市建设的决定》和《南宁市海绵城市规划建设管理暂行办法》,作为海绵城市建设的政策保障,正在编制《南宁市既有建筑小区海绵化改造奖励补助办法》《南宁市海绵城市建设财政补助奖励资金管理暂行办法》等一系列配套政策文件。

下一步,南宁市将继续梳理需出台的其他海绵城市建设配套政策,尽快完成编制工作,以保证海绵城市建设各个具体项目的有序推进。

(2)应用案例

据了解,南宁市海绵城市建设示范区,总面积54.6平方公里,北起三塘环城高速,南至新平路-玉洞大道,中间经过东葛路沿线、民族大道沿线、邕江两岸、五象新区核心区。

图2“会呼吸的地面”

3.武汉

(1)政策及规划

年7月8日,武汉市水务局公布了《武汉市海绵城市规划设计导则(试行)》。按照要求,人行道和非机动车道将有相当路宽2%的坡度,机动车道则会有1.5%的倾斜。道路地势低的一侧设置有绿地、溢流井、排水管等设备,让道路快速导流不易积水。

(2)应用案例

年至年三年为武汉打造海绵城市试点期,实施项目包括居住小区、公共建筑、公园绿地和道路海绵性改造,排水管渠泵站建设、城市水系生态修复及监测评估平台建设七大块内容,总计划投资.9亿元。

图3排水建设改造图

国外主要海绵城市建设现状及应用

由于雨水管理系统具有多种多样的组成类型、丰富的技术方法和发展体系,研究国外海绵城市管理体系对我国雨水管理系统及海绵城市的发展具有借鉴意义,其高效、生态、和谐的模式将为我国海绵城市的发展提供帮助并提供较为具体的指导性建议。

1.美国

美国的城市雨水管理总体上经历了排放、水量控制、水质控制、生态保护等阶段,雨水管理理念和技术重点逐渐向低影响开发(LID)源头控制转变,逐步构建污染防治与总量削减相结合的多目标控制和管理体系。

(1)政策及规划

美国国会积极立法保障雨水的调蓄及利用。在联邦法律基础上,各州相继制定了《雨水利用条例》,保证雨水的资源化利用。同时,美国联邦和各州还通过总税收控制、发行义务债券、联邦和州给予补贴与贷款等一系列的经济手段来鼓励雨水的合理处理及资源化利用。

目前,美国的一些城市规划专家正在研究在干旱地区重新进行规划,打造海绵城市。

(2)应用案例

美国俄勒冈州的波特兰市政府通过划定城市增长边界来限制城市的无限扩张,尤其在城市改造的过程中,运用了大量低影响开发技术,在道路旁设置生态植草沟及绿色停车场等,而街道则以可渗透铺装和绿色街道为主。

图4波特兰城市绿色街道系统

波特兰雨洪管理系统应用了前期的截留技术、中期的促渗技术以及后期的调蓄技术,形成了完整的绿色基础设施系统。经计算,该雨洪管控系统可以有效抵御25年一遇(24h)的暴雨,表面渗透系统可以抵御10年一遇(24h)的暴雨。同时,系统的低影响开发技术可以滞纳、净化并蓄渗区域内90%的地表径流和其中70%的悬浮固体,在极大地回补了地下水的同时,净化了排入河流的雨水径流,减轻河流的排水和净化压力。

2.德国

在德国,虽各州的具体落实方式不同,但都规定:除了特定情况外,降水不能排放到公共管网中;新建项目的业主必须对雨水进行处置和利用。

(1)政策及规划

为了加强城市“绿色基础”建设,德国联邦环境部前不久刚出版了一份关于城市绿地建设的绿皮书,旨在讨论德国未来城市绿地建设的远景规划。到年,德国政府还准备出台一部白皮书,详细介绍城市绿地建设的具体措施。

德国建设规划导则规定:“在建设项目的用地规划中,要确保雨水下渗用地,并通过法规进一步落实。”

(2)应用案例

沙恩豪斯社区(ScharnhauserPark)位于斯图加特附近的奥斯菲尔敦(Ostfildern),在其规划、设计和建造过程中运用了大量的节能建筑、可再生能源、雨洪管理、开放空间多功能利用等低影响开发技术。其中,雨洪管控系统分为3个等级,建筑屋面、道路的雨水径流首先进入一级组团生态设施,包括生态沟、雨水花园;各个组团间的雨水通过大型生态沟进入二级处理设施多功能蓄渗池、小型景观湿地,最终再进入三级中型湖泊湿地。通过系统的规划设计,沙恩豪斯居住区的雨水收集、净化、入渗、利用率达到了95%,大大缓解了城市的排水设施压力,同时也回补了地下水。

图5德国沙恩豪斯社区雨水管控模式示意图

3.日本

早在年日本建设省就开始推行雨水贮留渗透计划,近年来随着雨水渗透设施的推广和应用,带动了相关领域内的雨水资源化利用的法律、技术和管理体系逐渐完善。

(1)政策及规划

日本对雨水利用实行补助金制度,各个地区和城市的补助政策不一。例如东京都墨田区年开始建立促进雨水利用补助金制度,对地下储雨装置、中型储雨装置和小型储雨装置给予一定的补助,水池每立方米补40-美元,雨水净化器补1/3-2/3的设备价,以此促进雨水利用技术的应用以及雨水资源化。

(2)应用案例

目前,东京这一有着1,万人口的超级大城市应对集中暴雨的“法宝”是“下水道+地下蓄水池”。急降暴雨时,这些巨大蓄水池能很快“吞掉”大量的雨水,位于东京江东区的一个大型蓄水池一次可存储2.5万吨的雨水。地下蓄水池的存在,有效减少了地面被淹的几率。

图6东京城市地下蓄水池图

“东京外围排水系统”的排水模式与市内蓄水池异曲同工,只不过规模比后者更为巨大。其中最为壮观的是有“地下神殿”之称的“调压水槽”,该设施也供蓄水之用,59根巨型大柱子,撑起一个巨大的地下空间。面积达13,平方米,长米,宽78米,高18米。“调压水槽”能将从五个蓄水坑流来的大量雨水“吞入肚中”,或者备用,或者用飞机引擎改装的抽水泵,排入附近的江户河。

对海绵城市道路设计的设想

1.机动车道和公交专用道

采用透水铺装路面时,为避免雨水浸入路基,影响道路强度,在路面结构的基层和中下面层采用非透水性材料,在上面层采用透水沥青混凝土,雨水进入透水沥青混凝土面层结构的内部,从不透水顶面沿横坡排至盲沟或路侧分隔带中,若与人行道相接时,在基层埋设排水管,纵向收集雨水,每隔一段距离排至雨水检查井内。

关于基层质量的关键有两个:①选用级配良好的骨料,若仅用于行人荷载的道路或广场时,基层材料可以不级配,但要注意控制含土量,防止遇水后失稳。②施工时要仔细压实,不少于重型压实标准的93%~96%。基层结构做法可参考下表。

表2阶层结构做法表

适用类型

人行道、广场

(无汽车荷载))

偶有小型客货车通行的广场或小型停车场

(轴荷不大于3t)

街巷、支路

(轴载不大于6t)

建议基层结构做法

(厚度mm)

①-厚天然砂砾

②-厚工业废渣

③-厚级配碎(砾)石

①-厚天然砂砾或工业废渣,厚碎(砾)石

②-厚级配碎(砾)石

③-厚填隙碎石,厚天然砂砾或工业废渣

①-厚天然砂砾或工业废渣,-厚级配碎(砾)石

②-厚级配碎(砾)石(双层)

③-厚天然砂砾或工业废渣-厚填隙碎石

重型压实度

93%

96%

96%

2.非机动车道和人行道

非机动车道和人行道采用透水铺装,雨水渗入土壤,以达到避免路面积水、调节道路表面的温度和湿度、涵养地下水分等目的。对于透水能力较差的土壤,应该在基层内设施排水管。透水非机动车道和人行道的路拱横坡为1.0%-2.0%,视透水情况而定。非机动车道和人行道纵坡宜小于2.5%。

图7非机动车道与人行道透水铺装图

路缘石作为城市道路边缘排水设施,平缘石的标高与周围地表齐平,雨水径流通过地表漫流分散地流入绿地或集中流入雨水口,如下图所示;立缘石的标高大于周围地表,雨水一般通过漫流集中流向雨水口。立缘石既够有效地将机动车、非机动车和行人分隔开,但不能使路面雨水快速进入绿化带。

图8平缘石绿化带衔接设计图

图9豁口立缘石与绿化带衔接设计图

3.停车场

路外停车场场地大部分是露天的大面积场地,雨水径流量较大,地面容易积水、湿滑,排水是一个难题。采用低影响开发(LowImpactDevelopment,LID)设施可以有效的缓解、甚至解决场地的排水问题。

图10路外停车场的LID设施组合优化设计

对于居住区、商业区或老城区等较窄的城市支路,交通量小,机动车辆少,道路荷载较小,可采用透水沥青混凝土铺装路面,并结合LID路缘石和雨水井,将路面的径流雨水排入绿化设施或雨水管网中。

图11路上停车场设计

注:截污雨水口是指不改变传统雨水口的结构,在现有雨水口中增设截污装置、以截留雨水口污染物为目的。

图12德国雨水口截污挂篮示意图

4.人行道路面

人行道路面结构传统的做法是采用水泥砂浆预制砖和花岗岩道板等密封型人行道铺装材料。优化后,人行道采用新型透水性铺装材料以代替传统的铺装方法。选择透水性铺装材料能有效减少城市的地热效应,具有透水透气散热功能,使土壤保持通透,有利于生态绿化,使城市更接近于自然。雨水可以透过结构层而深入地下,达到滞蓄目的。透水人行道要求土基应具有一定的渗透性能,土的渗透系数不小于1.0×10-3mm/s,且渗透面距离地下水位应大于1m。

图13人行道透水铺装结构层

5.道路横断面设计

城市道路传统设计方式是将车行道按1.5%-2%横坡向外倾斜排水至道路雨水篦子后汇入雨水管系统,绿化带用道路侧石做成高于车行道的凸起形式。优化后路面横坡坡向分隔带,路面雨水通过道路横坡排入下凹式分隔带,浅层土壤饱和后多余雨水通过篦子雨水收水井(高出绿地50-mm)进入雨水主管内。雨水主管可以设渗井,收集的雨水通过渗井下渗进入深层通过滞渗补充地下水。

图14道路与城市水系的LID设施衔接概念设计图

6.高架桥、立交桥

在高架、立交的桥面设置绿化带,减缓桥面径流的产生;在桥底采用下沉式绿地、雨水花园、植被缓冲带等渗透、净化源头技术设施;在高架桥和立交桥周边的采用调节塘、湿塘或雨水湿地等末端技术设施,最终排入城市水体。

图15高架、立交桥与LID设施衔接设计图

材料的选择及应用

1.排水管材选择

通过选取HDPE双平壁钢塑复合管与钢筋混凝土管、玻璃钢夹砂管对其各项性能特点进行比较,如下表。

表3管材方案对比表

管材

项目

HDPE双平壁钢塑复合管

钢筋混凝土管

玻璃钢夹砂管

水力特性

内壁光滑,输送阻力小

内壁粗糙,输送阻力大

内壁光滑,输送阻力小

耐腐蚀性

较好

重量

较轻

施工

方便快捷

较慢

较慢

柔韧性

较差

连接方式

简单可靠

不可靠

较复杂

使用寿命

回填要求

较高

工程造价

较高

较高

2.基层材料的选择

石灰要求:石灰质量应符合《公路路面基层施工技术规范》(JTJ-0)中规定的Ш级以上的生石灰或者消石灰的技术指标。

粉煤灰要求:粉煤灰质量应符合《公路路面基层施工技术规范》(JTJ-0)的要求,A12O3+SiO2+FE2O3含量不小于70%,oC烧失量不大于10%,比细度应满足90%通过0.3mm筛孔,70%通过0.mm筛孔,表面积大于cm2/g。

碎石要求:碎石采用级配石灰岩碎石,碎石的压碎值不大于30%。

3.透水砖的选择

石米地毯和沙基透水砖是近年来出现的透水性新材料。其中沙基透水砖也被成为“生态砂基透水砖”,其通过破坏水的表张力来形成其透水性,避免了多孔结构易受堵塞而影响透水性的弊端,其在世博会、奥运村的建设中都有使用。石米地毯更为生态,以多纤维树脂粘合天然卵石形成透水性铺装,其景观效果丰富且维护成本低。

参考文献

[1]张晶晶等.海绵城市建设中雨水管理的土地问题[C].第十一届国际绿色建筑与建筑节能大会暨新技术与产品博览会论文集——S17绿色生态城区—背景与发展,(3)

[2]新华报业网,专家聚首镇江探讨:如何打造“海绵城市”[EB/OL].(-05-06).







































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