网站地图 原创论文网,覆盖经济,法律,医学,建筑,艺术等800余专业,提供60万篇论文资料免费参考
主要服务:论文发表、论文修改服务,覆盖专业有:经济、法律、体育、建筑、土木、管理、英语、艺术、计算机、生物、通讯、社会、文学、农业、企业

民用建筑设计中海绵城市理念的运用

来源:原创论文网 添加时间:2020-08-27

  摘    要: 为解决我国水资源短缺、水污染及城市内涝等问题,从海绵城市理念出发,通过对海绵城市建设背景以及LID(低影响开发)技术的分析,详细阐述了透水铺装、下沉式绿地、屋面绿化、渗透塘、雨水花园等海绵城市LID技术在民用建筑建设中的应用,解决了城市内涝、热岛效应等问题,同时对节约用水、缓解排水压力也有很大的作用。

  关键词: 海绵城市; 民用建筑; 给排水; 低影响开发;

  Abstract: In order to solve the problems of water resource shortage, water pollution and urban waterlogging of China, by analyzing the construction background and low impact development(LID)technology of sponge city from the sponge city concept, the application of sponge city LID technologies of permeable paving, sunken green space, roof greening, permeating pond and rainwater garden in the construction of civil architecture is expounded in detail, which can solve the problems of urban waterlogging and heat island effect, and be also of great importance to save the water and relieve the drainage pressure.

  Keyword: sponge city; civil architecture; water supply and drainage; low impact development(LID);

  1 、海绵城市产生的背景

  1.1 、水资源短缺问题

  我国是一个水资源短缺的国家,人均水资源量仅为世界平均水平的1/4,人均降水量649 mm,而且时空分布不均衡,南多北少,东多西少。降水季节过于集中,每年汛期连续4个月的降水量占全年的60%~80%,容易形成春旱夏涝,造成江河特大洪水和严重枯水。大量降水得不到利用,使得可利用水资源总量大大减少。

  1.2、 水污染严重

  我国水资源一方面严重短缺,一方面却污染严重。水生态功能退化严重,水系之间缺乏沟通循环,导致水体自净能力下降,也是水环境恶化的重要因素。

  全国农业灌溉用水的利用系数平均为0.45左右,而欧美国家为0.7。工业方面,我国万元产值用水量为103 m3,而美国是8 m3。我国工业用水重复利用率仅为55%,而发达国家平均为75%~85%。

  我国地表水及地下水水体污染严重,点污染不断加剧,面污染源日渐突出,水污染加剧的态势尚未得到有效遏制。

  1.3 、地下水位下降,地面下沉

  近二十年来,我国城镇化发展速度非常快,高楼大厦如雨后春笋,全国大中型城市好像盖了一层钢筋混凝土的“被子”,几乎看不到土壤。雨水降落到水泥地、柏油路等硬化地面后几乎都白白地从雨水管网流走。这不仅不能对本地的地下水进行有效补充,引起地下水水位的下降,导致许多城市出现地面沉陷,而且,短时间内大量雨水涌入河流、溪流还常常给下游地区带来洪涝灾害。
 

民用建筑设计中海绵城市理念的运用
 

  1.4 、城市内涝问题

  由于地面均大量采用水泥混凝土等灰色地面,破坏了雨水的自然渗透、截留通道,雨水渗透能力下降,地表径流流量增大,加重了城市排水系统的负担,给本来就孱弱的城市排水系统造成巨大压力。再者,城市建设只注重地面建设,不注重地下管线建设,排水管网与雨水泵站建设不完善,又疏于地下管线的维护,导致地下管道堵塞,排水能力下降,梅雨季节内涝频繁发生。

  1.5、 热岛效应问题

  由于城市高楼鳞次栉比,绿化少,道路全是比热小的混凝土或沥青柏油,热量散发不出去,集中在城市地面以上部分,就会产生热岛效应,如果此时风速小于6 m/s,热岛效应就非常明显。

  可以通过延长暴雨的径流时间或就地蓄水来缓解城市的热岛效应。水的比热大,吸收热量比混凝土、沥青多,滞水路面在降雨后可产生降温效应。为了延长这种效应,在降雨结束后,利用地下蓄水池中存储的水在路面内进行水循环,以此降低路面温度。

  2 、海绵城市技术———美国低影响开发(LID)简介

  美国采用低影响开发理念(Low Impact Development,LID),是20世纪90年代由美国马里兰州的乔治王子郡、西雅图市和波特兰市共同提出的一种新的暴雨管理及利用思维理念,提出通过源头分散、控制径流总量和污染物总负荷的工程技术手段,维持开发地块的雨水径流总量不超过开发前的雨水径流总量的开发理念。通过小型或低成本的绿色生态技术实现雨水径流的控制,同时通过雨水在生态自然渗透以及植物根系吸收的作用,消减城市面污染源[1]。

  LID技术就是通过收集、输送、渗透、截污和净化技术来控制雨水径流,然后进行净化储存再利用的全过程。主要技术措施包括结构性措施和非结构性措施。结构性措施包括透水铺装、生物滞留系统、植草沟等;非结构性措施包括替代性道路设计、构筑物封闭性区域面积和污染数量减少,以及公共意识加强等。

  3、 LID在民用建筑设计中的应用

  民用建筑的土地开发是城市主要的用地方式,开发过程中应尽量减少对城市环境的影响。下面就LID渗透、输送及储存净化技术在民用建筑建设中的应用进行详细分析。

  3.1 、渗透技术

  3.1.1、 透水铺装

  透水铺装,是采用透水沥青、透水混凝土、透水砖、植草砖、鹅卵石、碎石等进行铺装,使得雨水下渗,既可以大大降低雨水径流总量,又可以补充地下水,降低给水系统的压力。透水铺装率=透水铺装面积/硬质路面总面积。透水铺装适用于小区车行道路、人行道路、停车位以及小区广场。

  透水铺装时,铺装面层孔隙率不小于20%,透水基层孔隙率不小于30%,透水铺装结构应满足相应的承载压力,特别是在车行道上铺装时尤其要重视。在地下车库顶进行铺装时,车库顶覆土厚度应不小于600 mm,而且下层应设置渗透管,及时排除渗透下来的雨水径流。

  小区内车行道采用透水沥青混凝土路面。由于雨水下渗,会对路基稳定性产生影响,所以要结合地质条件进行选择性设计。为了尽量减小下渗雨水对路基产生的影响,应采取路基内敷设排水管,道路与邻近的海绵设施之间用防水土工布隔开等措施。

  小区人行道由于承载力较小,一般采用透水混凝土、透水地砖、鹅卵石等进行铺设。透水砖铺装应满足降水26.8 mm时不产生地面径流。

  停车场选用有孔混凝土砖,在砖孔中填土种草,不仅透水性好,而且增加小区的绿化率。地面具有绿化功能,变成了会呼吸的路面,雨水经过收集系统处理后可加以利用。这些雨水就近排入地下雨水蓄水隧道,统一进入地下蓄水调节池。

  小区公共广场采用透水保水砌块铺装。这种砌块上设有多个带有小孔的存水盒,砌块下安装喷水陶瓷管道,降落在广场上的雨水被收集在边沟中,存储在广场下的蓄水池中。在干燥时期,雨水在一天中的不同时刻会自动过滤并泵送到保水砌块中,使水能够渗透整个保水砌块。通过对多个系统的观察发现,与传统的混凝土路面相比,这种保水路面能使地表温度下降13~19℃,可大大缓解高度城市化地区的热岛效应。

  小区公园和小广场等一些需要选用实心砖铺设的地方,砖与砖之间留出空隙,确保野草能够在空隙中的泥土里生长,这样可以增加绿化面积。小区的主干道也可以用有孔砖加碎石来铺设,即在带孔的地砖孔中撒入碎石,既可确保车辆正常行驶,又可使雨水顺利渗透。

  对于无法设计成透水性路面,道路标高宜高于两侧的绿化带,而且道路宜有坡度坡向绿化带,车行道宜两侧坡向绿化带。

  3.1.2、 下沉式绿地

  透水铺装是采用石块、混凝土缝隙来进行渗透雨水径流,而下沉式绿地是通过土壤以及植物根系运动来减少雨水径流外排,土壤的渗透性决定着土壤对雨水的调节能力。水在土壤中的运动就是土壤的渗透性,所谓土壤渗透性就是“土壤的透水性”。土壤中的水有三大类:一类以结晶水形式附着于土壤颗粒,即毛细管水;一类为吸着水,即吸湿水或薄膜水;一类为自由水,即重力水。

  一般土壤渗透分三个阶段(见图1):第一阶段是通过分子力作用下的渗润阶段;第二阶段是通过毛细管力作用下的渗漏阶段;第三阶段是通过重力作用下的渗透阶段。

  图1 土壤渗透三个阶段
图1 土壤渗透三个阶段

  水在土壤中的运动驱动力主要有含水量梯度、空气压力梯度、水力压头梯度、位置差梯度、基质吸力梯度等。在非饱和土壤中,在不考虑气体压力势调剂下,其总势能由重力势与基质势构成:

  式中:φ为下渗容量,cm/h;φm为基质势,N·m;z为位置水头,即重力势,N·m。

  影响土壤渗透的因数有土壤容重、孔隙率、有机质以及土壤团聚体稳定性。团聚体分形维数D根据团聚体颗粒的质量分布描述颗粒组成状况,有利于定量描述土壤结构特征的复杂性。团聚体分维值小,表明较大粒级的水稳性(指土壤在水的浸泡下不会立即散开的性质)团聚体数量多,土壤具有良好的结构和良好的稳定性。

  实验测定,有草皮的土壤的渗透率比相同条件下的裸露土壤大20%左右;实验同时证明,在草坪中栽某些灌木比单纯草坪渗透系数大15%左右,渗透速率可达到10-5m/s。为了增加土壤的渗透率,可以种植草坪、百喜草、金银木、黄杨和连翘等植物[4]。

  下沉式绿地有广义和狭义之分:狭义的下沉式绿地,指低于周边道路或地面200 mm的绿地,一般设置在道路中央或两侧;广义的下沉式绿地,泛指具有一定调蓄容积并可蓄滞和净化径流雨水的绿地,包括生物滞留设施、湿地、渗透塘、湿塘、调节塘等。实验研究证明,下沉式绿地对COD、NH3-N及TP去除效果最佳。

  广义的下沉式绿地可以代替传统排水管道,它可以汇集地面雨水径流,并通过渗透、滞留、吸附等作用削弱雨水径流总量,补充地下水,同时对去除降雨初期的污染、降噪减尘、调节城市气候、遏制城市热岛效应等环境问题都有一定作用。

  狭义的下沉式绿地是一种简单的雨水渗透设施,分为下沉式机非隔离带和下沉式树池带。设计时应注意绿地蓄水时间和蓄水深度。蓄水深度不能淹没植物,蓄水时间不能过长,以免影响植物的生长。为确保雨水能够顺利进入下沉式绿地,需要合理设计下沉式绿地与周边铺装、雨水口的竖向衔接方式。雨水溢流口高程应大于绿地高程,但应小于路面高程。

  3.1.3、 屋面绿化

  屋面是城市建筑的雨水汇集场所,是雨水径流的重要场所。据统计,城市中屋面的面积一般相当于整个城市硬质表面的30%左右,因此屋顶绿化是雨水管理的另一个重要组成部分。通过屋面绿化设计可以处理和保留屋面雨水径流总量的60%~100%,大大降低夏日暴雨径流对城市排水系统的冲击。绿色植物不仅能够承接消纳雨水径流,而且还能在干旱期间适当排水,完成水资源的吞吐,提高水资源的利用率。不仅如此,屋顶花园大量的植物可以净化空气,减轻热岛效应;绿化屋顶可以在夏季和冬季调节屋顶的温度,节省能源。另外,绿化屋顶还保护了屋顶的防水层,从而延长整个建筑物的寿命。欧洲在这方面走在世界前沿,特别是德国,屋顶绿化占新建屋面的40%以上。

  3.2、 输送技术

  3.2.1、 植草沟

  植草沟一般设置在绿化带内,深度一般为0.3 m。植草沟可以将绿化带内的雨水收集后汇入雨水花园进行消纳。同时,考虑周边用地内的雨水部分外排,进入雨水花园进行渗蓄,补充地下水。

  3.2.2 、生态滤沟

  生态滤沟分为传输区和生物滞留区,设在小区主干路两侧,收集消纳及净化雨水。生态滤沟的结构(从下到上)为砾石层+中粗砂、填料层、种植土层和蓄水层。对于径流系数大的地方,为了防止生态滤沟床底被侵蚀,考虑在底部砾石层和砂层周边放置石块和卵石。为了布水均匀,在生态滤沟内横向设置挡水土埂,可以代替主干路上的雨水排水管道。为了防止雨水进入绿化带与路面结构层缝隙,在进水口处设置挡土墙及拦污槽,拦截雨水中夹带的树叶、垃圾等,同时也起到布水均匀作用。

  3.3、 净化技术

  渗透塘或湿地,是通过生态系统中的基质、水生生物、微生物三者之间的物理、化学和生物三重协同作用来实现对污染水体的净化。该技术是针对较大范围的雨水径流的一种调蓄、净化技术,暴雨发生时发挥调蓄功能,实现土地资源的多功能利用。该技术在大型社区应用非常广泛。

  基质不仅为植物生长、微生物附着提供适宜条件,而且为各种化合物和复杂离子提供反应接口,自身还通过拦截、吸附、吸收等功能实现水质净化。水生生物分漂浮植物、沉水植物和挺水植物,它们能在氮、磷浓度较高的水质中生长,对COD和SS有较强的去除效果。漂浮植物主要有浮萍、风信子、凤眼莲、睡莲等,其中凤眼莲是去除氮、磷最佳的浮游生物。人工湿地中的微生物包括细菌、真菌和放线菌:细菌能使复杂有机物转化为可供植物和微生物利用的无机化合物;真菌一般生长在死亡或腐烂的植物上,能引起纤维素、木质素、果胶等分解,产生的大部分碳源和营养物质能被植物所利用;放线菌是有机污染物最佳微生物,而且它还能形成抗生物质,维持湿地生物群落的动态平衡。

  渗透塘的设计参数:(1)渗透塘边坡一般不大于1∶3,塘底到溢流水位一般不小于0.6 m;(2)渗透塘底部构造一般为200~300 mm的种植土、透水土工布及300~500 mm过滤介质层;(3)透水土工布搭接宽度不应小于200 mm,滤料层应为洗净的碎石、砾石等材料,不应含有杂土。(4)调节池容积按V=10ψhF公式计算(式中:ψ为径流系数;h为降雨深度;F为汇水面积)。

  4 、结论

  (1)海绵城市的建设有助于提高城市给排水系统的整体运行效率,可大大降低城市排水系统的压力。

  (2)通过海绵城市的建设,城市年径流总量控制在80%,对应的设计降雨量为25.5 mm,有效延迟径流峰值,减轻雨水管网与雨水泵站压力,消除城市内涝。

  (3)民用建筑小区或公共建筑,通过下沉式绿地、雨水花园、植草沟、屋面绿化等设施建设,可以增加民用建筑小区或公共建筑的绿化率,消纳部分雨水径流,并对地下水进行补充,也对削弱区域热岛效应有一定的作用。雨水径流通过植物根系、微生物的净化,污染物去除效果良好。通过建PP蓄水池、渗井、渗透塘,接纳及净化消纳后的雨水径流量,可实现小区雨水零排放目标。

  参考文献

  [1]中国市政工程协会.中国市政工程海绵城市建设实用技术手册[M].北京:中国建材工业出版社,2017.
  [2]欧阳底梅,董闻达.百喜草对土壤渗透率的影响[J].江西农业大学学报,1998(3):70-73.

上一篇:高层建筑恒压供水系统的实现
下一篇:没有了
重要提示:转载本站信息须注明来源:原创论文网,具体权责及声明请参阅网站声明。
阅读提示:请自行判断信息的真实性及观点的正误,本站概不负责。