城市广场“海绵化”设计案例——以南昌市新建区心怡广场改造为例

作者:邓康 蔡俊 胡松
单位:南昌大学建筑工程学院 江西省建筑设计研究总院
摘要:城市广场作为海绵城市的主要节点, 海绵化设计具有十分重要的意义。以南昌市新建区心怡广场“海绵化”改造为例, 用容积法计算出径流控制总量, 合理划分了3个汇水分区, 并在每个汇水分区布置了不同的海绵设计技术。通过增设植草沟、雨水花园、调蓄池可有效控制广场的径流总量, 实现雨水的错峰排放。而在雨水花园和调蓄池设置溢流管, 可满足暴雨重现期5年以上, 多余的雨水径流可排入附近市政雨水管网中, 最终实现“小雨循环利用, 大雨不内涝”的目标。
关键词:城市广场 海绵化 容积法 年径流总量控制率 雨水设施规模
作者简介:江西省重大科技专项计划项目 (20124ABG06101);

 

1 城市广场海绵化改造思路分析

   广场部分的硬质铺装改为透水铺装, 改造时要充分考虑广场的集散功能, 在不同区域使用不同类型的透水铺装。在人行道上可使用透水砖铺装, 停车场可使用嵌草砖, 而像机动车道这样负荷较大的地表, 应采用透水沥青混凝土这样的半透水铺装结构。由于南昌降水量较大, 可考虑在透水铺装基层铺设排水管, 将下渗的雨水及时排除[1]

   广场中设置下沉式绿地, 广义的下沉式绿地可包括洼地、雨水花园、多功能调蓄池等生态雨水设施[2], 其设置应保证硬质铺装场地的坡度朝向下沉式绿地, 从而使雨水径流流向下沉式绿地。路缘石的设置不应妨碍雨水径流流向下沉式绿地, 若其高度高于周围地面, 应设置20~60cm宽的缺口。雨水溢流口的高程需高于下沉式绿地, 低于地面高程, 超过下沉式绿地渗蓄能力的雨水通过溢流口排入雨水管道[3]。下沉式绿地作为紧急情况临时蓄水装置, 可以缓解城市雨水压力, 也可起到错峰排放的作用。

2 广场海绵化改造案例分析

2.1 项目海绵城市实施现状

2.1.1 项目概况

   南昌市新建区心怡广场占地总面积约12.8hm2, 铺装面积共计:47 759m2 (其中透水铺装约4246m2, 硬质铺装面积约43 513 m2) , 绿化面积约72 788m2, 喷泉水池面积约5 791 m2, 广场内纪念碑与构筑物约1 880m2

2.1.2 项目现状及优缺点评价

   该广场南北两侧为城市规划道路, 沿路铺有市政给排水管网设施, 东侧为区政府所在地, 紧邻大片绿地, 西侧毗邻一些商住综合建筑, 总体来说排水条件良好。广场绿地面积较大, 且乔木、灌木与草地搭配合理, 有利于雨水的储存和排出。场地中地势平缓, 局部有缓坡 (见图1) 。

   该广场硬质铺装面积较大且分布集中, 不利于雨水径流的排出。休闲广场周边有喷泉水体, 对周围硬质铺装的雨水有一定的收集作用, 旱季也可以用来浇灌周边的绿地, 但雨水利用效率还是不高。广场透水铺装分布有限, 仅在一些健身器材下铺有嵌草砖。总体来说, 该广场还是使用传统的工程快排手段, 没有考虑低影响开发对雨水的有效管理和资源化利用。

2.2 项目海绵化改造具体步骤

2.2.1 设计目标

   (1) 将广场雨水作为控制目标, 采用低影响开发装备对雨水进行下渗、滞留、调蓄, 避免广场出现因暴雨而产生的积水现象。

   (2) 实现雨水资源化目标, 将收集的雨水用来浇灌植物和用于景观水体。

图1 心怡广场总平面

   图1 心怡广场总平面

    

   (3) 根据住建部印发的《海绵城市建设技术指南》对中国大陆年径流控制率范围的五大分区, 南昌位于Ⅳ区, 年径流总量控制率应大于70%, 小于85%, 综合考虑新建区的降雨特征和广场的特性, 确定本次海绵化改造的年径流控制率目标为75%[4]

2.2.2 设计内容

   由于广场中硬质铺装面积较大, 产生的地表径流多, 为防止广场出现内涝, 将原有的传统的排水模式改造成现在的低影响开发模式, 最大限度地使广场发挥下渗、滞留、调蓄、净化、对雨水的再利用和排出能力, 有效控制雨水径流, 保障水质。主要通过以下3个程序实现心怡广场的雨水管理 (见图2) :

   (1) 广场北入口至休闲广场的道路, 北区密林区内的小路以及广场南部密林区北侧的场地均可改为透水铺装, 在不影响道路功能的情况下迟滞雨水径流。

   (2) 在广场西南角的密林区、西边靠近舞台及硬质铺地的区域、西北角废弃水池中以及北面游乐区旁的密林区设置雨水花园, 在广场主要道路两侧及硬质铺装周围布置植草沟, 雨水通过植草沟收集排入雨水花园进行过滤、净化, 使其滞留。

图2 心怡广场雨水管理方案

   图2 心怡广场雨水管理方案

    

   (3) 广场南侧保留原有铺装, 在中心广场附近空地处设置地下封闭式调蓄池, 用来收集雨水并回用于绿化灌溉。

   (4) 将林荫大道两侧及升旗台南侧的草坪设置成下沉式绿地, 使绿地高程低于周边路面高程10cm左右, 并使路缘石设计高度与周围地表平齐, 确保雨水径流顺利汇入下沉式绿地。

   (5) 保留铺装区域的雨水和绿地中的雨水自然进入植草沟, 溢流后排入市政雨水管网。

2.2.3 主要技术指标

   下沉式绿地与雨水花园调蓄容积一般满足“单位面积控制容积”的指标要求。设计调蓄采用容积法进行, 调蓄容积按照公式 (1) 计算[5]:

    

   式中Q———调蓄容积, m3;

   F———集水区面积, m2, 本工程取128 218m2;

   ψ———雨量径流系数;

   H———降雨量, mm。

   雨量径流系数反映降雨和径流之间的关系, 径流系数采用按地面覆盖种类确定的经验数值[6], 整体汇水面积上的径流系数按照不同种类地面面积加权计算得出, 其计算公式为:

    

   式中Fi———汇水面积上不同种类下垫面的面积, m2;

   ψi———相应于不同种类下垫面的径流系数;

   F———全部汇水面积, m2

   经过加权计算, 心怡广场的综合雨量径流系数为0.402 6, 详细计算见表1。

   表1 心怡广场LID改造后各下垫面综合雨量径流系数   

表1 心怡广场LID改造后各下垫面综合雨量径流系数

   本次改造的年径流控制率目标为75%, 依据南昌市1983~2012年降雨资料统计结果, 对应的设计降水量为26.8mm[4], 根据上述的调蓄容积的计算公式计算径流控制总量:

   径流控制总量Q=128 218×0.402 6×26.8×0.001=1 383.431 (m3) 。

   根据《绿色建筑评价标准》 (GB/T 50378-2014) 中4.2.14条, 年径流总量控制率达到70%即可得到满分, 本次改造75%的目标说明对场地地表雨水进行了合理规划。

2.2.4 汇水分区图

   根据竖向设计, 将本地块划分为3个汇水分区 (见图3) , 结合现状情况及周边建设情况, 本次3个汇水分区均要改造 (见表2) 。

   表2 各改造分区径流系数及对应26.8mm调蓄水量计算   

表2 各改造分区径流系数及对应26.8mm调蓄水量计算

2.2.5 相关计算

2.2.5. 1 雨水花园的设计规模

   根据以下公式计算:

    

   式中Ff———雨水花园面积, m2;

   Wy———控制蓄水量, m3;

   hm———蓄水层深度, mm, 本次设计蓄水层深度为200mm[5]

   经计算, 各汇水分区的雨水花园面积及控制蓄水量见表3。

   其中汇水分区1设置两个面积相等的圆形的雨水花园 (如图3所示的雨水花园1和2) , 其面积均为924.35m2, 直径为34.3m;汇水分区2设置3个面积相等的圆形的雨水花园 (如图3所示的雨水花园3~5) , 其面积均为1 014.03m2, 直径为35.9m。

图3 心怡广场雨水设施布局与汇水分区

   图3 心怡广场雨水设施布局与汇水分区

    

   表3 各分区雨水花园设计规模   

表3 各分区雨水花园设计规模

2.2.5. 2 调蓄池的设计规模

   根据《室外排水设计规范》 (GB 50014-2006, 2016版) 中4.14.4A条雨水调蓄池的有效容积可按以下公式计算:

    

   式中V———调蓄池有效容积, m3;

   D———调蓄量, mm, 按降雨量计;

   F———汇水面积, hm2;

   ψ———径流系数;

   β———安全系数, 一般取1.1~1.5。

   在这里安全系数取1.1, 经计算, 汇水分区3所需的调蓄池容积为450m3

2.2.6 方案相关的雨水管理设施

2.2.6. 1 透水性铺装设计

   宜将广场北入口至休闲广场的道路改为透水混凝土铺装 (见图4) , 因为其为广场内部主要道路, 设置透水混凝土铺装既能保障其路基强度和稳定性, 又能起到将雨水径流错峰排放的作用;北区的密林小路对于路基强度要求不高, 可将其改成卵石铺地;将花岗岩地面南侧场地、广场管理处周边场地及废旧水池北面场地改为透水砖场地 (见图5) , 由于土地透水能力有限, 需在其基层埋设排水管, 便于地表径流尽快排入广场绿地和水体中, 改造总面积约为5 347m2

图4 透水混凝土铺装的剖面

   图4 透水混凝土铺装的剖面

    

图5 透水砖铺装的剖面

   图5 透水砖铺装的剖面

    

2.2.6. 2 雨水花园

   雨水花园主要从两个方面进行设计, 一是沿西北侧废弃的水池改建为雨水花园以及充分利用南边密林区北侧的草坪设置雨水花园, 主要用来收集绿地雨水以及部分透水路面的雨水;二是在西边靠近舞台及硬质铺地的区域和北面游乐区旁的密林区西南侧设置雨水花园, 主要用来收集公园较大部分的非透水路面的雨水。本次改造的五个雨水花园均设置在平坦易汇水处, 均没有被大的乔木遮住[7]

   由于每个汇水分区雨水花园的总面积较大, 故在设置雨水花园时, 考虑在每个区域设置多个小型的雨水花园, 其总面积等于设计值。雨水花园的蓄水层为200mm[5], 树皮覆盖层为50mm, 种植土层为250mm, 人工填料层600mm, 砾石层300mm[6] (见图6) 。其中砾石层下设100mm导水管, 将溢流雨水和下渗雨水及时排出。雨水花园还应设置紧急溢流装置, 使超过设计能力的多余雨水溢流至附近水体或排水系统。在紧急溢流装置周边还可以设置贮水池, 用来贮存溢流管中排出的水质较好的水, 用来喷洒道路、浇灌绿地等, 以实现雨水资源的再利用[7]

图6 雨水花园的剖面

   图6 雨水花园的剖面

    

2.2.6. 3 植草沟

   植草沟宜沿广场主要道路两侧及集中的硬质铺装场地周围布置, 用来收集道路或硬质铺装产生的雨水, 并汇入到广场的雨水花园中。因为心怡广场地形平坦, 应选择持水能力强的干植草沟。干植草沟底部宽度应控制在0.5~2m, 深度应为500mm, 边坡坡度为1/4~1/3[8] (见图7) 。由于南昌降雨丰富, 应将透水性较差的土壤改为砂质土, 且底下应铺设导水管, 增加雨水的渗透性能。

图7 植草沟的剖面

   图7 植草沟的剖面

    

2.2.6. 4 调蓄池

   调蓄池设置在中心广场附近空地处, 应建设地下封闭式调蓄池, 根据上文中的计算, 尺寸为15m×20m×1.5m, 有效容积为450m3, 并且在调蓄池内设置雨水回用泵, 将收集的雨水用于绿化灌溉。

3 结语

   城市广场海绵化设计应实现“小雨不湿鞋, 中雨不积水, 大雨不内涝”的目标, 渗、滞、蓄、净、用、排是主要的设计方法。在进行广场海绵化改造时, 需要根据广场的本身具有的特点进行合理的改造规划, 与广场的现状相结合, 达到改造小、效用大的目的。上述案例中, 由于该广场绿化面积很大, 故将雨水花园进行分散设置。

   对于广场进行分区改造是一个有效的与广场原有基础相结合的办法。合理的分区使得改造的规划更加合理, 可行。对于心怡广场, 按照其布置形式以及绿化和非透水路面的分布特点进行分区, 更加便于管理运行。

  

 

  
 

    

参考文献[1]彭乐乐.海绵城市目标下的公园绿地规划设计研究---以福州市为例:[学位论文], 福州:福建农林大学, 2016

[2] Chaill T L, Thomas H.Low Impact Development and Sustainable Stormwater Management.Hooken:A JOHN WILEY&SONS, 2012

[3]苏义敬, 王思思, 车伍, 等.基于“海绵城市”理念的下沉式绿地优化设计.南方建筑, 2014, (3) :42

[4] 住房城乡建设部印发:海绵城市建设技术指南---低影响开发雨水系统构建 (试行) .2014.10

[5] Delaware Natural Resources and Environmental Control (DN-REC) .Green Technology:The Delaware Urban Runoff Management Approach.Delaware Department of Natural Resources and Environmental Control, Division of Soil and Water Conservation Dover Del, 2005

[6] Princes George’s County.The Bioretention Manual.Prince George’s County Government, Department of Environmental Protection.Watershed Protection Branch, Landover, MD, 2002

[7]罗红梅, 车伍, 李俊奇, 等.雨水花园在雨洪控制与利用中的应用.中国给水排水, 2008, 24 (6) :48~52

[8]刘燕, 尹澄清, 车伍.植草沟在城市面源污染控制系统的应用.环境工程学报, 2008, 2 (3) :334~339
An exploration of the sponge city design strategies for city square:a case study of Xinyi Square reconstruction in new district, Nanchang City
Deng Kang Cai Jun Hu Song
(Institute of Architecture and Engineering, Nanchang University Jiangxi Province Architectural Design and Research General Institute)
Abstract: City square as the main node of the “sponge city”, its“sponge”design is of great significance.In this paper, the“sponge”transformation of Xinyi Square in Xinjiang District of Nanchang is taken as an example.The total amount of runoff control calculated by volumetric method was used to divide three catchment partitions rationally.In each catchment area, different sponge design techniques were applied.Through the provision of grass ditch, rain garden and storage pond, the total runoff of the square had been effectively controlled to avoid rainfall discharge at peak flow.By setting overflow pipes in the rain garden and storage pond, the system could deal with rainstorms with return period of larger than 5years.The excess rainwater runoff could be discharged into the nearby municipal rainwater pipe network, finally realizing the goal of“light rain can be recycled;heavy rain is not waterlogging”.
Keywords: City square; Sponge city design; Volume method; Total annual runoff control rate; Scale of stormwater facilities;
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