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【 优秀论文丨厦门市既有居住小区海绵城市改造策略探讨 】

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优秀论文丨厦门市既有居住小区海绵城市改造策略探讨

优秀论文丨厦门市既有居住小区海绵城市改造策略探讨
xmghy 厦门市城市规划学会


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作者:谢鹏贵、黄黛诗、王宁

摘要: 海绵城市建设秉持绿色发展理念,是我国提升城镇化质量必须遵守的基本原则。居住小区海绵项目涉及的人员最多,影响范围最广,其中,既有居住小区涉水问题最复杂,需求最迫切,是源头减排需重点考虑的对象。海绵改造工作不仅能够提升该类小区的环境品质,对于解决小区内部公共问题也具有重要意义。本文在海绵城市建设问卷调查的基础上,深入了解厦门地区市民关于既有居住小区海绵城市改造的意愿与需求,并梳理既有居住小区海绵建设技术和策略,进一步促进海绵理念的全面推广。

关键词:海绵城市;既有居住小区;改造方案;厦门市

0 引言

2015年国办发[75]号文提出,2020年城市建成区的20%面积、2030年城市建成区的80%面积要达到海绵城市建设要求[1]。居住用地是城市建设区域的重要板块,是海绵城市建设中源头减排的重要环节,其中,既有居住小区具有人口密度大、涉水问题复杂等特点,是海绵城市建设需重点突破的难点。本文通过海绵城市建设问卷调查,收集市民对既有居住小区海绵城市改造的意愿和需求,探讨厦门地区既有居住小区海绵改造策略,为既有小区海绵建设提供借鉴。

1 既有居住小区海绵改造问题分析

(1)先天改造条件不足,改造难度大。新建小区景观设施刚刚成型,不宜大面积的海绵翻建;老旧居住小区由于运行年限长或者原设计的缺陷,配套绿地、公共活动场所、地面停车场等公共配套设施不完善,屋顶防渗漏、荷载功能退化严重,并存在不同程度的管网堵塞排水不畅、排水设施损坏等问题[2],海绵设施的选择和实施被限制,海绵建设目标的可达性差。

(2)海绵改造受资金条件的限制,小区业主对改造持保留态度。海绵城市建设尚处于试点阶段,各地市全市域范围内的海绵建设尚未完全铺开,现阶段既有小区海绵改造需以政府主导,而绝大多数地方政府尚未落实非试点区域的海绵改造资金来源,导致资金问题已成为制约既有小区海绵改造的瓶颈。

(3)部分居民对海绵城市建设改造不理解,改造工作存在隐患。既有居住小区使用人数多,海绵改造需要一定的民意基础。目前,海绵城市建设尚处于试点阶段,大部分市民仍无法全面理解海绵城市改造的目的和措施,对改造工作的顺利开展有一定的影响。

2 厦门市居民参与海绵城市建设调查

2.1 调查目的

居民对海绵城市建设的理解和支持,是既有居住小区海绵改造工作顺利实施的前提。本文通过设计海绵城市建设调查问卷,对既有居住小区开展入户调查,重点了解居民对海绵改造工作的意愿、海绵措施的选择意向以及对海绵改造工作的想法等方面内容。

2.2 调查对象与方法

调查选取厦门市试点区外8个居住小区,入住总户数7887户,设计调查户数1100户,调查抽样比为14%,并采取随机抽样的原则,确保每个小区抽样比大于10%。

表1 调查对象及取样分析表

Tab.1  Survey object and sampling analysis table

序号

小区名称

入住户数

调查户数

抽样比

1

水岸名筑

1634

220

13%

2

禹州领海

672

100

15%

3

禹州华侨金岸

716

100

14%

4

蓝水郡

1184

160

14%

5

未来橙堡

1624

220

14%

6

天湖城

1010

150

15%

7

天御花园

872

120

14%

8

未来海岸系天成

175

30

17%

合计

7887

1100

14%

2.3 调查结论分析

(1)居民了解海绵城市建设的渠道少,对海绵理念的理解不够全面。本次调查对象年龄层基本20~45岁之间,职业包括学生、企事业职工、个体经营者等,文化程度专科以上者占66%,属于文化水平相对较高的人群。而对海绵城市建设的了解方面,仅有4%的被访者认为自己比较了解海绵城市概念,有41%的被访者对海绵城市建设概念模糊,仅从报纸、电视等媒体涉猎相关内容,而有38%的受访者表示从未听说过海绵城市建设。由此看出,要落实在全市域范畴推进海绵城市建设,全市性的宣传工作必不可少。

(2)既有居住小区内部和周边普遍存在积水、水污染现象。居民认为积水原因除超标雨量大等客观问题以外,还与雨水口位置设置不合理、管道排水能力不足等因素有关,而水体污染原因主要为临街餐饮废水直接倒入雨水口和阳台洗衣污水直接进入雨水管道散排。

(3)居民对提升居住小区环境品质的意愿较强烈。90%居民非常支持对所在小区进行海绵城市改造,56%居民希望海绵城市改造能提升小区整体环境品质,并支持将小区内雨水收集利用,小区海绵城市改造具有充分的民意基础。

(4)大部分居民对海绵措施的了解程度不够明晰,但对于居住小区海绵措施的选择方面,居民的意愿排序为透水铺装(44%)、绿色屋顶(29%)、下凹绿地(22%)、雨水收集桶(5%),可作为厦门地区居住小区海绵措施选择优先级别的依据。

3 厦门市既有居住小区海绵城市改造要点

3.1 合理确定海绵改造技术指标

厦门市建筑小区海绵城市建设技术指标主要有4项:年径流总量控制率、年径流污染控制率、排水防涝标准、雨水资源化利用率。既有居住小区海绵改造应以问题为导向,由于实施条件有限,各项指标取值可适当降低。厦门市既有居住小区海绵改造指标建议值见下表。

表2 厦门市既有居住小区海绵改造指标建议值

Tab.2  Existing residential community sponge renovation indicator recommended value

序号

类别

指标

取值范围

1

水环境

面源污染削减率(以SS计)

30%~40%

2

水生态

年径流总量控制率

60%~70%

3

水安全

排水防涝能力

无积水现象

4

水资源

雨水资源利用利

不定量要求


3.2 优先完善小区市政雨水管道系统建设

小区内部排水系统是雨水排放的最终途径,也是最主要的排水设施,建立在完备的雨水排水系统是既有居住小区海绵改造的基础。厦门市已建小区基本完成了雨污分流改造,对于尚未进行雨污分流改造的小区,需新建雨污分流制管网。此外,既有居住小区内积水的重要原因雨水管网设计标准普遍偏低和雨水口位置不合理,受改造资金的限制影响,完全提高雨水管网设计标准的做法可行性不高,必须加强雨水口的收水能力和管道的维护管理工作。对于有条件的区域,可将雨水口调整至下凹绿地内,设置成溢流式雨水口;对于面积较大的硬化区域,可将现状雨水口改造为环保型雨水口,避免地面杂物堵塞雨水口。另外,要加强小区沿街商业的监管,杜绝将餐饮废水直接倒入雨水口,并定期对雨水管网进行清通,确保雨水管网的排水能力。

3.3 因地制宜选择LID设施

建筑小区海绵城市建设LID设施包括透水铺装、绿色屋顶、垂直绿化、下沉式绿地、雨水花园、植草沟、生态树池、雨水罐、雨水调蓄池等[3]。根据试点实践经验,厦门市既有居住小区海绵工程措施的选择要点如下:

(1)对屋顶绿化的选择需进行充分论证。屋顶绿化适用于城市新建建筑物的水平屋顶和露台[3],对屋面防渗、荷载要求较高,既有小区因屋面形式(坡屋面)或建筑屋面老化导致防渗能力、承载能力降低,出于安全及管理考虑,对于屋顶绿化的选择需要经过充分的安全论证。对于无法设置屋顶绿化的既有小区,可利用雨水断接技术对雨落管进行改造,将建筑屋面雨水引入周边绿地中设置的分散式雨水控制利用设施进行下渗、净化。

(2)现有居住小区不宜设置灰色调蓄设施。厦门市海绵城市建设以“渗”、“净”、“排”为主要目的,采用设置雨水罐、水泥调蓄池等灰色调蓄设施的方式可以达到年径流总量控制要求,但需要较严格的日常维护管理措施,管理不善将导致设施运行不佳、设施废弃影响小区环境等负面效果,对于海绵建设具有负面影响。

(3)优先选择下凹绿地、雨水花园、透水铺装等绿色海绵设施。以上设施对土壤渗透性的要求较高,厦门市土壤适宜渗透系数范围3.47×10-4cm/s ~ 1.00×10-3 cm/s,对于土壤渗透性较差的区域应采取相应的防范措施。下凹绿地可设置于未种植大型乔木的各类绿地,是居住小区海绵改造的首选设施,调蓄水深一般取0.15米;雨水花园一般设置于排水分区下游地势较低处,作为区域集中调蓄的主要设施,其收集和净化雨水的能力大于下凹绿地,调蓄水深一般取0.2~0.25米,设置面积需通过汇水面积的产流计算确定,设置形式应兼顾小区景观需求统筹布置。

表3 既有居住小区海绵设施推荐表

Tab.3  Existing Residential Area Sponge Facilities Recommendation Form

序号

设施名称

设置区位

选用说明

1

下凹绿地

设置于小区内未种植大型灌木的绿地均可设置

既有居住小区海绵改造的首选设施

2

雨水花园

设置于排水分区下游地势较低处,作为区域集中调蓄的主要设施

收集和净化雨水的能力大于下凹绿地,设置面积需通过汇水面积的产流计算确定,设置形式应兼顾小区景观需求统筹布置。

3

透水铺装

设置于人行道、小区道路、路面停车场等

应充分考虑路面荷载要求,重型车辆通行区域不宜设置

4

植草沟

既有居住小区内主要布置干式植草沟,作为下凹绿地、雨水花园的雨水转输设施

根据厦门实践,湿式植草沟在住宅小区内的使用效果不够理想,故不推荐使用

    

3.4 预留超标雨水强排通道

厦门地区建筑小区内雨水管网基本按2年一遇的排水标准设计,而新建或改造的市政雨水管网的建设标准为3~5年,建设标准上存在脱节问题。为确保小区排水顺畅,小区海绵改造应充分预留雨水行泄通道,将超过小区设计标准的雨水引入附近公共绿地或市政雨水管网,确保小区内部不产生积水现象。超标雨水行泄通道的形式可以为植草沟,也可为经过微地形处理后的路面,具体形式可根据小区内外竖向明确。

3.5 进行有效的雨水组织分析

厦门地区雨量充沛,降雨季节性变化较大,且丰水期短时降雨强度大,居住小区海绵城市建设最主要的任务是解决小区的排水问题,而如何有效地对小区雨水进行组织排放是海绵改造的关键。海绵城市需要依靠低影响开发雨水系统、常规雨水径流蓄排系统以及超常规雨水径流蓄排系统共同构建[4],通过低影响开发设施与现状雨水排水系统的有效结合,实现对不同强度雨水的排放。小雨时,低影响开发设施正常运行,将硬化、非硬化区域的雨水组织排入低影响开发设施内,使其自然下渗或收集后用于雨水回用;中雨时,通过低影响开发设施内设置的溢流系统,将雨水排入小区雨水管网,最终进入市政雨水管网;当降雨雨量超过小区雨水管网设计标准时,超标雨水通过雨水强排通道,排入市政调蓄设施以及市政雨水管网,确保小区不积水。

                                              

图1   居住小区雨水组织系统流程

Fig.1  Community Rainwater Organization System Process

4 案例分析-以水岸名筑小区海绵改造为例

厦门市水岸名筑小区位于海沧区南部新城片区,2008年投入使用,占地面积为100629平方米,是典型的既有居住小区[5]。本文以水岸名筑小区为例,介绍海绵城市改造方案设计。

4.1 控制指标

小区内部及周边市政排水设施建设齐全,不存在内涝点,现状绿化浇灌系统完善,片区水量充足,暂不考虑雨水资源化利用,海绵城市改造的主要控制指标有两项:年径流总量控制率不低于60%,对应的设计降雨量为20.1毫米;径流污染控制率不低于30%。

4.2下垫面识别

利用无人机勘查技术,生成小区整体三维影像,通过三维影像与地形图相互比对和修正,识别小区下垫面。垫面的种类可分为屋面、绿地、硬化路面三类,面积比例见表4。                    

  

图2   三维模型影像图     

               Fig.2  3D model mapace                  

      图3  下垫面分布图

              Fig.3  Distribution of underlying surf

表4 下垫面分布比例表

Tab.4  Distribution ratio of underlying surface

下垫面分类

面积(m²)

比例

屋面

23597

23.45%

绿地

32187

31.99%

道路硬化

44845

44.56%

合计

100629

100.00%


4.3 海绵设施布置

本小区绿化率高,建筑下方设有地下室,覆土为1.5米,可设置雨水花园或下凹绿地作为雨水集中调蓄设施。建筑形式为闽南特色的红砖建筑,屋面为红瓦坡屋顶,无法设置屋顶绿化,雨水立管设置于外墙,屋面雨水可采用立管断接的方式引入绿地内雨水花园或下凹绿地收集。由于小区内道路需满足居民日常出行功能,且小区绿化条件基本能够满足雨水调蓄的需求,因此,硬化路面不予进行改造,部分破损或无使用功能的路面,可替换为透水铺装。同时,封堵路面雨水口,将路面雨水断接排入雨水花园和下凹绿地,对于无法断接的区域,将雨水口改造为环保型雨水口。按最大可实施性原则,海绵设施布置如图8所示。

图4   地下室范围图     

                        Fig.4  Basement area                        

图5   海绵设施布局图

 Fig.5  Sponge facility layout

4.4 指标核算

排水分区的划分是指标核算的基础。一般情况下,排水分区的划分需综合考虑场地竖向、雨水管线和建筑功能等因素综合划定,由于本小区场地无坡度,建筑分布较均匀,因此,排水分区主要依据雨水管网的分布,具体划定为3个分区。

图6   雨水管线分布图         

                   Fig.6  Rainwater pipe distribution                      

 图7  排水分区划分图

Fig.7  Drainage division

1、年径流总量控制率复核

采用容积法复核年径流总量控制率,通过计算每个排水分区下凹绿地和雨水花园的调蓄容积,试算反推每个排水分区所能达到的年径流总量控制率,通过加权计算,得到整个小区实际能达到的年径流总量控制率。下凹绿地平均调蓄水深取0.1米,雨水花园平均调蓄水深取0.2米,计算得小区年径流总量控制率为62%,满足控制要求。

表5 年径流总量控制率复核表

Tab.5  Annual runoff total control rate review table

排水分区

面积(m²)

LID调蓄容积(m³)

综合雨量径流系数

年径流总量控制率

对应需控制的水量

1

34689

291

0.61

55%

276

2

40078

629

0.58

70%

625

3

25862

307

0.63

60%

290

汇总

100629

1227

0.61

62%

1191

2、年径流污染控制复核

采用美国Bentley CivilStorm水文水质模型校核年径流污染控制率。CivilStorm是一款用于排水系统规划设计、暴雨分析、沟渠与管道混合计算平台,可模拟分析降雨历程中地块产流量、水质、流速等指标。采用模型模拟设计降雨量为20.1mm(年径流总量控制率为60%时所对应的降雨量)时小区的SS削减率和峰值径流削减率,水文水质参数采用厦门本地取值,按排水分区分别模拟,加权得小区SS削减率为34.5%,峰值径流削减率为72%,满足控制要求。

图8   径流峰值变化曲线 

Fig.8  Rainfall peak change trend 

图9  雨水组织分析图

Fig.9  Rainwater analysis

4.5 雨水组织

低影响开发运行系统:屋面雨水由四周雨落管断接,经植草沟或线性排水沟系统汇集至建筑周边下凹绿地或雨水花园内进行消纳,道路雨水就近漫流进入下凹式绿地或雨水花园,部分路面雨水通过透水铺装改造就地消纳。

低影响开发溢流系统:超出设计降雨量为20.1毫米的雨水由下凹绿地和雨水花园内的溢流口收集进入雨水管网,最终汇入市政道路雨水管网。

超标雨水排放系统:小区内道路标高均小于绿地以及建筑室内地面标高,遭遇极端暴雨时,可利用小区道路行洪。

5 结论及建议

厦门地区既有居住小区海绵改造具备良好的民意基础,海绵改造应结合小区具体需求,因地制宜制定改造方案。要进一步推进既有居住小区海绵城市建设,需要解决几个问题:一是要加快落实改造资金问题,既有居住小区量多、面广,政府可采用“以奖待补”等方式,鼓励小区业主或物业自发开展海绵改造;二是要加强全市性的宣传教育,普及海绵城市具体做法和目的,让市民真正参与海绵城市建设;三是要严格落实海绵设施建成后的管养维护,行业主管部门应对小区管理单位开展海绵设施管养维护的专门培训,确保海绵设施能够持续发挥作用。

参考文献

[1]  国务院办公厅.国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见(国办发[2015]75号)[S].2015

[2]  钟小平.老旧住宅小区海绵城市建设难点与措施[J].低温建筑技术,2017,39(8):152-157

[3]  杨默远,赵芮,李薇.典型低影响开发措施研究进展[J].北京水务(分析与研究) ,2017(4):42-48

[4]  车伍,赵杨,李俊奇等.海绵城市建设指南解读之基本概念与综合目标[J].中国给水排水,2018, 31(8):1-5

[5]  厦门市城市规划设计研究院.厦门市海沧新城内湖片区海绵城市建设方案[R].2017





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    本文来自微信公众号:厦门市城市规划学会
    发布时间:2018-11-21 15:31:24

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