北京地区雨水花园设计研究_白洁.docx
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1、 分类号 _ TU98 学号 1105040411001 学位论文 北京地区雨水花园设计研究 The Rain garden design research in Beijing lj洁 梢样教师姓夂 丁奇职称 副教授 _ 北京建筑大学 朱 志 红 职 称 教 授 级 高 丁 北贞市园林古紐设讣研究院 中请学位级别 硕士 学位类别 艺术学硕士 _ 专 业名称 _ 设计艺术学 _ 年 级 2011级 论文答辩时间 2 0 1 4 年 6 月 学位授予单位和 U期 北京建筑大学 _ 2014 _年 _月 答辩委员会主席 孙 叨 职 称 教 授 论文评阅人 _ 匿名评审 _ 北京建筑大学硕士学位论文
2、原创性声明 本人郑取声明:所 7交的学位论文,足本人在导师的桁导下进行的研究丄作及取得 的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文屮小包含其他人 已鈴犮表或撰写过的研究成果,也小包含本人成他人为获得北京建筑大学或其它教 W机 构的,位或学历证书而使用过的材料。与我 -同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 匕在论文屮作了叨确的说明并表不了谢怠。 若存不实之处,本人愿意承担扣关法彳 H责任。 学位论文作者签字: Pi. 口期:必 年 /月 北京建筑大学硕士学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定,在校攻读学位期问论文工作的知 识产权属十北京建筑大学,允
3、许论文被查阅和借阅。学校冇权保留论文并 hW家有关部 门或机构送交论文纸质版和电子版,可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索,可以采用影印、缩印、或扫描等复制 T段保存和 r编学位论文。 保密学位论文在解密 f的使用授权冋上 = 学位论文作者签名: 仲年 &月丨 1fn 校内导师签忠厂一 年 t 月 (rti 校 外 导 师 签 名 :幺 /俾 . 3m/d; 土壤中含有大量的直径 25mm的木屑、碎石、树根或其他腐质材料 等。该雨水花园既需要净化径流雨水,还需及时排出饱和的雨水径流,因此结构相对比 较复杂,需设有紧急溢流装置。 2.4国内外雨水花园发展概况 2.4.1国外的
4、雨水花园发展概况 雨水资源控制利用技术在世界其他许多国家都得到了很好的发展, 1993年美国颁布 了生物滞留指南,雨水花园技术并作为独立的一章被列入更多地区的雨水利用技术 规章中。同时雨水花园的基本原理、设计和建造方法等被广泛研究。像密歇根环境部门 对当地雨水花园的起源、建造步骤、实例应用、以及结合雨水罐的使用,都进行了详细 研宄。马里兰州颁布的生物滞留指南, 1993年第一版, 2001年一版, 2002年为修订 版; 2003年威斯康星州颁布了居民建造雨水花园指南;密歇根州立大学环境工程部 于 2006年颁布了雨水花园设计和建造指南; 2008年维吉尼亚州出台雨水花园技术 指南等。许多州都
5、有 BMP和 LID暴雨手册,其中均有详细的生物滞留设计方法,这些 政策的相继出台都为该地区的雨水花园建造提供了技术上的支持与帮助,促进了雨水花 园的快速发展。 1 1罗红梅,车伍,李俊奇,汪宏玲,孟光辉,何建平 .雨水花园在雨洪控制与利用中的应用 J.中国给排水, 2008, 24 (6); 48 52 将雨水资源利用与景观设计成功结合的德国,关于雨水花园的技术研宄一直处于领 先地位,用法律的形式规定雨水利用系统在新建或改建地区必须考虑进行设计。所以, 雨水资源利用也成为衡量开发区域品位的重要指标。在德国的居住区中,雨水花园的技 术同样得到了广泛的应用,常见的做法有屋顶绿化、水景、中水回用等
6、。此外,德国在 法律法规和政策上对雨水资源的利用给予一定支持,各州法规规定:在新建场地,必须 有效的利用雨水,否则政府将收取雨水排放费用。除了特殊情况外,降雨不能直接排放到 公共管网中。现在己经颁布的屋面雨水利用设施标准,为德国雨水花园的实施提供 了强有力的保障。 美国早期的雨水花园以乔治王子郡的住宅区雨洪管理系统为开端。项目采用生态滞 留与雨水渗透的方法来代替传统的雨洪排水系统。 20世纪 80年代,美国实行 “ 就地滞 洪蓄水 ” 政策,对全部新开发区域强制实行。在新建或改建项目中的雨水径流量不能超 过开发前水平。雨水调蓄控制 和处理工程必须进行报批,必须运用技术手段保护水环境 和雨水径流
7、质量。到20世纪 90年代,美国的雨水花园技术快速向前发展,政策也相应 发展完善。提高雨水的天然入渗能力是这一时期美国雨水利用的宗旨。所以利用屋面蓄 水、入渗井、草地、透水铺装等组成的地表回灌系统得到了大范围的推广和应用。美国 在雨水的利用上也有政府相应法律法规的支持。美国的雨水利用法律规定:新开发区域 的雨洪径流量需少于开发前的雨水径流量,新开发地区强制实行就地滞洪蓄水。 2008年,雨水花园指南在新西兰北岸市出台,作为生物滞留技术的指导。其 它 的雨水利用法规还包括: 2002年,奥克兰颁布的暴雨管理设施:设计向导手册; 2000 年颁布的奥克兰地区地影响开发指南; 2004年出台的暴雨管
8、理指南和源头暴 雨管理指南等。 澳大利亚:主要提倡 WSUD暴雨管理体系,具体指南和手册如下: 2002年颁布的悉 尼地区水敏感规划指南 ;2004年颁布的西部悉尼地区水敏感城市设计技术指南、 2006 年颁布的评价墨尔本小规模水敏感城市设计; 2006墨尔本颁布的城市暴雨最佳实 践环境管理指南等。 日本是一个雨量充沛的国家,早在 20世纪 60年 代,就以建造蓄洪池的方式存储雨 水作为景观用水和消防及灾害时的紧急用水。日本政府于 1992年颁布第二代城市排 水总体规划,正式将雨水渗沟、渗塘、透水路面等技术作为城市总体规划的一部分,同 时还规定了雨水下渗设施必须在新建以及改建的大型公共建筑中修
9、建。很多日本的城市 为其雨水利用提供资金上的支持,实行补助金制度,如东京墨田区 1996年建立墨田区促 进雨水利用补助金制度,对中小型储雨装置、地下储雨装置给予一定的补助,雨水净化 器补 1/3-2/3的设备价、水池补 40-120美元 /m3。从而促进了日本雨水利用技 术的应用 以及雨水资源化的发展。这些政策法规和经济措施全力支持着日本雨水利用技术的发 展。 2.4.2国内的雨水花园发展概况 在我国早在元朝,北京城就己经建设了城市排水设施,到了明清时期,合流制排水 系统己经完善。对于雨水资源的利用,北京地区一直处于国内的领先阶段。 20世纪 90 年代初期,因水资源紧张,北京市第一次提出城市
10、的雨洪利用概念。因为当时条件的限 制,只做了研宄,并没有进行实际应用。在 2000年,中国和德国合作了 “ 北京城市雨 洪控制与利用技术研宄与示范 ” 项目的研宄,第一批城市雨洪控制与利用示范工程在中 国开始建设。北京市的城市雨洪管理也开始进入排水和利用相结合的发展阶段,具体分 析见第三章 3. 2节。 我国对雨水问题关注较晚,大多城市在雨水利用方面基本还处于探索和研宄阶段。 目前城市雨水花园的建造利用还处于初期发展阶段,与发达国家相比,国内的教科书、 设计资料及雨水径流污染控制问题、城市排水系统和设施的科学规划、设计与建设,及 相关的技术、法规与管理等领域还存在着较大差距。国内的雨水管理系统
11、仍沿用传统的 以排为主的管道排水系统, 基本没有专门的暴雨管理体系,对排水体制和管道系统的研 究十分薄弱。雨水资源大量流失,地下水位和地面下沉,加重了河道的排水压力,导致 洪涝灾害的发生。国内对于雨水径流处置措施的研究和应用也甚少,真正意义上的雨水 生态措施更少,仅在高速公路或水敏感路段附近建设一些简易的蒸发池或在农村干旱地 区建造一些以沉淀为主的水池、水窖、水塘和水坝等,水质净化效果差。还有大量分流 制中的径流雨水与合流制中的雨污溢流水,仍未经任何处理直接排入下游河道,对水体 造成严重污染。在此背景下,我国城市雨水资源利用己经发展成为一个十分热 门的课题, 北京、上海、成都等多地相继开始进行
12、雨水研究并将其应用到实际案例中。如北京奥森 公园、上海辰山植物园、后滩公园、成都活水公园、哈尔滨群力雨洪公园、天津桥园、 中山岐江公园等都是雨水利用研宄的典范。 但是国内关于雨水利用的研宄,多数是针对雨水利用的方法途径、建造技术等方面 的研宄。现阶段雨水事业发展范围较小,还处于初级阶段,仅政府、部分专家们和少量 公众大力支持,大部分公众对雨水知识相当匮乏,想立即形成一套完善的暴雨体系十分 困难。但是可以先针对某一地区的雨水利用概况研宄发展一种或多种高效、成熟、合 适 且公众接受度较高的生态径流处置措施,这样一来既能唤起公众的高度重视又起到示范 作用,随着雨水事业慢慢发展,最终达到完善我国暴雨管
13、理体系的目的。 2.5国内外雨水花园研究进展 2.5.1国外雨水花园成功案例 1)美国波特兰雨水花园 波特兰市一年四季气 候分明,夏季干燥炎热,冬 季潮湿寒冷, 11月至次年 的 4月为雨季,降雨几乎 要持续 9个月之多,占到全 丨 年的 80%。该案例紧邻东方 银行大厦的俄勒冈州会议 中心,位于波特兰市的俄 勒冈州科学工业博物馆的 停车场。设计的主要目标 是通过雨水花园的作用改 善水质,吸收雨水并且过 滤掉植物根部和土壤里的汽 车尾气微粒。 设计从 33. 38亩的屋顶集中降雨,落水管输送至 由一系列浅滩、小瀑布和被玄武岩堰分隔而成的串联 水池组成的雨水花园。每一个水池都必须积满水之后, 雨
14、水才从水池边溢出,进入下一个相邻的水池,在雨 水流动的过程中,雨水中的污染物则被分解过滤,这 种做法不仅可以减缓暴雨径流速度,给雨水充足的时 间完成下渗,还可以净化水质,缓解水污染。水渠底 部由青灰色石板铺成,边缘铺置鹅卵石,如图 2. 3所 示。渗透 型铺装的选择,可以使雨水快速入渗并吸收。 在设计中,考虑到周围景观环境,还种植本土水生植 物,在净化雨水的过程中,植物根系还可防止沙土和 碎石的流失,营造自然的人工湿地环境。在暴雨期间, 该雨水花园不仅可以容纳场地中的雨水,还可以还容 纳附近 68. 86m2沼泽地收集的雨水,最终雨水经过水 池的净化流入公共排水管道。波特兰雨水花园将生态 科学
15、和艺术美巧妙结合,是雨水管理和景观结合的 优秀案例。 2)西南第 12大道緑街工程 美国西南第 12大道緑街工程紧邻波特兰市中心,场地类型为线性街道空间。这是 一个街道改造 的案例。该改造案例以雨水花园的形式管理街道周围的径流雨水,阻止了 图 2. 3波特兰雨水花园实景来源 : www.L 图 2.2波特兰雨水花园平面图来源 : 解析波特兰雨水花园, P3 径流雨水直接进入城市河道。因此沿街道一侧设置了 4个连续的由预制混凝土板围合的 雨水收集池。雨季时,雨水径流顺着 2%坡度的街道进入最近的雨水收集池。该雨水收集 池的雨水通过 30cm宽的路道牙开口进入。每一个雨水收集池能够容纳 6cm的水
16、深,雨 水下渗的速度是 l cm/h。 当雨量过大时,多余的雨水从下一个道牙缺口流向街道,顺着 地势进入一个雨水收集池。当所有收集池的雨水饱和时,雨水流入市政排水系统,如图 2. 4所示。 图 2.4雨水收集平面示意图来源:改绘 雨水收集池为预制混凝土池,雨水收集池雨季时收集雨水,非雨季可作为观赏种植 池。里面种植了平展灯心和多花蓝果树草两种既耐湿又耐旱的植物。 平展灯心草的根系 结构利于雨水渗入并通过土壤有效地阻挡雨水径流中的杂质和沉积物,帮助减缓水流速 度。具有教育和宣传意义的雨水花园工作流程解说牌沿雨水花园摆放,如图 2. 4所示。 美国西南第 12大道緑街工程将马路道牙和人行道之间的从
17、前没有被利用的绿化带 改造为雨水花园,经雨水花园收集、渗透作用缓解街道中降雨时存在的雨水问题。经统 计分析,该雨水花园工程管理了街道约 68万 L的年雨水径流量。同时,模拟水流的实 验表明,它能够将 25年一遇的暴雨径流减轻 70%左右。 图 2. 5街道实景来源: 从美国风景园林师协会获奖项目看雨水花园在多种场地类型中的应用洪泉唐慧超 3) 塔博尔山中学雨水花园 塔博尔山中学雨水花园是一个面积约为 380m2的小型庭院,由校园建筑围合。由沥青 停车场改造,需要解决的主要问题是场地利用率不足、小气候温度过高。 图 2. 6改造前的沥青场地和改造后的雨水花园 来源:从美国风景园林师协会获奖项目看
18、雨水花园在多种场地类型中的应用洪泉唐慧超 设计基于场地存在的问题,通过对庭院空间的重新组织,将停车场改造成一个集艺 术、教育和生态功能于一体的创新性的雨水花园。暴雨时,周围屋顶和广场中约 2800m2 的径流雨水,通过管道和排水沟流入 lgOin2的雨水花园中。雨水花园的设计深度为 20cm, 随着雨量的增加,雨水花园中的径流雨水逐渐上升,超过 20cm,雨水自动流出花园并进 入下水道系统,如图 2. 7所示。雨水花园中设计了一条人性化的约为 0.6m宽的道路,由 细沙铺设,连接了雨水花园的两端。 该 “ 走廊 ” 的设计既能使人观察到雨 水从不同区域进入花园的过程,又能 作为工作人员修剪维护
19、雨水花园的通 道。在植物种植上,将莎草和灯心草 进行混植,在保证植物整体环境色彩 的情况下允许杂草的存在,以减少频 繁的维护。据统计,该雨水花园内收 集的所有降雨都能被渗透,且不会流入 市政排水系统。 图 2.7雨水收集平面示意图来源:改绘 2.5.2国内雨水花园成功案例 1) 北京奥林匹克公园 北京奥林匹克公园位于 北京市区的北部,城市中轴线 的北端,规划总用地面积为 1159hm2,分为南、中、北三 区,北区即北京奥林匹克森林 公园,占地 680hm2。 奥林匹克 公园的规划设计遵循循环水 务、坚持生态治河的理念、利 用生态自然系统、循环过滤系 图 2.8奧森公园雨洪利用系统图来源:北京奧
20、林匹克公园水系及 雨洪利用系统研究、设计与示范 统等先进技术净化水体,充分利用雨水和再生水资源,多水联调,实现了水资源的优化 配置,奥森公园的雨洪综合利用量超过 85%。 奥森公园的雨洪利用主要有以下 8种措施: a.利用屋顶 集中收集雨水,收集的雨水 流入建筑周边的透水铺装和绿地进行吸纳入渗,处理后的雨水用于绿地灌溉等景观用 水。 b.在园路、人行道中主要利用透水铺装进行雨水下渗。 c.设计态渗透型停车场, 在庭院广场和停车场中采用新型透水砖。 d.下凹式绿地,周围绿地低于铺装地面 50- 100mm,适当修建增渗设施。 e.沿道路修建渗滤行排水沟。 f.在自然地形的低洼处设 计雨水花园汇聚
21、雨水,形成良好的景观效果。 g.室外运动场运用收集下渗型运动场模式, 雨水排入相邻绿地。 h.信息化的雨洪调度系统,充分利用水系蓄洪。 奥林匹克公园中心区 地面景观及下沉花园中共有 9个地面景观雨洪集水池,容积 7200m3,下沉蓄洪涵道的总容积约为 11000m3。 下面主要介绍奥森公园中的下凹绿地技术 和透水铺装技术的运用。 A、 下凹式绿地。园内全 部利用下凹式绿地进行雨水 收集和净化,主要目的是控制 雨水的径流量,达到涵养水 源、回用雨水的目的。绿地低 于周围路面和广场 50-100nini, 降雨时,周围和广场的雨水流 入绿地下渗或者排入市政管 道。面积较大的绿地内设计一 定数量的雨
22、水口,超过 50mm 标准的雨水会经雨水口进入市政管道,如图 2. 9所示。 B、 透水铺装技术 奥森公园中大量的透水铺装在小型 广场、中心区的园路和非机动车道等地 采用。铺装面层采用风积沙透水砖、混 凝土透水砖青砖、嵌草石板路等,如图 2. 10 和图 2. 11。 树 阵 区 域 的 绿 化 带 低 于 铺 装 80- 100mm, 形成下凹式绿地。每棵树之 间为透水的硬质铺装,渗透型的树池结 构采用多孔的混凝土板制作,进而达到 图 2.9下凹式绿地原理图来源:北京奧林匹克公园水系及雨洪 利用系统研究、设计与示范 图 2.10混凝土透水砖铺装来源:北京奧林匹克公园 水系及雨洪利用系统研究、
23、设计与示范 收集雨水的目的,从而减少灌溉量。多余的雨水会通过埋在地下的管道入渗,进入专门 的蓄水池用于旱季的景观用水。 郑克白在北京市雨水利用概况 及政策介绍中经实地调研统计得出: 2007-2012年连续 6个雨季的运行情 况良好,历次暴雨期间,中心区所有 区域运行正常,无明显积水情况发生。 2009年雨洪利用总量为 402173m3,雨洪 图 2.11嵌草石板地面来源:北京奥林匹克公园水系 及雨洪利用系统研究、设计与示范 利用综合利用率高达 98%, 2012年 7月 21日,中心区经受住了长历时降雨的考验。下 沉花园 2号泵站雨洪排水泵从上午 10点 40分开始进行排水作业,至 22日凌
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