基于低影响下的场地规划设计思路解析

2014-09-05

中国建设信息化 2014年14期

关键词：不透水径流水文

1. 引言

自20世纪80年代，西方发达国家在实践中逐步形成了“低影响开发”（Low Impact Development）相关规划设计理论与方法。其主要目的是维持开发前的场地水文环境，做到低影响和防治环境污染。

2. 低影响场地规划的指导思想

低影响场地规划的指导思想是把水文作为一个场地规划的基本要素，在场地规划过程中通过各种分散的、小型的、多样的和本地化的非工程设施的应用，减少开发场地的不透水面积，控制场地开发对自然水循环的影响。具体包括一下五个方面：

①把水文作为场地规划的综合框架

传统的场地规划强调建立快速有效的场地排水系统，不考虑场地的自然水循环。在低影响场地规划中，把自然水循环纳入场地规划过程中，通过使用各种规划工具和控制方法去保护场地中的水文功能，模拟场地开发前的水文环境，而不是快速高效地进行场地排水。

②运用微观控制思想（microsubsheds）

低影响场地规划强调从微观视角处理雨洪，对地段场地内的雨水进行分散控制。

③在源头进行雨水控制

传统的场地规划，强调通过排水管网，对雨洪进行终端式处理。而低影响场地规划，强调从源头进行雨洪控制。这些措施包括运用功能性自然景观的渗透、过滤、截留，以及对污染物的处理功能。

④应用非工程设施

传统场地设计重视使用工程性措施，而低影响开发则基于水文生态学，采用非工程性的模拟场地自然水循环的生态基础设施。低影响场地规划中，使用非工程设施可降低特有工程材料的使用（如钢铁和混凝土等）。通过使用诸如原生植物、土壤和砾石这些系统可以提供更多机会模仿自然的水文功能，并且增加审美价值。“自然”的特点也可能增加业主的认可并愿意接受和维护这些系统。同时这些非工程设施系统还提供了一大技术优势：一个或更多的系统的失败不会损害场地控制战略的整体完整性。

⑤创造一个多功能的景观和基础设施

低影响场地规划提供了一个创新的城市雨水管理替代方法，统一而完整的把雨水控制体系融入到多功能景观特征中，在此过程中从源头对径流进行微观管理和控制。低影响场地规划能够使开发场地内的景观和基础设施（屋顶、街道、停车场、人行道、绿地）都具有延迟（detention）、保持（retention）、过滤和循环利用径流的功能。通过对场地自然排水方式的调研分析，可以规划出水流汇集的主要区域，合理布设人工排水系统。同时，有助于防止因建设人工排水系统而损害自然场地。场地中现存的天然排水方式应尽可能地通过植被缓冲区保护起来，避免因场地建设增加地表径流。

最终形成一个综合的具有自然水文功能的场地规划，保持了开发前的水文状况，进一步提高了场地的审美价值，并通过增加额外的特色景观提供了游憩资源。

3. 低影响场地规划与传统场地规划的区别

传统场地规划为了使场地的使用能够达到最佳状态，使用极为高效的雨水径流输送系统，它能快速的把径流输送到管道系统尾端的终端处理设备。道路、水沟、排水洼地等都经过精心设计以迅速的处置径流。传统的场地规划缺乏天然功能，由于不透水面面积的增加，造成水文（流量、频率、排放速度）大幅度变化，自然储存功能的丢失和径流输送时间的降低，进而破坏了自然水循环系统。与此相反，低影响场地规划通过非工程设施的利用创造性的把场地开发前的水文功能融入到场地规划中，从而对水系的稳定性、栖息地的结构、基流、水质等产生了积极作用，有效的保护了场地内的自然生态环境。

＞＞表1 传统暴雨管理技术与低影响开发技术的比较

传统场地规划中的雨洪管理需要一个非常高效的场地排水系统，虽然它提供了优质的场地排水，大大改变了自然水文机制并且提高了污染物的运输能力，但是这种方法非但没有解决场地内的水质问题而且大大提高了场地外的洪水发生频率，并且由于洪峰流量和洪峰发生频率的改变对下游水体造成严重影响。而低影响场地开发技术从微观视角，通过采用分布式的生态基础设施，有效的控制了场地内暴雨事件的发生，维护了场地的自然水文环境，也减小了下游受纳水体的污染负荷。

4. 低影响场地规划技术措施

4.1 减少对场地扰动的技术措施

场地开发过程中涉及到植被清理的问题时，应尽量减少对现有场地土地覆盖的破坏。开发的区域应设在对干扰不敏感或水文功能上价值较低的地区（例如，开发贫瘠的粘性土比开发森林砂性土对水文的影响更小），至少，开发区域应放在敏感区（如溪流、漫滩、湿地和斜坡）外的缓冲区。

使用场地特征识别（Site Fingerprinting）（最小干扰技术）可以进一步降低对场地的扰动，从而最大限度地减少水文影响。场地特征识别包括能够鉴别出最小的适宜区域和在场地上明确地勾画出场地的干扰限制区域。最小干扰技术减少对土地覆盖的影响包括以下内容：

①降低高渗透性土壤的铺装和压实；

②尽量减少建筑用地的使用规模及物料储存区面积，并在项目建设阶段把储备物资放在开发的范围内；

③合理进行建筑布局以避免移动现有的树木；

④通过减少铺装面的总面积缩小不透水面积；

⑤勾画和标记最小的场地干扰区以尽可能减少土壤压实，以及控制建筑设备暂时储存在这些区域；

⑥尽可能断开不透水面以增加渗透机会，减少径流流量；

⑦维护现有地形特征以促进分散的排水流动路径。

4.2 控制场地内不透水面技术方法

4.2.1 最小化总不渗透区

在开发范围确定之后或同时进行，就可以制定交通模式、道路设计和初步布局。整个交通的网络（道路、人行道、车道和停车区）是场地不透水区的最大来源，如图4所示。这些不透水面积的变化改变了径流补给值和场地水文（图1）。由公路和停车场铺装面组成的不透水面是低影响场地规划过程中的重要组成部分。减少不透水区径流总量的方法介绍如下。

＞＞图1由于城市化而导致的不透水面变化

（1）改变道路布局

交通或道路布局对场地规划中的总不透水面和水文环境有非常重要的影响。图2说明，在不同的道路布局选项中铺面或不透水面的总长度有显著的变化，选择一种合理的道路布局可以降低26%的不透水面积。

＞＞图2铺装长度（不透水面变化与道路布局相关）

（2）缩小道路断面

减少道路断面宽度是一个可以用来减少场地不透水面的替代办法。图3显示了一个典型的一般住宅街道断面和一个典型的农村住宅街道断面。两个断面右边的宽度是18米。主要居住区铺装断面的宽度为12米宽，其中断面包括路缘石和排水沟。通过在农村居民点路段使用农村道路断面，路面宽度可以减少到9至12米，它表示铺面宽度可以减少33%。农村道路断面中消除了混凝土路缘石和排水沟，并且使用了路边植被洼地，这样使建设成本大大降低。

（4）减少路旁停车

减少道路一侧停车，甚至完全消除路边停车，能够减少路面和由此产生的场地总不透水区面积的25%-30%。

＞＞图3典型道路断面

（5）车道

车道是场地中另一个能够被规划以减少总不透水面积的元素，可以使用下面一些方法，其中包括：

①尽可能使用共享车道，尤其是在敏感地区；

②限制行车道宽度为3米（适用于单车道和共享车道）；

③车道和停车场使用透水铺面材料如透水砖或碎石等，以增加径流的渗透和运输时间。

4.2.2 减少直接相连的不透水区

当不透水区域无法减小的时候，还可以通过分散不透水区等微处理措施减少对水文的影响，这些措施包括如下：

①分散屋顶排水和引导水流流向植物种植区；

②引导来自铺装面（比如车道）的水流进入固定的植物生长区；

③分散来自大面积铺装面的水流流向；

④仔细确定不透水面以便使径流从自然生态系统、植被缓冲区、自然资源领域或土壤渗透区流过。

4.3 改善场地内径流路径

汇水时间（Time of Concentration，简称TC），连同场地中的水文条件，决定了雨水排放频率的峰值。场地和基础设施将影响到汇水时间，其中包括输送距离（流动路径）、地面边坡、表面粗糙度以及沟渠的形状和模式等。

通过管理场地开发中的径流和输送系统把影响和控制TC的技术纳入到低影响场地规划中：

（1）增加地面径流。低影响开发场地内应该最大限度延长地面水流的距离，并尽量减少开发后对汇水时间的干扰。这种做法将增加径流的输送时间，从而也增加了汇水时间。因此，排水洪峰率也会降低。区域中被分级为自然排水方式的径流流动速度应该尽可能低，以避免水土流失。径流可以通过沿自然排水缓冲区的高地突起安装片流转换器(Level spreaders)减缓速度，或在缓冲区高地一侧创建一个平坦的面宽约9米的草地用于分散径流，这草地可以被纳入到缓冲区本身。

（2）增加和延长径流路径。地表径流路径的增加同时也增加了入渗和输送时间。低影响场地规划的目标之一是提供尽可能多的经陆路或坡面的径流，以增加用于屋顶和车道水流到达开发洼地排水系统的时间。要做到这一点，设计人员在确定去捕捉径流到达草地之前可以直接将屋顶和车道径流引入生物滞留设施、渗透沟、干井或者水箱。、

（3）改善场地斜坡道路布局。在陡峭的坡地区兴建道路不必要地增加了对场地土壤的干扰。良好的道路布局，通过道路等级设计和遵循沿山脊线运行，避免把道路放置在陡峭的斜坡上（见图4）。如果场地内的道路使用传统的道路设计规范，那么陡峭的场地坡度往往需要增加填挖量。如果纳入到初始的细分布局过程中，坡度能够成为开发的有力条件。