沈阳市居住区雨水资源化设计与利用

2017-05-22徐济洋孙婧王琳玮王心悦石平

绿色科技 2017年8期

徐济洋　孙婧　王琳玮　王心悦　石平

摘要：指出了雨水花园是一种有效的生态可持续的雨洪控制与雨水利用设施。以沈阳市某居住小区的景观设计为例，通过分析小区内雨水资源潛力，证明了住宅小区内通过屋面、道路、绿地所收集到的雨水可部分满足该居住区内的绿化用水以及道路的浇洒用水，并在小区内进行了雨水花园的试设计，计算得出了小区内雨水花园的面积，为沈阳市生态住宅小区内雨水资源的管理与利用提供重要科学依据。

关键词：雨水花园；雨水资源化；生态住宅小区

中图分类号：TU992.03

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）8018804

1引言

随着“海绵城市”的城市发展理念在全国范围内的不断推进，沈阳市目前也处在积极申请“海绵城市”试点的努力和探索当中，对于雨水资源的收集与利用已经成为沈阳市生态化进程中的必要一环。居住小区作为城市建设体系中的重要组成部分，占到沈阳市城市用地面积的21%～33%之间，其中蕴含着大量尚未利用的雨水资源，结合沈阳市独特的地域气候特征，以雷明雅阁小区为例，对小区内可利用的雨水资源进行定量计算，对居住区内雨水花园进行试设计，并利用水量平衡分析法计算得出雨水花园的面积。最终为沈阳市构建“海绵综合体”提供数据参考。

2沈阳市雷明雅阁小区设计简介

2.1项目概述

雷明小区工程地处沈阳市沈北新区，北临沈北开发大道，南至正良五路，东临沈阳亚特重型装备制造有限公司，西至京沈西四街，交通便利，总用地面积为56744 m2，地势平整，是城市景观及商业重要地段。该区域属温带半湿润季风型气候，由于受大陆性和海洋性气团控制，其特征是冬季漫长寒冷，春季多风干燥，夏季炎热多雨，秋季湿润凉爽。据沈阳市中心气象台多年资料统计，气温多年平均为7.9℃，最高为35.7℃，极端最低为-30.5℃，年平均降雨量为734.5 mm，日最大降水量为178.8 mm，集中在6～9月份，年平均相对湿度为65%。

2.2小区规划设计理念

小区规划用地形状基本完整，呈方形，具备完善的市政设施。小区规划分成两个区，北面临沈北大道为小高层，充分考虑城市景观，南向主要以多层为主，多层住宅形成相对独立的院落，每个院落形成自己的空间围合，自成体系，保持各自的完整性。小区内通过一横、一纵两条轴线将南北两个区域有机联系起来，通过景观道、中心广场和中心绿地相互联系，形成辐射整个小区的景观网络，小区景观主轴线与小区道路保持同步，创造有序的交通空间及自然化的休闲活动空间。收放的小区空间和序列化渐进式的景观布局结构，引导人们进入小区，远离城市喧闹，感受家的温馨与惬意，感受小区风情。小区人行主入口设于小区北侧主道路，居民通过入口大堂进入园区，方便居民安全出入，同时形成另一条小区轴线。车行出入口安排在园区西侧京沈西四街，缓解沈北大道的出行压力，在南向正良五路上设一次入口。

3雷明雅阁居住区雨水资源可利用潜力分析

3.1雨水资源潜力计算分析

沈阳全年平均降雨量为690.4 mm，降雨主要集中在4～9月份，7、8月份最为集中，其中7月份达到最大值，为165.5 mm，4月份降雨量仅为39.4 mm，夏季6、7、8月份占年均降水量的60.7%（图1）。

沈阳市近30年1～12月份平均降水量如表1所示，居住区内对于雨水资源的收集和利用主要来源于屋顶径流、道路径流、绿地径流3种，结合沈阳市实际气候条件，从这3个方面对4～10月份小区内雨水资源利用进行潜力分析。

屋面、道路、绿地雨水径流量（V）的计算均可采用公式V=Aα·H·β·φ，式中Aα为汇流面积（m2）；H为实际降雨量（m）；β为初期雨水弃流系数，即除去不能形成径流的降雨、弃流雨水雨水等外的可回收系数，取值0.87；φ为径流系数，根据GB50015-2009建筑给排水设计规范，一般混凝土或沥青路面雨水设计径流系数φ为0.9；绿地径流系数φ为0.15；屋面径流系数φ为0.9（表1）。

从表2可以看出，雷明雅阁小区4～10月份绿地、道路、及屋面的雨水径流量相差均较大，其中地径流量为29.18～122.55 m3，道路径流量为280.09～1176.54 m3，屋面径流量为1295.03～5441.41 m3。雨水总径流量方面7月份最大，为6740.50 m3；4月份最少，为1763.52 m3。4～10月份之间道路总径流量为4480.21 m3，绿地总径流量为406.89 m3，屋顶总径流量为20728.66 m3。其中，道路总径流量占总径流量的比重为17.5%；屋顶径流量占总径流量的比重为80.9%，所占比重较大，不可忽略不计。可以通过引入雨水资源利用相关设施，对道路、屋顶及绿地雨水径流进行蓄渗及利用。

3.2居住小区水量的消耗估算

3.2.1绿化用水量（V4）

结合沈阳市冬季特殊的环境条件，绿化用水时间一般在4～10月间，根据GB 50555—2010民用建筑节水设计标准中浇洒草坪、绿化年均灌水定额的规定，沈阳地区绿化类型为冷季型一级养护，年均灌水定额为0.5 m3/（m·α）。因此，沈阳市雷明雅阁小区内的草地绿化按冷季型的一级养护标准来确定灌水次数、灌水额定以及灌水周期。

从表3可以看出，沈阳市雷明雅阁小区4～10月份绿化用水量为236.43～709.30 m3，相差较大，其中六月绿化用水量最多为709.30 m3；4月份绿化用水较少，为236.43 m3。其中4～10月份该小区设计绿化用水总量为3310.08 m3，月均绿化用水量为472.87 m3。

3.2.2喷洒道路用水量（V5）

该居住区的道路面积为9079.04 m2，根据GB 50555—2010民用建筑节水设计规范，选取道路浇水用水额定为0.4 m3/（m2·次），早晚各浇洒一次，年均浇洒时间为100d，通过这些民用建节水规范中的道路浇水标准来进行计算得出年均用水量（V5）=9079.04 m2×0.4 m3/（m2·次）×2×100×10-3=726.32 m3，根据沈阳市独特的气候环境特征，可以认为道路只需要在4～10月份浇水，所以月均用量103.76 m3。

3.3水量平衡计算

由于本项目已考虑到初期雨水弃流，雨水可回用的水量宜按照可回收雨水总量的95%计算。

4雷明雅閣小区内雨水收集利用模式的试设计方案

小区内的规划设计中运用了大量的硬质铺装，导致小区内的径流量大大增加，当遭遇暴雨灾害时，会造成小区内洪涝灾害，对小区内住户的生活造成极大的影响；同时也对雨水资源造成了一定的污染，对后期的回收再利用工作也造成了不利影响。因此，若是对小区内雨水资源进行有序收集，并加以合理利用，便可以减小小区内雨水的径流量，降低洪涝灾害带来的不利影响，缓解城市内涝问题。

小区内屋顶、道路停车场以及绿地是雨水收集的最主要三个来源，为了实现对于雨水资源更快速更有效得收集以及利用，本文针对屋顶、道路以及绿地，拟分别采用设置屋顶花园、透水性铺装并对道路绿化带进行低影响开发以及建造雨水花园的方式作为小区内控制雨水径流量、收集雨水的主要途径，并最终达成对于小区内水环境系统的协调规划。

4.1屋顶花园的设计

屋顶花园是一种有效的雨水资源开发模式，它的工作原理是在屋顶设计一定厚度和结构形式的种植层，种植适宜的植物以实现对于屋顶雨水资源的收集利用。由于沈阳市位于中国东北地区的南部，辽宁省中部地区，属于温带季风气候区湿润和半湿润大陆性气候，房屋类型多为平屋顶，所以雨水花园在沈阳地区的开发与利用有得天独厚的优势。屋顶花园建造应当注意以下问题。

4.1.1减少屋顶荷载：

在屋顶花园的设计中，要求屋顶提供350 kg/m2以上的外加荷载能力，在具体设计中，为了减轻荷载，应将亭、廊、假山、花坛、水池等体重较大的景观设计在承重结构或跨度较小的位置上，同时尽量选择人造土、泥炭土、腐殖土等轻型材料。

4.1.2防水设施及排水系统

在满足承重要求之后，应对整个屋顶进行防漏处理，其防水层处理应采取复合防水设施，即设置涂膜防水层和配筋细石砼刚性防水层两道防线。涂膜防水层应用无纺布做一簿二涂，在此基础上做刚性防水层，刚性防水层与屋面泛水必须一层完成，以保证其防水质量。涂膜防水层施工完成后，还应进行一次防水试验。同时，在屋顶园林施工中，不管何种原因均不得打开或者破坏屋面的防水层或保护层。紧接着就是设置完善的排水系统，除溢水孔、天沟外，还应设置出水口、排水管道等，并做好定期清洁、疏导工作。

4.1.3路径建设：

一般路径宽50～70 cm，路径的路基可用6 cm宽的砖砌成，每隔1.5 m左右砌留贴地暗孔道排水，暗孔宽约7～8 cm。用水泥砂浆作为路基，在路基上铺贴鹅软石，屋顶面的落水管、排水管等与园林气氛极不协调，可用假山石将其包藏起来，也可用雕塑手法把它隐藏成树干等。

4.1.4适宜沈阳市屋顶花园的植物选配

（1）所选植物要适应沈阳市的气候特点

沈阳市冬季寒冷干燥，有较长时间的霜冻期，夏季炎热多暴雨，且降雨多集中在7、8月份。为了能使屋顶花园植物能够在屋顶花园系统中充分发挥自身作用，针对沈阳市独特的气候特点，所选植物需要有较好的抗寒性、抗涝性以及抗旱性。比如：小叶女贞、紫花地丁、紫花玉簪、桔梗、萱草、黄花菜、石碱花、铃兰等。

（2）适应屋顶的小气候环境

高层建筑的屋顶日照时间长，光照强度大，尤其是在夏季，屋顶花园温度高、风力大、土壤保湿能力差，所以比较适合选用喜阳性植物，具有较强的抗倒伏能力，以适应恶劣的屋顶环境。比如：蛇鞭菊、马兰花、鸭舌草、细叶芒、茼麻等。

（3）选用成本较低的乡土植物

经济因素在屋顶花园的大范围推广方面具有重要影响，而采用沈阳的乡土植物可以有效地降低经济成本，并且可以较好的适应沈阳本地的土壤气候环境，所以沈阳市生态小区内比较适宜种植沈阳的乡土植物。如榆叶梅、白三叶、丁香、红刺玫等。

屋顶花园要以植物景观为主题，注重生态效益，以经济成本较低的乡土植物为主，注重乔、灌、草相结合的搭配模式，以增强景观的空间层次感。沈阳市冬季寒冷干燥，而且有较长时间的霜冻期，会导致屋顶花园在冬季绿化效果较差，所以宜以常绿植物为主，再搭配以彩叶树种以体现季节的变化。

4.2道路、广场、停车场的生态设计改造

小区内的道路、广场、停车场都尽量避免铺硬化路面，应采用渗水性比较好的透水铺装，这样可以增强地面的透水性和透气性，使雨水及时渗入土壤，以涵养地下水源，削弱城市热岛效应或着通过渗水管道排入道路两旁的排水沟，将道路以及广场上收集的雨水汇入雨水花园，进行回收净化处理。

道路以及小区广场所收集的雨水要进行除污净化的初步处理，在道路两旁的雨洪管道口设置截污挂篮，以防止雨水携带树叶、塑料袋等较大型的杂物进入排水管内。在小区内的停车场可铺设草坪砖，将停车场面积充分利用，这样既可以满足小区内的停车需求，又可以增大小区内的绿地面积，减小了路面的径流量。如图2。

4.3绿地内雨水花园面积的计算

屋顶花园+浅草沟雨水集蓄系统在小尺度空间上应用前景广泛，非常适用于生态小区的雨水收集系统，通过这种雨水积蓄模式将在小区内所收集到的剩余雨水资源汇入已设计好的雨水花园中，以便小区内居民的再次使用。

雨水花园在解决平日里低强度降雨产生的径流的同时也要满足强降雨的蓄水要求，通常以24h最大降雨量100mm的降雨量为标准进行计算，雷明雅阁小区所需要的雨水花园汇水面积，可采用公式（1）计算。

Af=

Aα×H×φ×df3600×K×T×（df+h）+nd2f-H×df+hm×（1-fv）×df（1）

式中：Aα为汇流总面积（m2）；K为种植土渗透系数，沈阳可取3.5×10-6（m/S）；T为降雨时间，取24 h，df为种植土和填料层厚度，一般取0.5m；h为蓄水层设计平均水深，一般为最大水深（hm）的50%（0.1 m）；fv为淹没在水中植被的平均体积率（20%）；n为空隙率，种植土层和填料层平均为0.3。

通过计算得出沈阳市雷明雅阁小区需要雨水花园面积约为4599 m2，足可满足小区在较强降雨的情况下居住区内道路一级绿地雨水的蓄渗。

5结论

本文选取了位于沈阳市的一处居民小区进行了小区内雨水资源的潜力分析，经过计算可以得出小区内在4～10月份期间的降雨量可以满足小区内的绿化用水以及道路喷洒用水，为了更加有效地收集小区内的雨水资源，降低地表雨水径流系数，对小区内的屋顶、道路、广场、绿化等用地进行了生态改造，通过建设屋顶花园、使用透水性铺装、建造雨水花园等方式，来提高小区内对于雨水资源的收集和利用效率，具体提出了屋顶花园并计算出满足小区使用需求的雨水花园的面积，解决了沈阳市小区内对于雨水资源浪费严重的问题，降低了夏季暴雨所造成的洪涝灾害影响，为沈阳市生态住宅小区内雨水资源的管理与利用提供借鉴以及数据参考。

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