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海绵城市

湖北武汉豹子溪海绵城市设计

豹澥湖处于武汉和鄂州两城之间,豹子溪作为豹澥湖的重要入湖河道,承担着重要的防洪排汛功能,因此将项目建设成为集雨洪管理、自然生态、休闲娱乐、科普教育等于一体的滨水城市公园更具有“海绵城市”的示范作用。

项目概况

  A.项目背景

本案位于湖北省武汉市江夏区,北起高新五路,南至东园南路,排水明渠长约1780m,规划排水走廊控制红线宽200m。江夏区,东与鄂州、大冶毗邻,南与咸宁交界,西与武汉经济开发区隔江相望,北与东湖新技术开发区接壤。年均降雨量1269毫米,且多集中在6~8月。江夏区原属武昌县,是武汉市的南大门,素有“楚天首县”之美誉。

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  B.场地现状基础分析

a.现状驳岸分析──现状驳岸绿化以地被为主,大型乔灌稀少,可能因暴雨径流而形成雨水冲刷;河道防洪安全缺失,缺少防洪弹性,提倡生态型驳岸设计。

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b.周边建筑分析──周边建筑较少,多数正在修建中,且建筑区域和湖边区域之间保持了良好的缓冲带。

c.现状植被分析──现有植被种类和数量均较少,植物层次不丰富,色彩单调,场地生态系统单一,缺乏生物多样性。

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d.场地道路分析──项目地周边地势广阔平坦,可开发地块充足,有已建成桥梁,且规划道路正在陆续修建。

e.场地水体分析──桥梁下部有雨水管道裸露在外,雨污未分流,且未经处理直接排放,导致局部水体污染严重。

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  C.场地竖向分析

根据甲方提供的地形资料,得出以下分析结论:

高程值──项目所在区域地势为北高南低、东高西低,整体高差起伏较小,拥有便于设计的条件。

汇水方向──水流方向为两侧汇入渠道,由北向南汇入豹澥湖。

  D.三大挑战

挑战一:如何在丰水期保证渠道有足够的泄洪能力?

挑战二:从生态性和景观性方面考虑,应当如何保证枯水期水位?

挑战三:如何恢复场地的生态系统,打造生态湿地景观?

设计目标及设计策略

  A.设计目标

建设成为集雨洪管理、自然生态、休闲娱乐、科普教育等于一体的具有“海绵城市”示范作用的滨水城市公园。

  B.设计策略

策略一:水系统

通过梳理现有河道,对河道进行拓宽、生态化处理,将之建设成一条以雨洪管理为基础的,兼顾生态、生活、景观等的多功能休闲“蓝脉”,增强河流的自净能力,构建污水治理系统。

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策略二:低影响开发

在雨洪控制的基础上,以海绵城市为大背景,将“渗”“滞”“蓄”“净”“用”“排”等技术手段设计运用于整个项目,将其建成未来的城市“海绵公园”。

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策略三:建立城市绿地系统

项目在上层规划中属于公园用地属性,起着城市绿廊的作用,但现状植被单一匮乏。在未来的设计中,修复当地的植物群落,借用水资源构建丰富有序的绿地生态系统,紧密连接南北大型公共绿地,稳定城市绿地系统。

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海绵城市设计

 A.河道设计及防洪设计

a.流域排水现状

豹子溪沿线雨水排放属于豹澥湖汇水区的豹子溪排水系统。豹子溪排水系统的汇水范围西起光谷二路,东至光谷五路,北起高新大道,南至豹澥湖,汇水面积为19.4km2。系统内的雨水主要通过宽度为5~20m左右的现状沟渠汇入豹澥湖。

豹子溪沿线污水属于豹澥污水处理厂服务范围。豹澥污水处理厂主要服务三环线以东、九峰山以南的地区,服务面积233km2,规划规模30万m3/d,现状规模7万m3/d。

b.渠道设计流量

根据现状高程、汇水区、坡向及坡度等数据,科学地设计正常水位、50年一遇雨洪水位、最高水位的淹没区域,在合理的工程范围内进行水陆格局的梳理。

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根据《东湖国家自主创新示范区总体规划》,该片排水体制采用雨、污分流体制,雨水分散排放,污水集中收集达标后排放。

根据《豹子溪(高新五路—东园南路)排水明渠修建规划》,城市排水防涝设计重现期采用P=3a,渠道防洪设计重现期采用P=50a。

豹子溪设计雨水排渍设计流量按下列公式进行计算: Q=Ψ·F·q L/s

其中,雨水流量q采用汉口暴雨强度公式(2000年修编)计算。

①P=0.5~10a时,采用以下公式计算:

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②P=10~50a时,采用以下公式计算:

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式中:Ψ—综合径流系数,非城市建设区采用0.15~0.2,城市建设区采用0.65;

F—汇水面积,19.4km2;

q—设计暴雨强度(L/s·ha);

t—降雨历时(min);

P—暴雨重现期。

结论:根据计算,豹子溪设计流量为QP=3a=89~103m3/s,校核流量QP=50a=180~221m3/s。

c.渠道水力学计算

计算内容:根据渠道下游水位、设计流量及渠道设计断面计算渠道水面线。

按恒定非均匀流计算。根据渠道控制水位、设计流量及渠道断面,根据伯诺里方程,采用水面曲线计算法求得。局部水头损失考虑进口水头损失及桥的水头损失。

计算公式如下:

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式中:符号的下标1、2分别代表同一河段的下游断面和上游断面;hf――沿程水头损失,

hj──局部水头损失,参见《给水排水设计手册(第二版)》。

计算条件:

设计渠底坡度:i=0.0002~0.0004;

设计断面形式:缓坡生态岸坡、直立驳岸;

渠底高程:16.62~17.06m;

渠底宽:30~50m;

边坡比:m1=1:3;m2≤1:10,按m2=1:10计算;

土质明渠,渠道糙率系数:n=0.025。

 d.计算结果

渠道水力学计算结果见表1~2。

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B.生态建设

a.河道水体净化措施

现状河道水质较差,建议利用水生植物形成完整的净化体系,对现状水系水体进行净化。水生植物要求生命力强,能较好地适应环境,可吸收水中营养物、重金属离子、N、P,并易于后期管理。

 b.场地雨水净化措施

采用下凹式绿地、生态草沟等,最大限度地实现河道两岸的雨水积存、渗透和净化,促进雨水资源的循环利用。

下凹式绿地及生态草沟在积蓄雨水、组织利用的同时,存在丰水期与枯水期交替出现的现象,这就要求所种植的植物品种既要适应水生环境,又要具有一定的抗旱能力。因此需优先选用根系发达、茎叶繁茂、净化能力强的两栖植物,如鸢尾、芒草、蒲苇、芦苇等。

c.生境营造

密林灌草丛/隔离林带:该类生境主要构建郁闭度较高的密林环境,隔离道路对河流的影响。密植高大的乡土或浆果类乔灌木,吸引鸟类觅食和栖息,进而构建完整的林地动物群落结构。

缓丘疏林草坡:场地主要包括水岸周边面积较大的干燥地、缓丘草坪、疏林等。通过品种丰富的乡土花灌及地被植物品种营造吸引昆虫、鸟类觅食的生境。

野生禾草地/湿生草丛:在滨水驳岸及近水的低洼地打造湿生草丛环境,以禾草类植物为主,也包括一些乡土的湿生植被,通过不同类型的湿生植物和水生植物吸收、沉淀、降解污染物,达到净化的目的。

d.人工湿地建设

湿地土壤由于其特殊的水文物理特性而具有强大的蓄水功能,雨水可以被积存在湿地地表、植物体内以及土壤的泥炭层和草根层中得到层层净化,提高局部地区空气湿度并为周边绿化提供灌溉水源。

建设人工湿地可在近岸浅水区堆土填方,并种植挺水植物和浮叶植物等,形成近岸浅水区,丰富岸边景观,同时形成豹澥湖与河岸的缓冲带。

在水面较为开阔的深水区,选取生态浮床,加强中心湖区水域对水污染的削减能力,削减富营养化水体中的氮、磷及有机物质,净化水质。

生态浮床技术是人工把高等水生植物或改良的陆生植物,种植于浮于水面的床体上,通过植物根部的吸收、吸附作用和物种竞争相克机理,削减富营养化水体中的氮、磷及有机物质,从而达到净化水质的效果,营造水上景观。

C.雨水综合处理

雨水收集系统设置要充分利用室外地下空间,不占用建筑容积率面积。雨水收集过程主要部件包括:管道系统、功能单元(流量控制系统单元、沉淀过滤系统单元和检查井等)、埋地式雨水收集箱;部件应尽量选用抗腐蚀性较强并能循环使用的环保非金属材料,如PE或PP材质。为保障系统在长期运行中安全无泄漏,应采用热熔、电熔连接的管道,选用功能单元和埋地式雨水收集箱的优质成品。

a.在雨水收集的整个过程中尽量只靠雨水自身重力流来完成雨水弃流、过滤、沉淀分离等功能过程,运行无能耗以达到节能的目的;雨水收集系统应设置通气系统,以保证内外压力平衡。

b.雨水管理系统力求投资省,运行费用低,日常维护简单、方便、安全,充分结合景观设计,通过对雨水的利用起到节水、保护水资源、减轻城市雨洪负荷、改善城市生态环境的目的。

c.将雨水廊道纳入发展的规划之列,它将作为收集系统,来处理和渗透邻里社区的雨水。生态湿地和雨水花园将在城市径流排放到地下水和城市排水系统之前,首先进行收集和净化。

d.创新的排水和渗透系统将被嵌入草木覆盖的基质中,在建立生态服务的同时也为游人提供视觉享受。

 D.生物滞留设施设计

a.广场式生物滞留池

雨水管道通过广场中央的大型种植槽过滤之后,排入豹子溪泄洪渠,种植槽中的植物对水质起到净化作用,同时雨水本身也为植物生长提供充足水分。

 b.生态过滤湿地

生态过滤湿地靠近岸边,为浅水区,分布大量净水植物,可对地表水起到过滤作用,中部能够涵养水源,形成小型生态系统,多余水分流入渠道。

c.生态草沟

生态草沟以耐水植物为主,对雨水起到净化和涵养的作用,同时又能形成良好的视觉景观。

d.湿塘式生物滞留池

湿塘式生物滞留池为跌级式处理,通过雨水管网引入水源,分级净化,同时涵养水源,配合沿河栈道,打造独特的生态景观效果。

e.植物缓冲带

地表径流通过植物缓冲带能够过滤大量杂质,再通过岸边置石深层过滤,净化后的地表水自然流入渠道。

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