五山地区雨水花园改造设计与分析——以华南理工大学五山校区为例

高校校园的防洪功能、景观功能以及生态功能。
五、国内校园雨水花园实践案例1.湖南农业大学校园“红轴”。
“红轴”建立具有生态多样性的环境和隐形蓄水系统,避免校园遭受雨洪灾害,营造了自然环境优美、人文气息浓厚的校园教学环境。
校园的隐形蓄水系统由汇水洼地、纳水口、渗水盲沟、地下渗蓄坑、出水口和蓄水池塘等组成,将雨水的收集、渗透、利用和排放组成完整的系统, 将节水、蓄水措施不露痕迹地贯穿于城市绿地当中[6]。隐形蓄水系统通过汇水洼地吸纳雨水,缓解了场地的雨水流速,并且通过雨水洼地加快雨水的下渗速度,使雨水加速流向更大容量的蓄水点,保证校园的过量雨水得到回收以及充分再利用。
2.清华大学胜因园。
胜因园建于1946年,局部地形相对低洼,且市政排水设施不足,容易导致内涝。胜因园雨水公园改造工程规模9640平方米,具有丰富的景观效果和雨水管理功能,结合休闲、科普展示系统、活动木平台等,实现“校园雨水管理示范园”。场地改造强调从雨水径流的源头处采取措施加以控制和调节, 根据现状设计
合理引导雨水径流的流向。通过对道路、绿地等下垫面进行改善, 增强其渗透性, 将雨洪管理措施与绿地景观改造结合, 使场地在解决雨水内涝的前提下创造了雨水与景观交融的新举措[7]。
3.案例分析。
通过上述案例总结得到校园雨水花园改造设计关键点如下:
①最大限度地收集和储存雨水。改变传统的以排水为主的雨水管理方式,在校园内产生的雨水径流最大限度地收集并存储在绿化带中,以补充地下水,并对其绿化植被进行灌溉。
②绿地系统及雨水收集设计。将校园绿地系统整体设计,以低洼集水区为绿地布局范围,调整竖向设计与周边集水区相衔接,主要采用凹形绿地、进水口、出水口、雨水池、渗水道、地下储罐等雨水管理设施。
③雨水管理及景观设计。采用多种形式的雨水管理设施,如带状沉没绿地、雨水塘、梯形洼地等。通过设计与地形的结合,形成具有多种景观效果的生态廊道,实现雨水管理设施生态与景观的融合。
六、五山校区东湖区域改造与分析1.东湖区位概况。
五山校区洞庭湖(亦即东湖、西湖)是天河区内14个天然山塘湖泊的一部分,是珠江支流之一猎德涌的发源地,与珠江相连通,具有特殊意义。
一、雨水花园的概念雨水花园是一种有效的雨水自然净化与处置技术,也是一种生物滞留设施。一般建在地势较低的区域, 通过天然土壤或更换人工土和种植植物净化、消纳小面积汇流的初期雨水。它具有建造费用低, 运行管理简单,自然美观,易与景观结合等优点而被许多国家推崇采用[1]
。在我国,雨水花园的应用具有十分广阔的前景。二、校园内涝的现象
在暴雨频发的夏季,广州校园时常遭受内涝袭击。五山校区常见校园内涝现象。住建部调研发现,2008到2010年间,62%的城市发生过内涝[2]。而大学校园作为城市的重要功能区,承担着许多校内人员的日常生活。校园内涝引发的道路漫水、交通阻塞等现象,严重影响在校师生的学习生活以及出行安全。
三、五山校区概况
华南理工大学历史悠久,在1952年由以当时的岭南大学、国立中山大学、华南联合大学三校的工学院为主体合并成立为华南工学院。其中,五山校区地处广东省广州市,前身为国立中山大学石牌校区,校区占地2740亩。
广州在典型的亚热带季风气候影响下,每年4~6月,冷暖空气频繁交替, 产生了前汛期降水;而7~9月, 经常有台风等热带天气系统的影响,形成后汛期降水。受中低纬环流影响显著, 暴雨常常造成广州
地区洪水泛滥,给人民的生命财产和经济带来重大的损失[3]。广州市多年平均年暴雨日数为7.9 日, 其中89.9%的暴雨发生在4~9月的汛期,暴雨日数的月际变化呈现出单峰结构,峰值出现在6月,为1.8 日。对广州降水贡献率最大的是暴雨, 为总降水的1/3左右[4]。
五山校区最近一次大暴雨发生在2018年09月16日。台风“山竹”于当日17时前后在江门市台山沿海登陆,
造成直接经济损失142.3亿元[5]。
五山校区受台风“山竹”带来的暴雨袭击,校园出现湖水溢流、道路水浸、宿舍屋顶掀翻、玻璃爆裂等现象。
四、五山校区雨水花园应用前景受气候影响,年代久远的五山校区易遭受校园内涝,严重影响在校师生的教学生活。雨水花园作为一种防洪手段,可有效地收集和处理雨水。同时,雨水花园可减少暴雨期间校园道路上的雨水径流,促使雨水有组织排出,缓解校园内排水管道的压力,保证校园内道路的正常通行。
此外,在五山一带有华工、华师、华农等诸多校园场地,常受校园内涝侵扰。将雨水花园的设计应用到五山校区中,不仅可改善五山校区的水环境、为校园水循环系统补充雨水资源,更可为广州高校提供示范,加强
五山地区雨水花园改造设计与分析
——以华南理工大学五山校区为例
王文政 胡博源 贺弈铭 明 健 范子钿 华南理工大学五山校区建筑学院
摘 要:
在亚热带季风气候条件下,广州地区在4-6月常受雨洪灾害影响。当前,针对广州地区校园内涝的研究仍较少。为尝试提供适应亚热带气候的校园内涝应对方案,以华南理工大学五山校区(以下简称五山校区)为例进行校园雨水花园改造设计。通过雨水花园的设计手段和技术设施,解决校园内涝问题,改善校园水循环系统和雨水环境,推进生态校园建设。同时,为广州地区校园雨水花园的设计提供一定参考。
关键词:五山地区;雨水花园改造;设计与分析
5.东湖区域改造总体布局。
根据场地现状,将东湖区域划分为3个不同的区域:自然式雨水花园区、景观休憩式雨水花园区、宣传教育区3个分区。以实现场地内部雨水利用、景观休憩和宣传教育三大功能结合。
东湖区域改造布局(作者自绘)
6.场地具体方案改造。(1)分区改造
改造区域选定为东湖周边的步道。此处存在较为严重的排水问题,下雨时在路旁经常有积水无法及时排走,而降雨量过大时会淹没旁边的花坛。而由于长时间的雨水作用导致此处步道地基严重不平整,即使天气晴好,凹凸不平的路面也给行人带来不便。
由于靠近东湖,可将雨水通过步道系统改造为雨水花园后进行雨水处理后导入东湖水体排水。
1)单元整体方案设计
区域单元整体的方案基本思路是:通过对东湖附近植物区域进行雨水花园式设计,通过地下水管的贯通解决区域排水问题,同时通过不同材料的选用,形成美观的视觉效果。
东湖与西湖相连通,横贯五山校区教学科研和行政生活的中心地带。在南北走向上,东湖置于华工校园中轴线之上,是在校师生前往教学区、五山地铁站的必经之地。
2.东湖现状问题。
根据现场调查和对在校师生的采访,可知在一般降雨情况下,学校管网可正常完成排水任务。降雨量较大时,因管网排水能力差、排水系统设计标准低以及地势低洼,东湖区域易发生校园内涝现象。
进一步调研发现,东湖区域雨水主要是通过校园雨水管网排放至东湖,主要依靠的是呈分散式布置的排水管网,包括雨水管、雨水明渠和雨水暗渠等方式。由于管道年份久远,在降雨量较大的时候无法满足校园的排水需求。在夏季暴雨时,由于校园内道路表面的渗透性较小,使雨水滞留在路面上,容易导致雨水满溢、道路积水等现象。
东湖周围的绿地布局零散、破碎,许多土壤已经硬化,植物难以生长。场地地形凹凸不平,道路的雨水径流被绿地系统的自渗透、自调节所吸收。当有强降雨时,绿地内瞬时降雨量较大,道路雨水径流进入绿地,超出绿地的自我调节能力,造成绿地内涝,绿地内植物受到危害。
3.现场土壤测试。
在东湖区域雨水花园方案改造前,通过渗透性测试法对场地土壤的土质进行测试[8]。在场地下挖约15 cm 深的土坑,并在土坑内充满水,24h 后再观察发现水已经下渗完。故此土壤适合作为雨水花园的土壤,东湖区域适合进行雨水花园改造设计。
4.东湖区域改造目标。
①东湖区域的雨水花园改造设计能减少区域雨洪径流量,在极端天气中起防洪作用;②在校园景观方面,起到美化校园环境的作用;③为校园水系统起到净化水质、补充地下水的作用;④作为五山地区景观改造的示范地区;⑤加强华工特景观的个性化建设,形成华工独特的雨水园林景观带。
沥青马路的一侧设置长条形进水口,进水口上层用
3~5cm 碎石进行覆盖,既可隐藏进水口增加美观度又可初步过滤如直径较大的杂质。进水口下部直接与20cm 深储水层相连接,保证台风暴雨等极端天气时排除积水。下部的管道可直接通过穿孔管与雨水花园的地下水管相通。行人铺地由原有菱形砖步道,更改为防水木步道,架高于景观铺地及排水口15cm。防水木步道下方也与储水层直接连接,增大储水层面积,增加储水量。植被铺地两侧使用2
0cm 宽石笼加固,保证固定景观铺地的泥土
和植被。植被铺地下部为种植土层、人工填料层、砾石
雨水花园及步道雨水系统剖面(作者自绘)
层与穿孔管。植被铺地的主要作用是过滤吸收雨水中的杂质,而穿孔管则是将储水层的积水及时排入东湖水系中。
同时,选用合适的植物与搭配体系形成整体的实施方案。技术方面则将排水和工程系统在东湖周围形成整体,从而在将整体的区域排水更为高效。
2)垂直方向设计
从垂直方向看,主要的设计流程在于植物种植区的垂直层面设计。通过前期资料调研可知,构造层面上的排水设计包括了多个层次[9]。
恶劣的环境。
②东湖区域毗邻马路,环境易受到烟尘污染。若植物不能自行处理污染物,那么滋生病虫害的几率就会大大提升,因此选择抗污染、抗逆性较强的植物,亦有助于减少人工管理上花费的成本。
③该雨水花园区域是重要的景观节点。植物营造出的整体视觉感受应为隔而不塞,即一方面要防止行人过度靠近湖岸发生危险,另一方面视觉上应该做到通透清爽,给行人良好的步行体验。故植物选择应当以低矮草木灌木辅以遮荫乔木为主。
④该区域是校园内重要的人行交通干道,承载丰富的人活动。花园不可对人舒适体验产生干扰。故植物选择要注意防蚊虫,且防止对人体产生物理化学等伤害,同时考虑使用人现状可具备一定的适老康养性。
2)植物设计方案①整体设计思路
根据东湖不同片区的功能需求,将东湖划分为ABC 三个区域。
A 区为重要的人行交通干道且为易发生洪涝灾害的区域,该区域的植物选择以耐涝,耐旱,抗污染为主,整体景观设计偏向实用性、功能性为主,营造清爽宜人的走廊空间。
B 区为公共性较强的区域,该区域的景观设计宜简洁清新,同时应该耐涝,耐旱
C 区为重要的景观漫步廊道,雨水花园的设计应具备以下特点:耐涝,耐旱,抗污染,抗病虫害,对人具有友好性,具备一定的观赏性。
②植物配置方案设计
所选植物种类:1.狗牙根。狗牙根其根茎蔓延力很强,广铺地面,为良好的固堤保土植物。2.常山。常山,灌木,高1~2米。3.三白草。湿生草本,茎粗壮,下部伏地,常带白,上部直立,绿。4.
鸭跖草,花瓣上面两瓣为蓝,下面一瓣为白,花苞呈佛焰苞状。5.垂柳,高大落叶乔木,分布广泛,生命力强。6.金锦香,直立草本或亚灌木,高20~60厘米。
A 区:
所选植物:
a.狗牙根。
b.常山。
c.三白草。
d.垂柳。
配置方法:1.雨水花园以狗牙根做铺地草种,固堤保土。2.中部种植常山,沿着道路密植,营造一道沿湖延续的、1米左右高的灌木带,作为人行道与湖岸的分隔。
①在上部的蓄水层,即植被上表面与两侧保持了一定高差,从而使得雨水沉积物不会因在下部堵塞而充溢在表面;广州地区的降雨量确定了蓄水层的高度在300mm;在蓄水层的两侧,则放置有碎石对大颗粒进行过滤。
②植被的作用则在于提供合适的水资源利用环境,通过培养基式的植被空间提供给微生物的生长。
③种植土层和人工填料层是为植被层提供合适的生长环境,同时也与植被层一样,可阻隔大型污染物进入地下层堵塞,即过滤。
④砾石层的直径不超过20mm,将收集的雨水流入地下水管。通过碎石,植被层,种植土层等多个垂直结构,可将由雨水带来的大颗粒杂志滞留在垂直结构表面,而由于吸水能力可能发生不能满足当地暴雨大降水量的情况,一方面,在植被层周围每隔一段距离再放置一个溢流口,可使得溢出的雨水迅速通过井口排出;另一方面,在垂直方向上设置渗井,在地层中开凿孔洞使得排不出的水渗入碎石层和砾石层,起到排涝的作用。
⑤穿孔管贯穿整个垂直结构的地下水系,并向东湖设置一定的坡度,出水口需高于东湖水面,这与房屋系统中排水系统的形式是类似的,在具体操作中可借鉴。
旁侧的木结构步道不仅是美观的要求,还使雨水可迅速渗入底部的雨水收集区域中,或用管道直接将其引入管中。由于地处室外,木结构步道应用芬兰木,红木等防腐木材料。沥青马路靠近步道的一侧尽可能有一定坡度,从而更大程度的实现排水与对雨水的利用。
该垂直结构系统的优点在于其可活动性。东湖步道因景观需求,植被区域的宽度会出现变化,故剖面
系统也发生一定变化,以调蓄和净化雨水。东湖步道由于环绕长度过长,为满足校园师生散步时的休憩需求,未来考虑加入长凳等休憩设施。
通过局部的雨水收集系统在东湖进行推广,满足雨水收集系统相关理论中“初期弃流-过滤-储存-回用”
的基本过程。[10]
汇入东湖的水在管内应有一定处理,防止污染湖泊,不利于内部生物的成长。
(2)植物选择:
1)基于区域环境的植物选择分析
①东湖沿岸区域在降水量大的时间段,容易发生内涝积水,土壤淤湿;降水量少的时间段,土壤较为贫瘠。故该片区会经历枯水期以及丰水期两个时期交叠,所选
植物应选择耐涝、耐旱、根系发达的植物,以适应多变、
雨水花园区域剖面(作者自绘)
植物带,不遮挡视线,同时景宜人。
C 区:
所选植物:
a.狗牙根。
b.常山。
c.三白草。
d. 鸭跖草。
e. 垂柳。
f. 金锦香。
配置方法:1.以狗牙根做铺地草种,固堤保土。2.中部种植常山、金锦香,沿着道路交错组团密植,同时,在适当的位置留出空缺作为景观休憩节点。3. 雨水花园与人行道交接的位置,种植三白草、鸭跖草,吸收污染物。4. 隔一定间距种植垂柳,起到为行人遮荫的效果。
整体效果:C 区为校园内的重要景观廊道,植物整体调为清新绿搭配蓝紫,同时有部分白点缀。景观效果层次丰富,视觉效果宜人,为行人打造舒适清新的休闲环境。
3.雨水花园与人行道交接的位置,种植三白草,吸收污染物。
4.隔一定间距种植垂柳,起到为行人遮荫的效果。
整体效果:A 区为校园内重要交通道路,在上下课的时间段为人流高峰期。狗牙根、常山、垂柳的整体调为清新绿,同时三白草为其提供白点缀,整体给人明快活泼的视觉感受, 为出行的人营造积极的氛围,为归家的人舒缓疲劳。
B 区:
所选植物:
a.狗牙根。
b. 金锦香。
配置方法:1.以狗牙根做铺地草种,固堤保土。2.中部种植金锦香,沿着道路密植。
整体效果:B 区为校园内景观视线节点,雨水花园植物配置不宜遮挡视线,金锦香营造一条60cm
高的淡紫
7.场地改造方案评价。
初步提出东湖区域概念设计方案,合理配置植物以及设计,妥善安排东湖区域雨水导向,期望缓解暴雨期间道路内涝和雨水管网压力问题。同时部分雨水被地下水系统被吸收利用,为校园水系统补充水资源,改善东湖区域植物环境,增强校园林荫大道的美学价值,营造出校园特景观。
七、总结
在雨水花园系统设计中,从功能出发,在建筑物集中的学生宿舍区的东湖区域以及高差较大的低洼地带采用植草洼地、渗渠、透水路面等雨水截留和渗透设施,减少地表径流。除了充分考虑校园雨水的收集和利用外,也应在场地总体规划的基础上,充分考虑场地现状,因地制宜,开展雨水收集利用与景观建设相结合的研究,在校园内营造生态、宜人、舒适的科研环境。希望以校园雨水花园景观方案改造设计为示范点,为五山地区建设雨水收集系统提供示范功能,以减少校园内涝的影响。
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植物设计方案平面(作者自绘)

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