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基于雨水利用的牡丹江师范大学校园景观规划与设计

时间:2016-08-24 16:49来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是园林景观工程论文,通过对牡丹江师范大学校园从雨水收集与利用的角度进行规划与设计,期望能为我国雨水收集利用与景观设计的融合提供参考,强化节水、集水的意识。
1  前言 
 
环球淡水资源总量稀缺,地球上的水的总量仅占总水量的 2.53%[1],而这些仅有的淡水资源中的大多散布在南北两极区域,不仅如此,这些水资源的分布并不均衡,水资源充沛的地区有拉丁美洲和北美,而水资源较少的地区有亚洲、非洲和欧洲。中国就是一个干旱并且少水的国度,中国的淡水资源大,占全球水资源的约 6%左右,但因为中国庞大的人口数量大,造成中国的人均水资源很少,只有 1/4 的世界水平,此外,中国水资源的区域分布也很不平衡,我国北部城市的水资源更是匮乏。面对水资源缺乏等问题,2012 年“海绵城市”理念首次出现,即:城市类似海绵一样,下雨的时候将雨水吸收,储存在设施内,并在设施内渗透,实现水体的净化,在干旱时或需水的时候将水放出,后可以根据自身需要加以利用[2],“海绵城市”的理念使城市在顺应环境的变化与抵御天然灾害等方面拥有良好的“弹性”。“海绵城市”理念的提出,改变了传统的雨水观念,它将雨水视为一种可利用的水资源,用以缓解城市水资源缺乏的问题。在校园景观中,绿地是校园的重要组成部分,同时也是收集雨水并加以利用的重要载体。校园绿地不仅承担美化环境、游憩休闲的作用,在雨水收集利用方面也具有重要的作用[3]。 本文便是在以上背景中产生,主要关注由于水资源污染、水资源总量缺乏而引起的水资源短缺问题,以牡丹江师范大学为例,通过对牡丹江师范大学校园景观从雨水利用角度进行重新的规划与设计,展开雨水利用的尝试。从而提高校园的排水安全,减少地表径流,实现雨水资源的有效利用,缓解水资源匮乏的压力,为建设生态校园、展开雨水资源的收集与利用提供参考。 
 
1.1  研究背景
水资源是人类赖以生存的重要资源,同时也是地球上的生物生存不可缺少的重要资源。因而,水对我们的重要性不言而喻。然而地球上的水资源并不多,其中的大部分都是盐水,人类不能利用。这些有限的淡水资源中,大多还分布在南北两极地区,为人类的生产生活造成了很大的不便。然而,这些淡水资源的分布并不平均,水源最丰沛的区域是拉丁美洲和北美,而淡水资源相对匮乏的区域有非洲、亚洲和欧洲。而中国分布在亚洲,也属淡水资源相对匮乏的地区。由于气候条件的原因,我国干旱少雨,淡水资源仅占全球水资源的 6%,且
我国人口众多,人均水资源占有量仅为世界水平的 1/4,照比其他国家,更加匮乏。因为我国的国土面积大,因而各区域之间气候条件各有不同,南北的自然环境差异很大,北方少水少雨,南方雨水较为充沛。本论文的研究对象牡丹江师范大学位于我国黑龙江省牡丹江市,处于我国的东北部,相较南方来说,水资源更为缺乏。而近几年来,由于人口不断增加,环境进一步恶化,用水技术的落后导致水资源浪费严重,使得原本就匮乏的水资源更为缺乏,因而水资源的合理开发变得愈来愈重要。而雨水作为数量大、分布广的潜在水资源,将会引起人们愈来愈多的重视[4]。 
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1.2  研究的目的与意义
由于我国水资源的缺乏,水资源区域分布不均,同时我省处于我国的东北部,水资源较南方更为匮乏,这些问题间接的影响了城市的经济建设与发展。为了应对水资源缺乏的问题,响应国家建设“海绵城市”的号召;通过对牡丹江大学的研究,运用生态集雨手段,如雨水花园、植草沟、下凹式绿地、蓄水池和透水铺装等工程技术手段,将牡丹江师范大学打造成集雨和景观并重的生态校园。通过对牡丹江师范大学校园从雨水收集与利用的角度进行规划与设计,期望能为我国雨水收集利用与景观设计的融合提供参考,强化节水、集水的意识,将雨水通过收集、渗透、传输和净化,达到使用标准,从而缓解淡水资源缺乏的的问题;将雨水作为一种宝贵的淡水资源重新利用,是未来建设生态校园、生态城市的方向;该研究试图为解决城市内涝、雨水污染等问题提供帮助,为在雨水管理方面的园林建设提供参考。 研究所提出的设计方法论,不仅对学校适用,同时对城市建设中的其他部位,如:道路、公园、等其他单位都有较大的适用价值。同时针对牡丹江地区提出的设计导则,对推进其他地区相关问题的设计实践都有很大的助益,从而从一定程度上缓解各地区的雨洪问题。 
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2  雨洪管理的发展历程及启发 
 
2.1  内雨洪管理发展历程及趋势 
我国的雨洪管理相比欧洲、美国、日本等发达国家来说,不论是发展的时间,还是思想意识方面启蒙都相对较晚,主要排放渠道仍以管道排放为主。由于近年来城市化进程不断加快,人与自然环境的关系失衡,水文问题日益突出,我国对雨水管理的问题也日渐关注。但是从整体上看,我国雨水管理水平较发达国家仍然滞后,从雨水管理系统上来看与发达国家差距仍然很大。发达国家经过数十年的时间,已经将雨水管理形成较完善的体系,我国想解决这些雨水问题,还需要很长的时间[19]。 我国很早就有对雨水收集和利用方面的探索。早在西汉年间,长安城已经修建了可以排水的明渠暗渠,街道旁边有排水的沟渠,地下有排水管道,还有渗水井等设施,它们共同构成了西汉时期的排水系统。北宋时期也修建了相似的排水设施,到了明清时期,已经比较完备了。中国古典园林早期对雨水多出于造景方面的利用,造园师往往只关注营造景观本身,并未对雨水资源加以利用。 近年来,由于城市水文问题日益突出,我国也进行了相关领域的理论研究。2002 年,中国工程院的咨询项目《中国可持续发展水资源战略研究》,该文章的阐述了我国城市水资源开发利用现存的主要形势,并且大概计算了 2010 年到 2030 年的需水量和排水量,提出了以“节流优先、治污优先”的原则。在该项目研究的最后一章,对条件不同的城市,提出了相应的用水策略[20]。2004 年,北京规定要求所有新建设的建筑和设施都必须有雨水利用设施,否则不予验收,作为对北京承办奥运会的新措施,是城市雨水利用的重大成果[21]。2006 年建设部颁布了《建筑与小区雨水利用工程技术规范》,介绍了雨水的利用方式与选择,回收雨水的水质标准,雨水水质的处理,汇水面净流系数的确定,均为城市的雨水利用起到更好的效果,为城市雨水量化提供了依据,这些系数的确定对雨水管理的领域造了重要影响,推动了雨水管理领域的发展[22]。2011 年建设部颁布了《全国绿色生态住宅小区建设要点与技术导则》,在这篇技术导则中,提出了通过绿地以及相关的工程基础设施进行雨水收集[23]。2013 年 12月中央城镇化工作会议上,习近平总书记提出“海绵城市”理念[24]。并在 2014 年建设部推出《海绵城市建设技术指南》,鼓励我国由传统的排水设施向绿色基础设施转变[25]。 
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2.2  国外雨洪管理发展历程及趋势
20 世纪 50、60 年代,城市水环境随经济的增长进一步恶化。因此,美国从 20 世纪 60年代开始重点研究雨水径流污染等非点源污染,希望能够有效的控制污染,改善水体环境。1948 年美国颁布了《联邦水污染控制法案》,经过几次修订, 1972 年更名为《清洁水法》,要求各州和地方水污染控制机构采取措施降低排放到管道内的污水径流量,但是考虑到各州的情况,有许多州不能完全依靠采用分流制控制污染,因而美国对此情况进行了大量分析研究。1994 年,美国环境保护署颁布了要求政府减少合流制并控制污染的问题;2000 年,美国要求必须遵守环境保护署的政策,并且修订了《清洁法案》。 从美国的雨水管理历程来看,雨水管理的理念也逐渐发生了变化。20 世纪 50 年代,美国城市雨水管理的理念是排放为主,20 世纪 70 年代,美国逐渐意识到由简单的排放并不能解决雨水问题,为了更好的改善城市水环境,美国开始实行最佳管理实践(BMPs)来削减城市径流污染总量[41-42]。最佳管理实践的提出主要是针对暴雨的危害,控制雨水污染,在 1987年实施。到了 20 世纪 90 年代,美国开始意识到源头处理的效果远远大于后期治理,雨水管理的理念也由最佳管理实践(BMPS)转变成了低影响开发(LID)[43-44]。低影响开发是一套涉及雨水控制利用和场地设计的技术体系,LID 主要是通过采用一些小型分散的、成本低廉的的措施,从而将将渗透、过滤、蒸发、调蓄等生态化措施与景观结合结合,从而从源头减少雨水径流;LID 的目标是建造一个生态良好、水环境健康的场地,把生态设施作为生态系统的一部分,通过 LID 的理念,对每个项目都通过合理的设计,使开发后的场地水文条件与开发前保持一致或相似,减少项目的建设对生态环境的破坏。美国的雨水收集利用的理念由此转变,配合绿色雨水基础设施(GSI),构建一个削减径流、控制峰值流量的多目标体系[45]。 其中生物滞留池是 LID 中一个有效的方法之一。生物滞留池依然遵循低影响开发的理念,要求开发后的地表径流流量不得超过开发之前。主要原则是:(1)利用植物的生物和化学性质来净化雨水。(2)对雨水就地净化(3)滞留池的雨水只是暂时储存,要在 24 小时内排空。生物滞留池有助于降低地表径流量,提高水质,为生物提供栖息地。同时由于生物滞留池面积较小因此应用也较为灵活,可以应用在停车场、道路两侧和居住区等地。 
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3  牡丹江师范大学概况分析 ............ 17 
3.1  现状分析 ..... 17 
3.2  学校概况 ..... 17 
3.3  人文环境 ..... 18
3.4  气候条件分析 ....... 18 
3.5  排水条件分析 ....... 18 
3.6  可收集雨水量计算 ........ 19 
3.7  植物需水量计算 ............ 19 
4  牡丹江师范大学方案设计 ............ 21 
4.1  牡丹江师范大学规划设计 ...... 21 
4.2  主教学区方案设计 ........ 27 
4.3  生活服务区方案设计 .... 35
4.4  体育活动区方案设计 .... 42
4.5  牡丹江师范大学内技术设施设计 ............ 46
4.6  植物配置 ..... 52 
5  主教学区集雨设施设计 ....... 53
5.1  主教学区蓄水池容积计算 ...... 53
5.2  水量平衡分析 ....... 56 
 
5  主教学区集雨设施设计
 
5.1  主教学区蓄水池容积计算
主教学区共设计 3 个蓄水池收集不同区域的雨水,分别为蓄水池一收集北门内至综合楼前的雨水,蓄水池二收集综合楼前广场至下沉广场处的雨水,蓄水池三收集下沉广场至南门处的雨水,如图 5-1。 雨水的收集与利用系统中,弃流池和蓄水池容量设计是科学收集雨水的重点[93],初期的雨水径流会携带一定量的污染物,为收集可利用的干净雨水,需将这部分雨水排放到弃流池中。经计算确定最优蓄水池容积和弃流池容积,以提高雨水利用率[94-95]。 以蓄水池二为例,蓄水池二收集的为综合楼前广场及综合楼楼后侧广场处的雨水,该区域面积为 65014.6m2,建筑屋顶面积为 4443.8m2,绿地面积 16753.7m2,道路广场面积43817.1m2。 弃流池容积计算:弃流池容积: 前期的雨水中会携带一定量的污染物,导致水质不能达到利用标准,所以在雨水流入蓄水池之前,需要经过弃流池将初期雨水弃流。经沉淀后达到使用标准,方可将雨水转移到蓄水池。根据试验结果将本案初期弃流厚度统一确定为 2mm 作为弃流处理。经公式(2)可以得出运算结果,即:初期径流弃流量为 97m3,弃流池容积设计为 97m3能满足弃流流量。 蓄水池容积计算:从雨水重现期内日雨水的径流总量中扣除初期弃流量即为蓄水池中收集的径流量。 
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结论 
 
本文着重论述了基于雨水收集的景观规划与设计,为实现雨水有效的收集利用,本文以牡丹江师范大学为例,探讨雨水资源的收集与利用问题;通过净流系数法和彭曼公式定量计算校园内可收集雨水量和植物需水量,比较两者之间关系;通过分析牡丹江大学的场地条件,将其分成三个区域,分别实践三个雨水收集利用的模式;后进行水量平衡分析证明其科学性。现结论如下: 
(1)计算牡丹江师范大学的雨水资源潜力。牡丹江师范大学校园内可收集雨水量为367485.9m3,植物需水量为 49235.58m3。 
(2)将牡丹江师范大学从集雨角度分为三个区域,实践不同的雨水利用模式。生活服务区的可收集雨水量为 161265.48m3,植物需水量为 28480.1m3,以收集和渗透的模式为主;主教学区的可收集雨水量为 50483.4m3,植物需水量为 8996.2m3,以收集模式为主;体育活动区的可收集雨水量为 121622.6m3,植物需水量为 11759.2m3,以渗透模式为主。 
(3)校园中将景观设计与雨水利用设计相结合,设计校园景观的同时,实现雨水的收集、传输与利用。在校园的中心位置,结合蓄水池将雨水收集,形成水池、跌水和喷泉等水景;在校园的西北侧的西园中,结合人工湖将雨水调蓄利用,形成自然水景景观。 
(4)校园内通过运用雨水花园、下凹式绿地、植草沟、蓄水池等设施,实现雨水的收集、渗透、传输、利用。其中主教学区蓄水池容量经计算,分别设计成 700m3、500m3、700m3,弃流池溶剂通过计算,分别设计成 97m3、76m3、131.5m3。并通过水量平衡分析验证容量设计的合理性。 
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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