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农业----内蒙古农业大学东校区雨洪管理与景观设计研究

来源: 长沙中视澜庭教育咨询有限公司  日期:2018-01-11 17:05:35  点击:135 
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摘 要
 
城市化过程所带来的城市降雨径流量增大、峰值增加、径流面源污染等问题正在得到越来越多的关注和重视。传统的雨水排水体系已不能满足可持续城市降雨径流管理的需求,以“近自然、多功能”为核心理念的降雨径流最佳管理和城市低影响开发正逐渐登上舞台。针对国内目前在降雨径流管理规划上的欠缺,需要借鉴国外的先进理念和实践经验,结合我国城市发展的具体情况,完善、细化、系统化现有的城市降雨径流控制技术和管理规划,并以实际案例进行试点研究。   
本研究以初具雏形的城市降雨径流控制管理规划框架为纲,以其中的两个技术核心——城市降雨径流最佳管理措施(BMPs)比选体系和降雨径流管理决策支持系统为主要研究对象,并选择规划以内蒙古农业大学东校区为案例研究区域,对其进行降雨径流的综合控制与管理规划,在信息化决策支持系统的辅助下给出最优的降雨径流管理规划方案。
 
关键词:城市降雨径流; 最佳管理措施;内蒙古农业大学
一、绪 论
(一)选题依据
随着人类经济社会的发展,快速城市化和工业化引起了温室气体排放的增加,造成海平面上升、极端暴雨发生频率增加,依据联合国气候变化政府专家委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)在2007年的第四次评估报告,温室效应的加剧带来了全球性的温度上升,全球平均的年度降雨量有增加的趋势,大约每上升1 0C伴随1%至2%的降水量增加,极端暴雨的发生频率增加。
工业革命带来了技术的革新,也带来了城市规模的快速扩张,城市化和工业化的发展对土地的需求不断增长,大量的土地被改变利用性质,成为城市建设用地。土地利用的改变造成了城市水文格局和水文过程的改变,河流的路径被截断,河道被填埋、侵占,对城市雨水的入渗、传输、置留都带来极大的影响。快速城市化使得城市建筑密度增加,吸收了大量的太阳辐射,城市变成一个大热源,城市的上空形成热气流,热气流越积越厚,当空气上升遇冷空气发生对流,导致降水形成。而土地利用的改变使大量的可渗透性土地转变为不透水铺装道路,截断了雨水回充地下水的途径,增加的不透水铺装道路使得地表径流增加,当降雨强度大于城市雨水管道的设计排放速率时,雨水无法及时排出就造成城市内涝。而内蒙古农业大学东校区也符合这个条件。
在传统的观念上,雨洪管理是水文学的内容,其归属于环境工程、给排水工程专业的涉及范畴。而随着极端暴雨的频发,当前我国以0.5-5年的排水管网系统设计暴雨重现期己经无法应对高强度的降雨事件,即在短降雨历时下发生10年、20年甚至100年暴雨重现期的降雨。越来越多人的认识到应该通过调整城市下垫面的等方式,规划绿色基础设施,使得雨水就地滞留、入渗的方式来解决城市雨洪问题,而非单一的依靠灰色的城市雨水管道排放系统。而绿色基础设施的规划设计正是与风景园林专业相关的领域,景观从业人员作为城市开放空间的设计者,将雨洪管理与风景园林行业结合己经成为全球的发展趋势。在实践方面,如西雅图市的自然排水系统规划、美国的波兰特雨水花园和国内的奥林匹克公园等。在设计竞赛上,无论是国际的ASLA、工FLA还是国内的景观设计大赛,都有对雨水问题进行处理的出色案例。在教育方面,美国尼古拉斯·T·丹尼斯的《景观设计师便携手册》中将雨洪管理的知识进行了一章的探讨。由吴树陆翻译的史提芬的《敷地工程》作为景观建筑基础工程的教科书,用了四章内容对雨洪管理进行了论述。这些都体现了景观设计与雨洪管理的日益密切的联系。在此基础上,研究内蒙古农业大学的洪雨管理和景观设计就很有必要了。
(二)国内外研究概况
当前国内的雨洪管理研究主要集中于环境工程领域,近年来,在景观领域也得到了越来越多的关注和探讨。其内容主要包括在考虑成本效益的基础上,对设计雨量和雨洪设施规划的优化研究。在设施效用方面,对不同雨洪设施在雨水质、量上的处理性能的评估和对不同土地利用类型所产生的污染量量化研究。同时,一些学者还应用水文模型模拟对规划设计方案在雨洪水质和量处理方面进行效用评价和方法优化探讨。而我国与德国的联邦教育和研究部合作的项目“城市地区可持续水资源管理:防洪和地下水补供”也开启了《建筑与小区雨水利用工程技术规范》(GB50400-2006)的制定与实施。这都体现了国内对解决雨洪问题上的努力。在雨洪管理的理论体系层面,国内尚未建立系统的雨洪管理理论体系,一些学者针对国内的情况,提出了相应的雨洪管理理念,其中景观领域主要以俞孔坚等人提出的生态“海绵城市”理论为代表,而环境工程领域主要以车伍等人提出的城市雨洪控制利用模式为代表。
国外的雨洪管理实践起步的比国内早,有许多从不同尺度出发来诊释雨洪管理理念的成功案例,它们在设计上不仅体现了水的可持续利用,更巧妙的将文化、教育、休闲等与雨洪管理设施相结合,形成丰富、有趣的场所,如荷兰鹿特丹雨水广场、德国汉诺威康斯博格城区一期工程雨洪利用与生态设计等。
(三)研究方法
本文采取的研究方法主要有以下四种:
1.文献研读法
通过大量收集和研读雨洪管理相关理论和技术措施以及相关的水文分析、规模计算等分析方法的国内外文献资料,了解其发展现状,并进行比较和总结。
2.案例分析法
收集国内外不同研究尺度的相关案例,分析其在雨洪管理方面的规划方法和设计理念,并进行总结和分类。 
3.数理统计法
通过应用概率统计的方法,对试点案例的多年降雨量进行统计分析,以揭示场地所在区域的降雨规律,以指导设计雨量值的确定。
4.归纳总结法
通过分析地形、地下水、土壤等各项基础要素在雨洪管理方面的规划原则,结合各项技术措施、规划策略和设计理念,从城市、区域大尺度和中、小场地尺度的角度梳理出一套城市景观的雨洪管理规划设计方法框架。
 
二、城市降雨径流最佳管理措施分类评估
 
(一)城市降雨径流控制过程
综合国内外对于城市降雨径流管理的大量研究和实践经验,在本研究中采用有一定发展历史、在美国、欧洲、日本、澳大利亚等均有广泛应用的最佳管理措施(BMPs)作为进行降雨径流控制规划的技术基础。BMPs对于城市降雨径流流量和径流水质的控制是藉由一系列物理、化学和生物过程的组合而实现的。BMPs措施削减洪峰、延缓径流产生时间、去除径流污染物的主要机制包括滞蓄、沉淀、吸附、入渗、微生物降解、过滤、植物吸收、蒸发蒸腾及挥发等。
1.滞蓄
雨水滞蓄是雨水滞留、调节、集蓄和储存的总称。通常利用一些天然洼地或池塘,将雨水径流的高峰流量暂存其内,待流量下降后,再从池中将水慢慢排出,或待雨停后将蓄留的雨水净化后再使用。一些BMPs中密集种植的植物或铺设的块石、基质也可在一定程度上减缓、分散雨水径流,延长滞留时间,从而可降低下游雨水干管的尺寸,提高区域防洪能力,减少洪涝灾害。
2.沉淀
沉淀通常可分为四种类型:自由沉淀、絮凝沉淀、成层沉淀和压缩沉淀。城市雨水可能发生的沉淀类型主要是自由沉淀和絮凝沉淀。雨水径流中的污染物是否会产生沉淀取决于其向悬浮颗粒物的吸附能力、颗粒的粒径、沉降速率和雨水在流动方向上的粘滞力。BMPs通过提供一个