自20世紀(jì)80年代,西方發(fā)達(dá)國(guó)家在實(shí)踐中逐步形成了“低影響開(kāi)發(fā)”(Low Impact Development)相關(guān)規(guī)劃設(shè)計(jì)理論與方法。其主要目的是維持開(kāi)發(fā)前的場(chǎng)地水文環(huán)境,做到低影響和防治環(huán)境污染。
低影響場(chǎng)地規(guī)劃的指導(dǎo)思想是把水文作為一個(gè)場(chǎng)地規(guī)劃的基本要素,在場(chǎng)地規(guī)劃過(guò)程中通過(guò)各種分散的、小型的、多樣的和本地化的非工程設(shè)施的應(yīng)用,減少開(kāi)發(fā)場(chǎng)地的不透水面積,控制場(chǎng)地開(kāi)發(fā)對(duì)自然水循環(huán)的影響。具體包括一下五個(gè)方面:
①把水文作為場(chǎng)地規(guī)劃的綜合框架
傳統(tǒng)的場(chǎng)地規(guī)劃強(qiáng)調(diào)建立快速有效的場(chǎng)地排水系統(tǒng),不考慮場(chǎng)地的自然水循環(huán)。在低影響場(chǎng)地規(guī)劃中,把自然水循環(huán)納入場(chǎng)地規(guī)劃過(guò)程中,通過(guò)使用各種規(guī)劃工具和控制方法去保護(hù)場(chǎng)地中的水文功能,模擬場(chǎng)地開(kāi)發(fā)前的水文環(huán)境,而不是快速高效地進(jìn)行場(chǎng)地排水。
②運(yùn)用微觀控制思想(microsubsheds)
低影響場(chǎng)地規(guī)劃強(qiáng)調(diào)從微觀視角處理雨洪,對(duì)地段場(chǎng)地內(nèi)的雨水進(jìn)行分散控制。
③在源頭進(jìn)行雨水控制
傳統(tǒng)的場(chǎng)地規(guī)劃,強(qiáng)調(diào)通過(guò)排水管網(wǎng),對(duì)雨洪進(jìn)行終端式處理。而低影響場(chǎng)地規(guī)劃,強(qiáng)調(diào)從源頭進(jìn)行雨洪控制。這些措施包括運(yùn)用功能性自然景觀的滲透、過(guò)濾、截留,以及對(duì)污染物的處理功能。
④應(yīng)用非工程設(shè)施
傳統(tǒng)場(chǎng)地設(shè)計(jì)重視使用工程性措施,而低影響開(kāi)發(fā)則基于水文生態(tài)學(xué),采用非工程性的模擬場(chǎng)地自然水循環(huán)的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施。 低影響場(chǎng)地規(guī)劃中,使用非工程設(shè)施可降低特有工程材料的使用(如鋼鐵和混凝土等)。通過(guò)使用諸如原生植物、土壤和礫石這些系統(tǒng)可以提供更多機(jī)會(huì)模仿自然的水文功能,并且增加審美價(jià)值?!白匀弧钡奶攸c(diǎn)也可能增加業(yè)主的認(rèn)可并愿意接受和維護(hù)這些系統(tǒng)。同時(shí)這些非工程設(shè)施系統(tǒng)還提供了一大技術(shù)優(yōu)勢(shì):一個(gè)或更多的系統(tǒng)的失敗不會(huì)損害場(chǎng)地控制戰(zhàn)略的整體完整性。
⑤創(chuàng)造一個(gè)多功能的景觀和基礎(chǔ)設(shè)施
低影響場(chǎng)地規(guī)劃提供了一個(gè)創(chuàng)新的城市雨水管理替代方法,統(tǒng)一而完整的把雨水控制體系融入到多功能景觀特征中,在此過(guò)程中從源頭對(duì)徑流進(jìn)行微觀管理和控制。低影響場(chǎng)地規(guī)劃能夠使開(kāi)發(fā)場(chǎng)地內(nèi)的景觀和基礎(chǔ)設(shè)施(屋頂、街道、停車(chē)場(chǎng)、人行道、綠地)都具有延遲(detention)、保持(retention)、過(guò)濾和循環(huán)利用徑流的功能。通過(guò)對(duì)場(chǎng)地自然排水方式的調(diào)研分析,可以規(guī)劃出水流匯集的主要區(qū)域,合理布設(shè)人工排水系統(tǒng)。同時(shí),有助于防止因建設(shè)人工排水系統(tǒng)而損害自然場(chǎng)地。場(chǎng)地中現(xiàn)存的天然排水方式應(yīng)盡可能地通過(guò)植被緩沖區(qū)保護(hù)起來(lái),避免因場(chǎng)地建設(shè)增加地表徑流。
最終形成一個(gè)綜合的具有自然水文功能的場(chǎng)地規(guī)劃,保持了開(kāi)發(fā)前的水文狀況,進(jìn)一步提高了場(chǎng)地的審美價(jià)值,并通過(guò)增加額外的特色景觀提供了游憩資源。
傳統(tǒng)場(chǎng)地規(guī)劃為了使場(chǎng)地的使用能夠達(dá)到最佳狀態(tài),使用極為高效的雨水徑流輸送系統(tǒng),它能快速的把徑流輸送到管道系統(tǒng)尾端的終端處理設(shè)備。道路、水溝、排水洼地等都經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)以迅速的處置徑流。傳統(tǒng)的場(chǎng)地規(guī)劃缺乏天然功能,由于不透水面面積的增加,造成水文(流量、頻率、排放速度)大幅度變化,自然儲(chǔ)存功能的丟失和徑流輸送時(shí)間的降低,進(jìn)而破壞了自然水循環(huán)系統(tǒng)。與此相反,低影響場(chǎng)地規(guī)劃通過(guò)非工程設(shè)施的利用創(chuàng)造性的把場(chǎng)地開(kāi)發(fā)前的水文功能融入到場(chǎng)地規(guī)劃中,從而對(duì)水系的穩(wěn)定性、棲息地的結(jié)構(gòu)、基流、水質(zhì)等產(chǎn)生了積極作用,有效的保護(hù)了場(chǎng)地內(nèi)的自然生態(tài)環(huán)境。
>>表1 傳統(tǒng)暴雨管理技術(shù)與低影響開(kāi)發(fā)技術(shù)的比較
傳統(tǒng)場(chǎng)地規(guī)劃中的雨洪管理需要一個(gè)非常高效的場(chǎng)地排水系統(tǒng),雖然它提供了優(yōu)質(zhì)的場(chǎng)地排水,大大改變了自然水文機(jī)制并且提高了污染物的運(yùn)輸能力,但是這種方法非但沒(méi)有解決場(chǎng)地內(nèi)的水質(zhì)問(wèn)題而且大大提高了場(chǎng)地外的洪水發(fā)生頻率,并且由于洪峰流量和洪峰發(fā)生頻率的改變對(duì)下游水體造成嚴(yán)重影響。而低影響場(chǎng)地開(kāi)發(fā)技術(shù)從微觀視角,通過(guò)采用分布式的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施,有效的控制了場(chǎng)地內(nèi)暴雨事件的發(fā)生,維護(hù)了場(chǎng)地的自然水文環(huán)境,也減小了下游受納水體的污染負(fù)荷。
場(chǎng)地開(kāi)發(fā)過(guò)程中涉及到植被清理的問(wèn)題時(shí),應(yīng)盡量減少對(duì)現(xiàn)有場(chǎng)地土地覆蓋的破壞。開(kāi)發(fā)的區(qū)域應(yīng)設(shè)在對(duì)干擾不敏感或水文功能上價(jià)值較低的地區(qū)(例如,開(kāi)發(fā)貧瘠的粘性土比開(kāi)發(fā)森林砂性土對(duì)水文的影響更?。?,至少,開(kāi)發(fā)區(qū)域應(yīng)放在敏感區(qū)(如溪流、漫灘、濕地和斜坡)外的緩沖區(qū)。
使用場(chǎng)地特征識(shí)別(Site Fingerprinting)(最小干擾技術(shù))可以進(jìn)一步降低對(duì)場(chǎng)地的擾動(dòng),從而最大限度地減少水文影響。場(chǎng)地特征識(shí)別包括能夠鑒別出最小的適宜區(qū)域和在場(chǎng)地上明確地勾畫(huà)出場(chǎng)地的干擾限制區(qū)域。最小干擾技術(shù)減少對(duì)土地覆蓋的影響包括以下內(nèi)容:
①降低高滲透性土壤的鋪裝和壓實(shí);
②盡量減少建筑用地的使用規(guī)模及物料儲(chǔ)存區(qū)面積,并在項(xiàng)目建設(shè)階段把儲(chǔ)備物資放在開(kāi)發(fā)的范圍內(nèi);
③合理進(jìn)行建筑布局以避免移動(dòng)現(xiàn)有的樹(shù)木;
④通過(guò)減少鋪裝面的總面積縮小不透水面積;
⑤勾畫(huà)和標(biāo)記最小的場(chǎng)地干擾區(qū)以盡可能減少土壤壓實(shí),以及控制建筑設(shè)備暫時(shí)儲(chǔ)存在這些區(qū)域;
⑥盡可能斷開(kāi)不透水面以增加滲透機(jī)會(huì),減少?gòu)搅髁髁浚?/p>
⑦維護(hù)現(xiàn)有地形特征以促進(jìn)分散的排水流動(dòng)路徑。
4.2.1 最小化總不滲透區(qū)
在開(kāi)發(fā)范圍確定之后或同時(shí)進(jìn)行,就可以制定交通模式、道路設(shè)計(jì)和初步布局。整個(gè)交通的網(wǎng)絡(luò)(道路、人行道、車(chē)道和停車(chē)區(qū))是場(chǎng)地不透水區(qū)的最大來(lái)源,如圖4所示。這些不透水面積的變化改變了徑流補(bǔ)給值和場(chǎng)地水文(圖1)。由公路和停車(chē)場(chǎng)鋪裝面組成的不透水面是低影響場(chǎng)地規(guī)劃過(guò)程中的重要組成部分。減少不透水區(qū)徑流總量的方法介紹如下。
>>圖1由于城市化而導(dǎo)致的不透水面變化
(1)改變道路布局
交通或道路布局對(duì)場(chǎng)地規(guī)劃中的總不透水面和水文環(huán)境有非常重要的影響。圖2說(shuō)明,在不同的道路布局選項(xiàng)中鋪面或不透水面的總長(zhǎng)度有顯著的變化,選擇一種合理的道路布局可以降低26%的不透水面積。
>>圖2鋪裝長(zhǎng)度(不透水面變化與道路布局相關(guān))
(2)縮小道路斷面
減少道路斷面寬度是一個(gè)可以用來(lái)減少場(chǎng)地不透水面的替代辦法。圖3顯示了一個(gè)典型的一般住宅街道斷面和一個(gè)典型的農(nóng)村住宅街道斷面。兩個(gè)斷面右邊的寬度是18米。主要居住區(qū)鋪裝斷面的寬度為12米寬,其中斷面包括路緣石和排水溝。通過(guò)在農(nóng)村居民點(diǎn)路段使用農(nóng)村道路斷面,路面寬度可以減少到9至12米,它表示鋪面寬度可以減少33%。農(nóng)村道路斷面中消除了混凝土路緣石和排水溝,并且使用了路邊植被洼地,這樣使建設(shè)成本大大降低。
(4)減少路旁停車(chē)
減少道路一側(cè)停車(chē),甚至完全消除路邊停車(chē),能夠減少路面和由此產(chǎn)生的場(chǎng)地總不透水區(qū)面積的25%-30%。
>>圖3典型道路斷面
(5)車(chē)道
車(chē)道是場(chǎng)地中另一個(gè)能夠被規(guī)劃以減少總不透水面積的元素,可以使用下面一些方法,其中包括:
①盡可能使用共享車(chē)道,尤其是在敏感地區(qū);
②限制行車(chē)道寬度為3米(適用于單車(chē)道和共享車(chē)道);
③車(chē)道和停車(chē)場(chǎng)使用透水鋪面材料如透水磚或碎石等,以增加徑流的滲透和運(yùn)輸時(shí)間。
4.2.2 減少直接相連的不透水區(qū)
當(dāng)不透水區(qū)域無(wú)法減小的時(shí)候,還可以通過(guò)分散不透水區(qū)等微處理措施減少對(duì)水文的影響,這些措施包括如下:
①分散屋頂排水和引導(dǎo)水流流向植物種植區(qū);
②引導(dǎo)來(lái)自鋪裝面(比如車(chē)道)的水流進(jìn)入固定的植物生長(zhǎng)區(qū);
③分散來(lái)自大面積鋪裝面的水流流向;
④仔細(xì)確定不透水面以便使徑流從自然生態(tài)系統(tǒng)、植被緩沖區(qū)、自然資源領(lǐng)域或土壤滲透區(qū)流過(guò)。
匯水時(shí)間(Time of Concentration,簡(jiǎn)稱(chēng)TC),連同場(chǎng)地中的水文條件,決定了雨水排放頻率的峰值。場(chǎng)地和基礎(chǔ)設(shè)施將影響到匯水時(shí)間,其中包括輸送距離(流動(dòng)路徑)、地面邊坡、表面粗糙度以及溝渠的形狀和模式等。
通過(guò)管理場(chǎng)地開(kāi)發(fā)中的徑流和輸送系統(tǒng)把影響和控制TC的技術(shù)納入到低影響場(chǎng)地規(guī)劃中:
(1)增加地面徑流。低影響開(kāi)發(fā)場(chǎng)地內(nèi)應(yīng)該最大限度延長(zhǎng)地面水流的距離,并盡量減少開(kāi)發(fā)后對(duì)匯水時(shí)間的干擾。這種做法將增加徑流的輸送時(shí)間,從而也增加了匯水時(shí)間。因此,排水洪峰率也會(huì)降低。區(qū)域中被分級(jí)為自然排水方式的徑流流動(dòng)速度應(yīng)該盡可能低,以避免水土流失。徑流可以通過(guò)沿自然排水緩沖區(qū)的高地突起安裝片流轉(zhuǎn)換器(Level spreaders)減緩速度,或在緩沖區(qū)高地一側(cè)創(chuàng)建一個(gè)平坦的面寬約9米的草地用于分散徑流,這草地可以被納入到緩沖區(qū)本身。
(2)增加和延長(zhǎng)徑流路徑。地表徑流路徑的增加同時(shí)也增加了入滲和輸送時(shí)間。低影響場(chǎng)地規(guī)劃的目標(biāo)之一是提供盡可能多的經(jīng)陸路或坡面的徑流,以增加用于屋頂和車(chē)道水流到達(dá)開(kāi)發(fā)洼地排水系統(tǒng)的時(shí)間。要做到這一點(diǎn),設(shè)計(jì)人員在確定去捕捉徑流到達(dá)草地之前可以直接將屋頂和車(chē)道徑流引入生物滯留設(shè)施、滲透溝、干井或者水箱。、
(3)改善場(chǎng)地斜坡道路布局。在陡峭的坡地區(qū)興建道路不必要地增加了對(duì)場(chǎng)地土壤的干擾。良好的道路布局,通過(guò)道路等級(jí)設(shè)計(jì)和遵循沿山脊線(xiàn)運(yùn)行,避免把道路放置在陡峭的斜坡上(見(jiàn)圖4)。如果場(chǎng)地內(nèi)的道路使用傳統(tǒng)的道路設(shè)計(jì)規(guī)范,那么陡峭的場(chǎng)地坡度往往需要增加填挖量。如果納入到初始的細(xì)分布局過(guò)程中,坡度能夠成為開(kāi)發(fā)的有力條件。
>>圖4沿山脊線(xiàn)布置道路保存和利用自然排水系統(tǒng)
替代道路布局選項(xiàng)使用道路規(guī)劃,基于山脊線(xiàn)和場(chǎng)地內(nèi)現(xiàn)有的排水模式指定街道盡端式的長(zhǎng)度和一側(cè)分支的數(shù)量:
①對(duì)于有山脊的丘陵地區(qū)使用多個(gè)短分支盡端式道路;
②對(duì)于地勢(shì)平坦的地區(qū)使用流暢的格網(wǎng)模式,但是有時(shí)需要打斷格網(wǎng)以避開(kāi)自然排水路徑和其他自然資源保護(hù)區(qū)。
圖5闡述了平坦場(chǎng)地內(nèi)的低影響開(kāi)發(fā)場(chǎng)地分級(jí)技術(shù)。對(duì)于住宅開(kāi)發(fā),低影響開(kāi)發(fā)技術(shù)應(yīng)該被應(yīng)用于建筑地層外的場(chǎng)地區(qū)域。建筑地層是該建筑周長(zhǎng)3米左右范圍內(nèi)的部分用4%的排水坡度。場(chǎng)地內(nèi)的土壤壓實(shí)應(yīng)該最大限度地避免對(duì)土壤入滲能力的影響。
(4)最大限度地使用開(kāi)放系統(tǒng)。只要有可能,低影響場(chǎng)地規(guī)劃應(yīng)該使用更多的開(kāi)放式排水系統(tǒng),以代替?zhèn)鹘y(tǒng)雨水排放系統(tǒng)。為了減輕洪水問(wèn)題,并減少對(duì)傳統(tǒng)雨水排水系統(tǒng)的需求,植被或草地等開(kāi)放方式排水系統(tǒng)應(yīng)該作為輸送場(chǎng)地和道路內(nèi)地表徑流的主要手段被提供。
低影響場(chǎng)地規(guī)劃是一種融合了低影響開(kāi)發(fā)相關(guān)理念的場(chǎng)地規(guī)劃模式,是低影響開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略實(shí)施的重要路徑。其主要思想是強(qiáng)調(diào)從源頭上控制場(chǎng)地開(kāi)發(fā)對(duì)場(chǎng)地內(nèi)水文環(huán)境的影響,通過(guò)各種場(chǎng)地規(guī)劃工具和控制措施,模擬場(chǎng)地開(kāi)發(fā)前自然水文環(huán)境,并通過(guò)生態(tài)的方法來(lái)濾除地表徑流污染,對(duì)指導(dǎo)城市建設(shè)具有重要理論與現(xiàn)實(shí)意義。
>>圖5LID最小場(chǎng)地分級(jí)和100年緩沖區(qū)要求