关于下垫面与人居环境的思考

关于下垫面与人居环境的思考

作为生活环境的基本接口，下一个接口是最重要的接口系统，在维持生活环境的整体生态平衡和安全方面发挥着重要作用。从生物学得到启发,我们知道生命体的膜界面(例如细胞膜)具有一系列神奇功能:保护、选择、渗透、参与、调节、独特性等。如果把人居环境系统看作一个有机生命体,那么具有生物膜各种功能与特性,能产生活跃的积极界面效应的底界面,则是我们的理想追求,在人居环境营造中,我们把这种底界面定义为柔性下垫面。一、对流域状态的改良每一座建筑都坐落于某一流域之中,所以在该地人们针对下垫面所做的任何改动都有可能会改变原有的流域状态,进而影响水资源的循环与平衡。处于自然状态的良性下垫面一般具有以下作用:1.通过自然渗透过程，恢复土壤、植物和地下水的补充、净化和储存功能减小地表径流,减少洪水流量;降低地表径流的流速,推迟洪峰到来的时间,达到降低自然灾害的影响。2.土壤中含有大量空隙，可用作热量存储和释放的重要手段，以减少表面温度的变化3.污染物转化在一个受到保护的流域,理想的状况是土壤吸收雨水并使其成为生态系统的一部分,污染物在经富含间隙和腐殖质的土壤过滤时被转化。土壤的水分渗透到地下水中,在较低洼的地带,一部分地下水进入地表的排水道、河流和湿地,排水渠道和河流两岸的稳定植被能过滤流入的地表径流,防止土壤侵蚀,同时创造适于水生生态系统的小环境。二、基本结构施工中存在的问题1.入城市排水系统落在屋顶上的雨水大多通过雨水管道排到地表或地下管网中;落在道路或铺装地面上的雨水也经过同样的工程手段进入城市排水系统,最后直接注入河流或湖泊,这样往往会直接导致三个后果:其一、影响了雨水的自然渗透过程以及一系列相应的生态补偿作用,打破了原有的水平衡;其二、暴雨时会在一些低洼地带及河流产生较大的瞬时水量,容易引发洪涝灾害;其三、如果采用雨水与生活污水混排的方式,又加大了污水处理厂的负荷,极不经济。2.在一些居住区，只有从美学的角度，我们才能随意关闭各种类型的房屋的水体景观,割裂了水资源原本固有的自循环与净化过程,从而导致水体的污染和水资源的浪费。3.生物多样性原则衬底,这种“硬化”的结果使许多动植物无处安身,严重影响了河道生态系统所具有的生物多样性。另外,为了工程的方便,河道还往往被截弯取直,事实上,弯曲的水流更容易塑造良好的小生境,适合生物的生存与繁衍,另外,也具有更大的容积,有利于消减突发洪水灾害的影响,同时营造良好的景观效果。4.保证下游河流生态的可持续利用基于景观和灌溉等多种目的,许多原本连续的河流被各式各样的坎体分割成片断,在缺乏最基本的可以保证河流生态安全水量的情况下,往往导致下游河床的性状改变,带来生态后果。所以塑造具有良好渗透性和驻水、储水性能,以及完善、高效的自然、生物、生态功能的下垫面,不单单是节约资源、能源,更重要的是对于维持生态系统,特别是小流域生态的整体平衡与安全具有重要意义,是实现人居环境可持续发展的重要条件。在此,我们把具有以上各种性能以及良好生态功能的下垫面称为柔性下垫面。三、柔性涂层的制造方法1.应尽量铺砌地面，保持植被，使基地良好的自然状态2.储层的渗流影响住区中大量不透水铺装阻绝了雨水的自然渗透过程,使土壤丧失了良好的吸收、保水、过滤与净化的机会与能力,也影响了植物的生长和土壤内微生物的生存。另一方面,不可渗透的下垫面也往往丧失了蒸发水分潜热的能力,而大大削弱了对于小气候的调节作用,结果造成热岛效应。为了缓解上述的不利影响,在住区内多使用可渗透性的铺装材料,如多孔沥青、强力草皮或空心铺装格,以及疏松的粒料、木制盖板或精心排列的有间隙的铺地石块等。3.生态垫面与地面排水系统的设计既提高水资源的利用效率,又提高下垫面的驻水与储水能力,以避免过大的地表径流,强化雨水的自然生态过程,达到保持水平衡和保护水资源的目的。下面将雨水的这三种管理方式简述如下:(1)屋面集水屋面集水是指利用建筑的屋顶集水,以用于绿化浇灌、冲厕、洗衣、冷却循环及补充景观用水等多种用途。屋面集水系统包括集水区(屋面)、输水系统(沟槽、落水管、管道)、过滤系统、储存系统(水箱、水池)以及配水系统和渗透设施等。屋面集水设备不仅仅是一项工程手段,经过对屋顶和墙体的巧妙设计,集水和导水部件可以与建筑融为一个整体,并构成极富特色的外观效果(图1)。(2)地表蓄水与雨水渗透可利用原有的池塘、洼地,或新开挖的景观沟渠,将下垫面的景观功能和蓄水、生态功能统一起来,根据自然排水坡度的不同,可将住区分为多个汇水区域,在每个区域分设蓄水盆地。如果地面蓄水不仅只为减小地表径流及其它生态考虑,而希望水体能较长时间的驻留以做景观之用,则可将水池设计成高低水位两部分,低部采用不透水基质,高部可结合绿化,采用可渗透的自然材料,再配合溢流沟槽,这样暴雨时可暂时贮存高低水位间的雨水,然后再慢慢回渗土壤之中。1)所以,一般情况下,有起伏和沟槽的下垫面的生态功能明显好于平整的下垫面,中、小雨时,其间的雨水会大部分渗入土壤,这是对径流最理想的管理和保护,不但可以通过土壤过滤掉污染物,而且能缓解下游的洪水和侵蚀,同时还为地下水和下游水体补给天然水源。在杭州新西湖的改造与建设中,就结合了自然地形地貌,使其起伏不平,同时结合各种类型的水生植物(挺水、浮水、沉水植物等),将以往硬质的人工滨岸改造成湿地,使之成为介于水陆之间的缓冲层,这样既有利于强化滨岸及邻近地表的生态功能,提高水体的自净能力,又营造了良好的景观效果,特别是防止暴雨时泥沙和固体垃圾被冲刷进入湖里,使水体变得混浊(图2)。(3)地下砾石蓄水(图3)。地下砾石蓄水是指在裸露土地下方埋入不同直径的砾石,一般情况下,在砾石层的上下表面应覆盖土工布,以防止表层土壤受到侵蚀后淤积于砾石层中,堵塞缝隙。这样暴雨时,雨水就会迅速储留于砾石层中,然后再以自然渗透的方式回渗土壤,或借助管道工程,排入邻近的地表水渠或景观蓄水池。德国在雨水的管理方面具有相当成熟的经验。2)因为在德国,12%的国土面积是城市,而在这些城市中,近50%的面积是硬质铺面,因此如何以既生态、又经济的方式处置城市中的雨水,特别是暴雨时汇集的大量水体,对于提高居住环境的质量具有重要意义。据德国雨水管理专家HeikoSieker博士介绍,理想的管理方式是利用相关气象数据与软件计算出某一地段的暴雨水量,根据具体地段土壤渗透力的大小以及允许的地表径流量,确定地面蓄水沟槽、洼地的体积大小,以及是否需要采用诸如地下砾石蓄水等工程手段。另外,考虑到为了使大部分的地表临时蓄水能在1~2天之内全部渗透完毕,以免滋生蚊虫,洼地的深度一般不超过40cm。四、北京双紫园示范小区为了减轻城市河道防洪压力,缓解北京水资源紧缺状况,从2000年开始,中国和德国合作开展了“北京城区雨洪控制与利用研究”,并于2001-2002年建成双紫园示范小区。在北京双紫园小区雨水综合利用的试验中,就将雨水的直接浇灌、洼地蓄水、绿地回渗、可渗透性的路面与停车场、景观水的循环使用等方式综合起来,从而大大提高下垫面的柔性功能。该示范区汇水总面积16558m2(其中屋顶5637m2,不透水路面4187m2,透水路面1000m2,绿地5734m2),建成小型污水处理站1座,日处理能力200吨/日,实现了有效的水资源管理,获得了良好的经济效益与生态效益(图4、表1)。五、应该注意的是，柔性基质1.人工灌溉,影响交通雨时屋面短时内大量汇水的处置、景观营造、用水方式等密切相关,同时它也涉及到不同性状下垫面之间的关联方式。我们经常会看到这样一种情况:一方面落水管直接将屋面雨水排向硬质的散水,另一方面,与之紧邻的绿地却安装大量的人工浇灌设备,这样不仅造成水资源的浪费,而且不利于水的地下回渗,暴雨时容易造成路面积水,影响交通(图5)。如果适当地增加少量工程措施,让雨水先注入绿地,多余的再溢到路面,然后再从道路两侧的排水孔注入地下管道,这样不仅大大提高水的渗透量,而且有利于减小道路积水,取得功能使用与生态效益的双赢。在这里,仅仅通过雨水的排放途径的改变来调整不同性状下垫面之间的关联方式,就使下垫面的柔性程度较前大有改善。2.土壤侵蚀在多雨水的南方地区,更多考虑的是如何提高下垫面的可渗透性、驻水、储水功能,以及景观效果、水体净化方式等。而在陕北黄土高原,情形则大不一样。陕北年降水量只有250~550mm,而且分布不均,60%集中在7、8、9三个月,由于黄土高原黄土层垂直