美國密蘇里州Neosho城市綠色基盤規劃─技術篇


GREEN BUILDING 綠建築電子刊 2021 NOV-JAN Vol.070
822 2021-11-30

資料及圖片來源:

美國環保署(Environmental Protect Agency (EPA), The United States)

美國低衝擊開發中心(Low Impact Development Center (LID Center), The United States)

文字整理:

棲位工作室_呂慧穎


 

2011年4月美國環保署發布了《透過綠色基盤保護水資源及建設更宜居之社區》策略議程(Strategic Agenda to Protect Waters and Build More Livable Communities through Green Infrastructure),重申其對於綠色基盤(Green Infrastructure)發展的承諾。該議程將技術援助確定為美國環保署(以下簡稱EPA)加快落實綠色基盤的一項關鍵行動。2012 年2月,EPA 宣布提供950,000美元,給予致力落實綠色基盤的社區。 EPA 收到了來自全國 150 多個社區的意向書,並選擇了其中的 17 個社區給予技術援助,協助解決實施綠色基盤實務上常見的困難,包括綠色基盤技術、設計和成本效益評估。Neosho市即為其中一員,也成為綠色基盤規劃及低衝擊開發重要的案例。美國低衝擊開發中心(Low Impact Development Center (LID Center), United States)作為LID技術發展及推廣最重要的民間機構,也協助Neosho市政府制定了綠色基盤設計手冊。除了提供適用於Neosho市的綠色基盤設計原則和基礎知識,也特別以市內地點為例,說明如何在新開發、重建和改造中落實上述的設計原則與技術。

 

綠色基盤對於Neosho市發展的重要性

 

密蘇里州Neosho市的開發始於1833年,1878年成立市政府,是牛頓縣(Newton County)的縣治中心。面積約 9,500 英畝,位於密蘇里州西南部,坐落在奧扎克山脈(Ozark)的西部邊緣。它的名字起源於當地原住民語「清澈或豐富的水」,該地區擁有豐富的天然泉水資源,至今水量依舊豐沛,成為提供Neosho飲用水、工業發展及休閒遊憩的重要資源。但長年的建設和開發對 Neosho 的泉水和溪流產生了負面的影響,山洪暴發頻度增加、河岸侵蝕、水污染加劇、地下水水溫和水位波動、表土含水量下降等等。為了保護Neosho引以為傲的天然水資源的完整性,管理雨水成為關鍵所在,而綠色基盤則能發揮重要作用。

2012年公布的《密蘇里州綠色基盤指南》即指出不同尺度中,綠色基盤可以由那些特定的功能區塊組成:「在城市或縣的規模上,綠色基盤是由可以提供生物棲息、防洪、更乾淨的空氣和更清潔的水等功能的自然區域組合而成。在社區或場域的規模上,綠色基盤則指模仿自然模式來進行水的吸收和儲存的雨水管理系統」。通過雨水逕流的減緩、過濾和吸收,綠色基盤減少了暴雨量、逕流流速和污染負荷。因此可以間接減低洪水發生頻率、減緩侵蝕,對整體流域環境產生正面效益。透過在建築環境中增加植被和自然區域,還能提供更多社區和環境上的助益,包括健康性、舒適度、生態性等等。

 

適用於 Neosho 的綠色雨水基礎設施管理工具

 

Neosho市人口超過11,900人(2019年統計)。它位於密蘇里州西南部快速發展地區,良好的公園系統和活絡的市區機能,再加上居住人口平均教育程度高、家庭收入中位數也較高,因此成為一個擁有持續發展潛力的城市。它的市中心是市政府和縣政中心所在,該區的土地用途混合政府機關、零售、辦公、服務和住宅用地。主要商業購物區是Neosho大道沿線的商業區和城市南端的大型購物區。市中心的北部、西部和南部地區多是住宅區。市中心以東的地區主要是未開發的土地。

長期以來,洪水一直是這座城市的隱憂。自1993年的大洪水以來,該市已經花費了超過1,000 萬美元購買鄰近市中心的洪水易發生區域的房地產。雖然這個做法有助於公部門直接以土地所有人的角色,介入易淹水地區的重新規劃,但改善已開發區域造成的雨水問題,遠比在新開發案發生時就思考解決這些問題來得更加困難和昂貴。

將綠色基盤納入新建築開發案中,可於第一時間處理雨水逕流。結合鄰近區域的改善設計,就能成功處理經常可見的小型強降雨,同時當較大暴雨發生時,可讓雨水溢出到下水道系統。以下為針對Neosho的環境條件制定之綠色基盤設計手冊中,幾個重要的技術項目。也是後來美國其他地區進行綠色基盤規劃設計時的重要參考。

 

綠屋頂

 

除了淨化水質的優點外,綠屋頂可讓建築降溫而節省能源成本,同時創造了野生動物棲息地,更能做為可食地景。綠屋頂可說是提供了經濟、環境和社會效益,並適用於多種建築類型。

綠屋頂一般而言有兩種類型:廣泛型和密集型。廣泛型的綠屋頂約有3~4英寸的生長介質,通常種植景天科等耐旱植物,僅需要較少的灌溉水,維護管理的需求也較低。密集型的綠屋頂有高達12英寸的生長介質,可以支持灌木和樹木生長,但要保持較大型植物的生長勢,需要持續灌溉和定期維護。這兩種類型都需要額外注意結構完整性、防水和植物生長的可持續性。

根據MacDonagh於2005年對美國中西部屋頂綠化裝置進行的研究顯示,它們平均可以保留75%的年降雨量,冬季雨量吸收則平均為40~50%。綠屋頂還具有優良的固碳能力。例如,在大約 100 萬人口的城區,若將傳統屋頂材料更換為綠屋頂,每年將可固定超過 55,000 噸的碳──與每年從道路上移除 10,000 多輛中型 SUV 或卡車的效果相同。

 

植生牆

 

植生牆在緩衝雨水沖刷和吸收雨水時,同時也改善微氣候,更可為生活空間增添美感。位於生長介質上方的雨水蓄水池,可以直接用於澆灌。

 

落水管斷開

 

傳統屋頂集水落水管是直接鋪在人行道上或是連接到雨水下水道。因此發生短時間的強降雨時,水量和流速的增加經常導致單獨的雨水排水管道系統超載,加上管道的老化和破損,也可能發生下水道滲漏或是溢流的現象。

減少不透水區域或是避免雨水收集管道直接與排水系統連接,就是一種簡單而有效的綠色基盤設計,它適用於各種場地條件和開發設計。將落水管和污水泵重新引導到雨水花園或其他滲透表面,就能透過增加滲透量而減少逕流量。在某些情況下,落水管斷開後需要重新鋪設排水溝,以將水流引導至合適位置,或重新設定落水管開口處,以便將雨水排放到適當的接收區。為了做最有效雨水分配,並儘量減少建築物或街道淹水等可能出現的問題,需要密切注意場地整體排水。

▲Downspout Disconnection (圖片來源:EPA, USA)

 

雨水收集桶及蓄水池

 

雨水收集桶成本低且易於維護,適用於住宅、商業和工業建築。雨水收集桶從建築物的屋頂匯集雨水並將其儲存在現地。有助於減少逕流量和排水流速,保護生態敏感的流域和水生生物。為了發揮雨水收集桶容積的效益,在兩次降雨之間建議應該完全將桶中的雨水淨空。

雨水屬於非硬水,非常適合景觀灌溉。收集雨水再利用,有助於減少建築物的整體自來水資源使用量。雨水注入口應設置遮蓋以防止蚊子進入。

蓄水池的容量通常更大,可以設置在地面上或地下。蓄水池可以收集雨水,也可以儲存可能受污染的水,並在進一步使用前進行過濾來減少污染量。目前已有越來越多的建案選擇運用筏基儲水池的設計。

 

土壤改良

 

建築開發之前的標準場地準備程序包括整地,通常會移除或重新堆放(壓實)原有表土。施工後,通常會在被壓實的底土上鋪一層薄薄的表土,再撒草種或種植草皮。由於土壤結構、孔隙空間、有機物的減少,進一步影響土壤滲透能力、表土含水量、地下水補給、雨水逕流量,植物根系水分供應減少,土壤中生物活性也會隨之改變。

土壤改良技術可用以恢復其開發前的滲透能力和化學特性,最大限度地減少對原生土壤的負面影響,通常是改善排水性以利植物生長。改良方式可以包括客土、堆肥、添加石灰和石膏。土壤改良技術通常需要配合其他項目進行運用。

▲Soil Amendments (圖片來源:LID Center, USA)

 

雨水花園

 

也稱為生物滯留單元(bioretention cell),通常是以窪地的形式減緩、收集和過濾雨水逕流,使其有時間滲入地下或蒸發到空氣中。雨水花園通常設計為在 12~24 小時內完全排水。在兩次降雨之間,應該要保持乾燥,以消除蚊子產卵和孵化的機會。由於占地面積相對較小,因此它們可以輕鬆融入城市景觀或其他社區空間。在地下水位高或鄰近土壤受到污染而不希望有向下滲透的區域,雨水花園可以設計暗渠,將多餘的水轉移到傳統的雨水排水管道中。

雨水花園能夠減低都市熱島效應,減少下游區域的水道侵蝕和沉積,還能改善社區環境美感。許多綠色基盤技術,例如路側植栽帶的拓寬等,都是基於相同的概念。雨水花園很容易融入各種街道地景,可策略性地設置在人行道、道路、小巷和停車場中,使其成為減少都市逕流的常見選擇之一。

▲Rain Garden (圖片來源:LID Center, USA)

 

生態溝

 

生態溝(Bioswale)的外觀也呈窪地型態,在窪地中運用植栽來改善水質、減少逕流量並調節峰值逕流速率。生態溝設置的目的在收集來自小段排水系統的逕流,進行水量暫時容納,之後輸送多餘的流量。

生態溝與雨水花園的不同之處在於,生態溝與屬於逕流量「運輸處理」設施,而不是「存儲」設施。生態溝可視現地環境條件的不同,評估設置暗渠的必要性。生態溝通常被設計為農村路側或是停車場雨水過濾設施。已有越來越多案例顯示,生態溝被整合到城市環境中的路側和景觀單元中。 在街道應用中,生態溝可以設置在未建置成路面的路權範圍中,或者減少車道寬度,也能爭取到設置生態溝的空間。

 

路緣延伸植栽帶

 

路緣延伸植栽帶是一種用於縮減道路寬度的交通寧靜設施。它們能夠過濾和滲透來自街道的雨水。沿著街道流動的雨水直接流向路緣延伸部分,再被過濾並滲透到類似於雨水花園的植被區域。對於中低密度住宅區或商業區,在可以容忍減少部分路邊停車位的情況下,路緣延伸植栽帶是理想的改善方案。相同的原則可以應用於交叉路口的圓環。

除了提供雨水處理和交通寧靜,路緣延伸植栽帶還有助於減少都市熱島效應、改善空氣品質和改善社區環境美質。還可結合街區中的行人穿越道,進一步提高行人穿越馬路時的安全性。尤其是低密度住宅街道,將部分路邊停車位轉化為植被覆蓋區域,亦不會影響居民生活。在路邊停車位一位難求的區域,則可以採用縮小路緣延伸植栽帶,但增加間隔頻度的方式來處理,就能同時保留停車位。

▲Vegetated Curb Extension (圖片來源:LID Center, USA)

 

雨水植栽槽

 

雨水植栽槽(Stormwater planter),也稱為滲透或流通式植栽槽(Infiltration or flow-through planter),在功能上與常規生物滯留帶(雨水花園、生態溝)相似,但經過調整成為適應城市景觀的槽化設施。雨水植栽槽可整合樹穴或是其他景觀植栽槽,目的是從人行道和道路收集雨水,並通過生物滯留系統進行過濾,以阻攔、吸收污染物,例如多餘的營養鹽、重金屬、油污。處理過的雨水再滲入地下(滲透式植栽槽)或排放到傳統的雨水排水管道(流通式植栽槽),後者通常發生在雨水逕流水質不宜往下滲透的情況。

雨水植栽槽占地面積小,通常為矩形、具有堅硬的邊緣和混凝土側面,可以很容易地融入街道改善中,並且可以適應車道、公共設施、既有樹木等現地條件的限制。此類系統可與透水鋪面和路緣延伸植栽帶結合使用,以充分開發綠色街道並減少總體雨水逕流排放量。土壤頂部的高度應低於人行道,地面水平允許逕流通過街道流入植栽槽,雨水植栽槽也可用於攔截和收集垃圾,再予以定期清除。此外還有助於提供綠化、改善空氣品質和減少都市熱島效應。

▲Stormwater Planters (圖片來源:LID Center, USA)

 

行道樹與造林

 

樹木可說是最經濟的雨水最佳管理措施(Best Management Practices,BMP)之一。 透過樹冠層攔截雨水,光合作用改善空氣品質,減少都市熱島效應,改善社區環境美質,並通過蒸發、蒸散作用及根部吸收來減少雨水逕流。

比起樹木數量,土壤面積的大小和組成其實更為重要,因為這決定了樹木可否獲得適當的生長條件。過度壓實的土壤、過小的根系生長空間、過小的水分下滲表面積,會顯著降低樹木的生長勢,因而降低潛在的雨水吸存效益。在郊區或農村環境中,大於或等於 5,000 平方英尺的林地,復育造林和人工造林可以提供比行道樹更好的功效。復育造林和人工造林可提供更多其他的附加價值,包括創造棲地、減少噪音、穩定河岸,以及雨水的吸納。

 

透水鋪面

 

透水鋪面有很多不同形式,最常見的包括開放式格狀鋪面(open grid)和連鎖式鋪面(interlocking paver)、多孔隙瀝青、透水混凝土等。它們可提供與傳統路面相同的承重,適用於步行區、自行車道和停車區,以及低至中等車流量的街道。透水鋪面可讓雨水透過路面滲入地下蓄水池或滲入地下。

透水鋪面非常適合於希望結合樹木的種植,但仍必須保留路面功能的情況,因為它們的多孔隙性質使樹木能夠吸收更多的空氣和水。同時也有助於減少都市熱島效應。從安全的角度來看,透水鋪面也能減少打滑。因此,在高速公路和其他交通繁忙地區的使用率也越來越高。

 

822 2021-11-30

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