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SISTEMAS DE DRENAJE URBANO SOSTENIBLE (SUDS) SUSTAINABLE URBAN DRAINAGE SYSTEM MÁSTER UNIVERSITARIO EN HIDROLOGÍA Y GESTIÓN DE RECURSOS HÍDRICOS Presentado por: XIAOQIAN YANG Dirigido por: Irene De Bustamante y Juan Antonio Pascual Alcalá de Henares, a 4 de junio de 2020 AGRADECIMIENTOS Esta tesis se completó bajo la guía de dos profesores, Irene De Bustamante, Juan Antonio Pascual Aguilar. Un agradecimiento especial a los dos profesores por su ayuda durante este período. Desde la selección del tema y la apertura de la tesis hasta la determinación del plan final, los profesores me guiaron con mucha paciencia, preguntándome por el progreso de la tesis y ayudandome a corregirla. Con la ayuda de los profesores, leí mucha bibliografía sobre SUDS, que no solo amplió mis horizontes, sino que también me hizo entender la falta de desarrollo sobre la utilización del agua de lluvia en China, y me inspiró a seguir adelante. Porque como extranjera, tuve muchos problemas para escribir gramática, pero los profesores son particularmente amables y responsables, ayudándome a modificar muchos problemas de gramática. Y cuando tuve algunas preguntas, me ayudaron a señalar los problemas. Los profesores formaron un grupo de nosotros de investigación. Todos son muy simpáticos y amigables. Estoy muy feliz de ser amiga de ellos y agradecerles por su ayuda. Al mismo tiempo, me gustaría agradecer a mis padres por su apoyo para poder venir a la Universidad de Alcalá a aprender. Finalmente, agradezco a los profesores de la universidad por su ayuda y orientación. ÍNDICE Resumen……………………………………………………………….…........................………..…….7 1. Introducción………………………………………………………….........................…….……..8 1.1. Antecedentes de la investigación.........................................................................8 1.2. Utilización del agua de lluvia en espacios urbanos............................................9 1.2.1. Proceso en el Reino Unido.........................................................................9 1.2.2. Proceso en los Estados Unidos.................................................................10 1.2.3. Proceso en Alemania..................................................................................10 1.2.4. Proceso en Australia...................................................................................11 1.2.5. Proceso en China........................................................................................12 2. Objetivos………………………………………………………….........................……….…….…14 2.1. Propósito de la investigación................................................................................14 2.2. Contenido de investigación...................................................................................15 3. IDEA GENERAL DE LA UTILIZACIÓN DEL AGUA DE LLUVIA EN TIANJIN …….......….16 3.1. Descripción del medio natural de Tianjin............................................................16 3.2. Idea general de la utilización del agua de lluvia..................................................18 4. Teoría y práctica de SUDS en Tianjin ……………….……..................................................19 4.1. Techo verde............................................................................................................20 4.1.1. Definición......................................................................................................20 4.1.2. Construcción................................................................................................20 4.1.3. La función del techo verde..........................................................................22 4.1.4. Sugerencias para que en Tianjin se aplique techo verde........................25 4.1.5. Análisis económico de la utilización del techo verde..............................28 4.2. Pavimento permeable............................................................................................29 4.2.1. Composición................................................................................................29 4.2.2. Efecto............................................................................................................31 4.2.3. Análisis económico del pavimento permeable.........................................32 4.3. Verde hundido.........................................................................................................33 4.3.1. Análisis de efectos.......................................................................................34 4.3.2. Diseño del verde hundido............................................................................34 4.3.3. Sugerencias para que Tianjin practique el verde hundido.......................36 4.3.4. Análisis económico del verde hundido de Tianjin....................................37 4.4. Jardín de lluvia........................................................................................................38 4.4.1. Composición.................................................................................................39 4.4.2. Diseño de jardín de lluvia............................................................................40 4.4.3. Sugerencias sobre el jardín de lluvia en Tianjin.......................................41 4.4.4. Análisis económico del jardín de agua de lluvia en Tianjin.....................42 4.5. Ventajas y desventajas de diferentes medidas para SUDS................................43 5. Conclusiones………………………………………...……………….………..............................44 6. Bibliografía………………………………………………………….…………..............................46 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. La ruta técnica de investigación…….......…….................................................................15 Figura 2. Un mapa SVG de China con el municipio de Tianjin resaltado......................................16 Figura 3. Tianjin China Precipitación mensual promedio………………….......…….......................17 Figura 4. Techos Verdes,Fuente:Arquitectura Sostenible(2014)..............................................20 Figura 5. Sección tipo de un pavimento poroso combinado (adaptado de Woods-Ballard et al. 2007) ........................................................................................................................................29 TABLA DE ABREVIATURAS SUDS: Sistemas de Drenaje Urbano Sostenible BMP: Mejores Prácticas de Gestión WSUD: Diseño urbano sensible al agua PVC: Membranas impermeabilizantes TPO: Poliolefinas termoplásticas HDPE: Polietileno de alta densidad EVA: Etilvinilacetato PET: Asfalto modificado con polímero RESUMEN En el contexto de la rápida expansión urbana, las actividades humanas de alta intensidad interfieren con el ecosistema natural original, la contradicción entre el suministro y la demanda de agua es cada vez más importante, y la escasez de agua se ha convertido en uno de los factores importantes que restringen el desarrollo sostenible de Tianjin. Tianjin es una ciudad con escasez de recursos hídricos. Aunque tiene un sistema de suministro de agua relativamente completo, debido a la grave escasez de suministro de agua, el nivel de garantía de suministro de agua es bajo, especialmente cuando se encuentra con años secos continuos. Con la aceleración del proceso de urbanización en Tianjin, el área de carreteras impermeables ha aumentado significativamente, y el agua de lluvia no se ha descargado de manera oportuna. Se acumula rápidamente en las carreteras pudiendo producir inundaciones urbanas. En vista de los problemas anteriores, este documento analiza la ciudad de Tianjin en la construcción de ciudades de desarrollo sostenible.Se toma a Tianjin como objeto de investigación, sin embargo, previo a su análisis se hace un resumen de las experiencias realizadas en otros lugares sea en la China como en Australia, Europa y Estados Unidos. En el caso concreto de Tianjin el análisis propuesto combina la geografía natural, la meteorologíay las condiciones geológicas de ingeniería de Tianjin, analiza cómo utilizar los recursos de agua de lluvia urbana en Tianjin, y propone la necesidad de resolver el desarrollo sostenible de Tianjin proponiendo medidas específicas. El objetivo pricipal de un sistema de drenaje sostenible es reducir las inundaciones y los desastres por anegamiento, al tiempo que mejora el entorno de los recursos hídricos existentes, tiene buenos beneficios económicos, ambientales y sociales, y realiza la construcción de una ciudad ecológica y civilizada. Los resultados muestran que el sistema de drenaje sostenible puede reducir efectivamente el flujo de escorrentía, recolectar una gran cantidad de escorrentía de agua de lluvia y aliviar efectivamente las inundaciones urbanas. Al mismo tiempo, al recolectar, almacenar, usar métodos técnicos y de ingeniería para reducir el caudal, el agua de lluvia y el agua superficial se limpiarán y purificarán y se reciclarán repetidamente. 1. INTRODUCCIÓN 1.1. Antecedentes de la investigación El agua es un recurso indispensable para la supervivencia humana y una garantía para el desarrollo sostenible de las ciudades. La escasez de recursos hídricos se ha convertido en uno de los focos de atención de los países de todo el mundo. Hay 13 países con grave escasez de agua en el mundo, y China es uno de ellos. Según las estadísticas, en más de 400 ciudades de las 660 ciudades formadas en todo el país, el suministro de agua es insuficiente, de las cuales 110 los recursos hídricos son muy escasos, con una escasez anual de agua de aproximadamente 10 mil millones de m3 [3]. El conflicto entre la oferta y la demanda de recursos hídricos es grave, la eficiencia en la utilización de los recursos hídricos es baja y la presión sobre los recursos hídricos amenaza el desarrollo sostenible de las ciudades en todo momento. En el pasado, el abastecimiento urbano de agua se desarrolló principalmente utilizando los recursos hídricos superficiales y subterráneos, y no otorgaron importancia al uso del agua de lluvia de escorrentía urbana, dejándola drenar, lo que resultó en la pérdida de una gran cantidad de recursos preciosos de agua de lluvia. Con la expansión de la ciudad, la cantidad de pérdida de agua de lluvia también ha aumentado. Ha habido una grave escasez de agua en algunas áreas, y se han realizado grandes inversiones en proyectos de transferencia de agua a larga distancia entre cuencas. Por otro lado, se descarga una gran cantidad de agua de lluvia y trae consigo una serie de problemas ambientales serios como el anegamiento urbano, la disminución del nivel del agua subterránea año tras año, la contaminación del agua urbana y el deterioro del medio ambiente. Los sistemas de drenaje urbano sostenible(SUDS) pueden resolver efectivamente el anegamiento urbano y otros problemas, y son de gran importancia para proteger el medio ambiente natural y promover el desarrollo armonioso del hombre y la naturaleza. La siguiente lista(tabla 1) compara las características de las ciudades tradicionales y las ciudades sostenibles: Tabla 1. Comparación de ciudades tradicionales y ciudades sostenibles Ciudad tradicional Ciudad SUDS Cambia la ecología del agua original. Protege la ecología del agua original. Sobreexplotación de tierras. El hombre y el entorno natural viven en armonía. La presión del drenaje de las carreteras es fuerte y la contaminación es grave. Reduce la escorrentía superficial y aumenta el área de infiltración. Aumenta el efecto de isla de calor Alivia el efecto de isla de calor Impacto extenso Bajo impacto 1.2. Utilización del agua de lluvia en espacios urbanos Algunos países desarrollados de Europa y América han comenzado a investigar, desarrollar y utilizar tecnologías de recolección, tratamiento y aplicación de agua de lluvia desde la década de 1960, y la han mejorado de muchas maneras, convirtiendo el agua de lluvia en uno de los recursos importantes de agua dulce [5]. En la actualidad, el concepto del sistema internacional de gestión de la utilización del agua de lluvia está representado por el Reino Unido, los Estados Unidos, Alemania, Australia, etc., enfatizando la regulación desde múltiples aspectos y la utilización múltiple de los recursos de agua de lluvia para reducir el flujo neto de agua de lluvia que ingresa al sistema de drenaje y reducir la carga del drenaje. La utilización conjunta de medios legales, económicos, técnicos y de otro tipo tiene como objetivo construir un sistema óptimo de gestión de la utilización de los recursos de agua de lluvia, dar sentido completo a la función como recursos del agua de lluvia y promover el uso sostenible de los recursos de agua de lluvia. 1.2.1. Proceso en el Reino Unido El Reino Unido es uno de los países más afectados por las inundaciones de aguas superficiales, como el anegamiento urbano. Son las fuertes lluvias la principal causa del anegamiento urbano. Los SUDS se establecieron para controlar la escorrentía urbana y mejorar la calidad del agua. Su gobierno explora y optimiza continuamente los métodos de prevención y gestión de inundaciones para formar un sistema urbano de prevención de inundaciones. Todas las regiones deben considerar seriamente la construcción de un sistema de drenaje sostenible que pueda reducir la presión de drenaje y que sea ecológico [10]. El concepto SUDS es diferente del método tradicional de drenaje urbano: adopta tanques de sedimentación filtrantes y pavimento permeable para reducir el flujo máximo de la inundación y mejorar la calidad del agua de escorrentía. Se puede aplicar no solo en la optimización y reconstrucción de antiguas áreas urbanas, sino también en los proyectos de utilización de agua de lluvia en nuevas áreas urbanas, de modo que más agua de lluvia pueda filtrarse y complementar los recursos de agua subterránea. Al mismo tiempo, combinado con un paisaje verde, también proporciona un buen hábitat para los animales salvajes. 1.2.2. Proceso en los Estados Unidos Estados Unidos también reconoce la importancia del agua de lluvia para las ciudades, por lo que cambió el enfoque de simplemente resolver el problema de la descarga de agua de lluvia en el pasado y formuló las políticas y regulaciones correspondientes para limitar la descarga directa y la pérdida de agua de lluvia, controlar la contaminación del escurrimiento del agua de lluvia y recolectar agua de lluvia. Se requieren tarifas de descarga para alentar el uso de tecnologías de aprovechamiento y recolección de agua de lluvia. El concepto de Mejores Prácticas de Gestión (BMP) fue propuesto por primera vez por los Estados Unidos en la Enmienda a la Ley de Agua Limpia de 1977. Se centra principalmente en el tratamiento de aguas residuales de fuentes no puntuales y el control de la contaminación tóxica de las emisiones industriales. Más tarde, en la enmienda de la "Ley de Agua Limpia" de 1987 y la "Ley de Calidad del Agua de Clima Húmedo" de 2001, se propusieron además las mejores medidas de gestión para el agua de lluvia, cuyo objetivo principal es controlar la contaminación de fuentes no puntuales y gestionar la descarga de agua de lluvia y el desbordamiento de aguas residuales. Desde su desarrollo, las BMP se han centrado en el uso de medidas integrales para resolver la calidad del agua, la cantidad de agua y los problemas ecológicos. Por ejemplo, el sistema de recarga de aguas subterráneas "Áreas con fugas" en Fresno, California, EE. UU., Solo tardó unos 10 años, la cantidad total de recarga de agua de lluvia alcanzó 1,338 × 108m3, y el volumen de recarga representó el 20% del consumo anual de agua de la ciudad[1].Las BMP llevan a cabo el control y tratamiento del agua de lluvia a través de una combinación de medidas de ingeniería y no de ingeniería, con énfasis en el control de fuentes y medidas naturales y ecológicas. 1.2.3. Proceso en Alemania Existen tres formas principales de utilización del agua de lluvia en Alemania: sistema de recoleccióny almacenamiento de agua de lluvia en el techo, sistema de intercepción e infiltración de agua de lluvia y sistema de utilización de agua de lluvia de la comunidad ecológica. Su propósito principal es implementar la recolección y utilización del agua de lluvia a través de medidas técnicas como la recolección, transmisión y almacenamiento, filtración y tratamiento [2]. Según las estadísticas, en la década de 1990, había más de 100,000 dispositivos descentralizados de recolección y utilización de agua de lluvia a pequeña escala en uso en Alemania, y el uso del almacenamiento de agua de lluvia superó los 60 × 104m3 [1]. La escorrentía de agua de lluvia alemana se utiliza principalmente para construir paisajes urbanos de agua y superficies artificiales de agua, irrigar espacios verdes, recargar aguas subterráneas, descargar inodoros y lavandería, y mejorar el entorno ecológico. Por ejemplo, la pantalla metálica o el filtro vertical desarrollado por la compañía WISY se puede instalar en el elevador de agua de lluvia para mejorar efectivamente la calidad del agua. La capacidad de filtración puede cumplir con una escorrentía de agua de lluvia de 100 ~ 3000m2. En los tanques de plástico duro de almacenamiento de agua desarrollados por muchas compañías, el uso de entradas de agua de filtro flotante puede garantizar que el agua de salida sea siempre la más limpia del tanque de agua. Además, algunas compañías han construido sistemas de purificación de humedales que son suficientes para cumplir con los requisitos de mayor calidad del agua [4]. Varios casos exitosos de tecnología de utilización del agua de lluvia son el Nuevo Aeropuerto de Múnich, el Centro Internacional de Exposiciones de Múnich, Berlín Postenplatz y la zona residencial de Hannover Kronsberg. 1.2.4. Proceso en Australia Australia es un país con recursos hídricos relativamente pobres, con una precipitación anual promedio de solo 470 mm. La escasez de agua ha obligado a los australianos a aprovechar al máximo cada gota de agua. El diseño de la utilización del agua de lluvia urbana con la conservación del agua como núcleo se ha llevado a cabo en toda Australia, principalmente a través de la recolección y el uso exitoso del agua de lluvia, ahorrando la cantidad de extracción de agua subterránea y, al mismo tiempo, complementando el agua subterránea en grandes cantidades [9]. Por un lado, el concepto de diseño urbano sensible al agua (WSUD) toma el ciclo del agua como el núcleo, considera el ciclo urbano del agua en su conjunto, y considera todos los aspectos del agua de lluvia, el suministro de agua, las aguas residuales (agua recuperada), y coordina efectivamente la salud de los ecosistemas acuáticos, el manejo de las aguas pluviales, el control de la contaminación y el desarrollo económico. Por otro lado, se fomenta el uso de dispositivos de ahorro y recolección y procesamiento para aumentar la reutilización de la escorrentía, reducir la escorrentía y el flujo máximo de inundación, reducir la contaminación por escorrentía y fortalecer en la sociedad la concienciación potenciando valores culturales y ecológicos [8]. Un estudio realizado encontró que las medidas de retención y penetración del diseño de la utilización del agua de lluvia urbana redujeron los costos de mantenimiento y reparación de las infraestructuras, y también redujeron en gran medida la contaminación del agua de lluvia. La recolección de agua de lluvia desde el techo hasta el tanque de recolección de agua primero, y luego utilizada para el sistema de agua caliente y la descarga de inodoros puede ahorrar el 45% del agua doméstica. En comparación con el desarrollo residencial ordinario, el ahorro total de agua del diseño de utilización de agua de lluvia urbana puede alcanzar el 60% [6]. El diseño de la utilización del agua de lluvia urbana en Australia no solo ha logrado considerables beneficios económicos, sino que lo que es más importante, importantes beneficioso para el desarrollo sostenible del medio ambiente ecológico. Por lo tanto, si tales proyectos se desarrollan vigorosamente, no solo se puede ahorrar en gran medida la extracción de agua subterránea, sino que también se pueden ahorrar en los costos de construcción de la infraestructura urbana. 1.2.5. Proceso en China En los últimos años, con el rápido desarrollo de la urbanización, el anegamiento urbano y los problemas de contaminación por escorrentía se han vuelto cada vez más graves. Por estas razones, la utilización del agua de lluvia urbana se ha convertido en un tema muy relevante. A partir de los beneficios económicos, sociales y ambientales, ciudades como Beijing, Tianjin, Shanghai, Dalian, Nanjing, Shenzhen, Xi'an y Zhengzhou han comenzado a realizar investigaciones y aplicaciones de la utilización del agua de lluvia de acuerdo con las condiciones específicas de sus ciudades. Las tecnologías de utilización de agua de lluvia e inundaciones también se utilizaron en la construcción del estadio Bird's Nest y el Parque Olímpico en los Juegos Olímpicos de Beijing 2008. En el lugar principal de los Juegos Olímpicos de Beijing, el sistema de utilización de agua de lluvia utiliza miles de puertos de recolección de agua de lluvia en techos y céspedes para recoger agua de lluvia e ingresar a depósitos subterráneos. Estas aguas de lluvia se pueden usar para limpiar, fregar y regar jardines de pistas y caminos locaesl. La capacidad de utilización anual del sistema es de 50,000 m3, y la precipitación disponible representa el 77% de la precipitación anual [7]. En junio de 2009, se lanzó el proyecto de utilización ecológica del agua de lluvia en la ciudad central de Dalian. Con el fin de frenar el flujo de retorno del agua de mar, conservar el agua subterránea y mejorar el ambiente urbano del agua, Dalian ha adoptado una serie de medidas de ingeniería para la utilización del agua de lluvia.Estas medidas incluyen la utilización de agua de lluvia en áreas residenciales, la utilización de agua de lluvia en áreas comerciales e industriales, la utilización de agua de lluvia en espacios verdes públicos, la utilización de agua de lluvia en carreteras, plazas y estacionamientos. Además de generar directamente beneficios económicos, la utilización del agua de lluvia se refleja más como beneficios indirectos, como los beneficios sociales y los beneficios ambientales. El proyecto de utilización de agua de lluvia implementado en el centro de Dalian ahorra alrededor de 12,61 millones de euros en costos de agua. El ingreso anual de las instalaciones de utilización de agua de lluvia es de aproximadamente 113,48 millones de euros. Los cuatro lugares permanentes en el área central de la Exposición Universal de Shanghai 2010 (Centro de Exposiciones, Centro Cultural, Pabellón Temático y Pabellón de China) y el Eje de la Expo recogen y usan el agua de lluvia del techo, y la cantidad de agua de lluvia recolectada alcanza los 109000.7 m3 en el Parque de la Expo. La mitad del agua doméstica es abastecida con agua de lluvia que se recolecta y trata para cumplir con el estándar de reutilización. Debido a que aproximadamente el 20% del agua de lluvia inicial contiene aproximadamente el 60% de los contaminantes, la estación de bombeo de drenaje de agua de lluvia del Expo Park tiene un tanque de almacenamiento inicial. Cuando se dan fuertes precipitaciones, el agua de lluvia inicial con altos contaminantes en la red de tuberías de agua de lluvia ingresa primero al almacenamiento y al almacenamiento de agua de lluvia, y luego, una vez que termina la tormenta, el agua de lluvia recolectada se transporta lentamente a la red de tuberías de alcantarillado municipal y se incluye en la planta de alcantarillado para el tratamiento de purificación. El pavimento permeable también es una de las medidas tomadas por el parque para recolectar agua de lluvia: el asfalto permeable, el hormigón permeable y los ladrillos permeables se usan para pisos artificiales como carreteras, plazas,aceras y estacionamientos en el parque. 2. OBJETIVOS 2.1. Propósito de la investigación SUDS se refiere principalmente al tratamiento de aguas residuales y pluviales generadas en la ciudad, pertenece a una especie de instalación de ingeniería de drenaje y es uno de los componentes importantes en la implementación de la municipalidad pública urbana. Además, el sistema de drenaje urbano también se concibe de manera integral, que no solo contiene el flujo circular de los recursos hídricos urbanos, sino que también circula la ecología urbana y el flujo de aire, que está estrechamente relacionado con la construcción ecológica urbana. Al mismo tiempo, el sistema de drenaje puede introducir agua de lluvia y aguas residuales en la ciudad en el sistema de tratamiento de agua, y también puede introducir los recursos hídricos tratados en el sistema de construcción urbana, lo que es propicio para el desarrollo de la ciudad y la protección del medio ambiente. La causa principal del anegamiento en las ciudades se debe a la ocurrencia de fuertes precipitaciones o precipitaciones continuas en la ciudad, y la cantidad de precipitación excede el nivel que el sistema de drenaje urbano puede soportar, lo que conduce a desastres por anegamiento. En este documento, a través de la investigación y el análisis de la teoría del sistema de drenaje urbano sostenible, y la investigación práctica sobre la construcción del sistema de drenaje urbano sostenible en Tianjin, se pretende ofrecer soluciones al problema del manejo de la lluvia y las inundaciones en Tianjin, y proporcionar la construcción de un sistema de drenaje urbano sostenible en Tianjin como modelo de demostración y experiencia práctica. 2.2. Contenido de investigación Como objetivos se plantean: - Investigación técnica sobre techo verde - Investigación técnica sobre pavimento permeable - Investigación técnica sobre verde hundido - Investigación técnica sobre jardín de agua Figura 1. La ruta técnica de investigación 3. IDEA GENERAL DE LA UTILIZACIÓN DEL AGUA DE LLUVIA EN TIANJIN 3.1. Descripción del medio natural de Tianjin (1) Ubicación geográfica Figura 2. Un mapa SVG de China con el municipio de Tianjin resaltado Tianjin se encuentra en el noreste de la llanura del norte de China, frente al mar de Bohai en el este y la montaña Yanshan en el norte.Las coordenadas geográficas están entre 116 ° 43'E ~ 118 ° 04'E y 38 ° 34'N ~ 40 ° 15'N. Tianjin se encuentra en el curso inferior del río Haihe, cruzando el río Haihe. (2) Topografía El terreno de Tianjin está dominado por llanuras y depresiones. El área plana acumulada cubre 11192.7 kilómetros cuadrados, lo que representa aproximadamente el 93% del área total de la ciudad, de los cuales casi el 80% son humedales y marismas con densas redes fluviales. Debido a las montañas y colinas bajas en el norte, la altitud disminuye gradualmente de norte a sur y pertenece a la zona de transición de las montañas Yanshan a la llanura costera. La elevación promedio en el norte es de 1052 metros, mientras que en el sureste en la zona de la bahía de Bohai, la elevación promedio de solo 3.5 metros, es el punto más bajo en la llanura del norte de China y la ciudad más grande de China con la elevación más baja. El punto más alto en Tianjin es la montaña Jiuding en el condado Jixian, con una altitud de 1078.5 metros. (3) Perfil climático Las características climáticas de Tianjin pertenecen al clima templado monzónico cálido y semihúmedo, que está dominado principalmente por la circulación del monzón. El clima tiene cuatro estaciones distintas, primavera ventosa, sequía y poca lluvia; verano caluroso, lluvia concentrada; otoño frío, frío moderado y cálido; invierno frío, nieve seca y poca. La precipitación promedio durante muchos años es de 550 milímetros, y la cantidad de precipitación varía mucho de un año a otro. La precipitación en julio y agosto es relativamente concentrada, y pertenece a una región severa de escasos recursos. La diferencia entre la precipitación más alta en julio y la precipitación más baja en enero es de 166 mm. La temperatura anual promedio es 18 ℃ , el mes más caluroso del año es julio y la temperatura promedio es 31 ℃ . Enero es el mes más frío, con una temperatura promedio de 1 ℃ . La diferencia entre el mes más caluroso de julio y el mes más frío de enero es de 30 ℃ . La Figura 2 muestra la precipitación promedio y la temperatura promedio durante muchos años en Tianjin. Figura 3. Tianjin China Precipitación mensual promedio. (4) características hidrológicas Tianjin se encuentra en la parte más baja de la cuenca del río Haihe: el canal sur, el canal norte, el río Daqing, el río Ziya y el río Yongding se encuentran en Tianjin y desembocan en el mar hacia el este. Además de 98 ríos naturales con una longitud total de 2458.5 km, Tianjin también tiene 6 ríos artificiales con una longitud total de 284.1 km. Desde la década de 1960, Tianjin ha construido sucesivamente más de 70 embalses grandes y medianos, más de 1,700 canales profundos y más de 5,800 pozos. Mientras mejora el ambiente de vida de los residentes de Tianjin y ajusta el clima urbano, también almacena e inunda la ciudad y transporta agua reciclada. Juega un papel positivo. El sistema de agua del centro de la ciudad de Tianjin se muestra en la Figura 3. (5) Vegetación y suelo La vegetación de la superficie de Tianjin incluye bosques de coníferas, bosques mixtos de coníferas y de hoja ancha, bosques caducifolios de hoja ancha, arbustos, prados, halófitos, vegetación pantanosa, vegetación acuática, vegetación arenosa, bosques artificiales, cultivos y plantas espacios verdes urbanos. Hay seis tipos principales de suelo en Tianjin: suelo marrón de montaña distribuido en el bosque de Jixian, suelo marrón en áreas montañosas, suelo de marea en Baodi, Wuqing, Ninghe, Jinghai y otros condados, y pantanos en el área de Changjishui Suelo, arrozal en el área de siembra de arroz en los suburbios, y suelo salino costero en áreas costeras como Tanggu, Hangu y Dagang. La textura del suelo del área urbana de Tianjin es principalmente franco arenosa. 3.2. Idea general de la utilización del agua de lluvia El análisis exhaustivo de las ventajas de la tecnología de infiltración de agua de lluvia muestra que tiene menos inversión, menos ocupación de recursos espaciales, un amplio rango de aplicación y efectos ambientales significativos, y debe usarse como el principal medio de utilización del agua de lluvia en Tianjin. El tiempo de lluvia y la distribución espacial en Tianjin son extremadamente desiguales, y la tecnología de aprovechamiento del agua de lluvia debe utilizarse como un método auxiliar para la utilización del agua de lluvia en Tianjin. La tecnología de recarga de agua de lluvia requiere una calidad de agua y un nivel de agua subterránea relativamente altos, por lo que debe tratarse con precaución y no implementarse a ciegas. La tecnología de utilización integral del agua de lluvia tiene el mayor efecto ambiental y puede promoverse para su uso en algunas áreas. De acuerdo con la zonificación de densidad urbana en Tianjin, la planificación debe definir la zona de utilización e implementar diferentes métodos de utilización del agua de lluvia para diferentes zonas de densidad. Tianjin se divide en cuatro áreas de utilización de agua de lluvia, a saber: el área central de desarrollo de alta densidad, el área urbana general de desarrollo de densidad media y alta, el área urbana sensible de desarrollo de densidad baja y media, y la ecología urbana de desarrollo de poca densidad o área protegida. Debería centrarse en la implementación de tecnologías de penetración de agua de lluvia, “ ecologización ” de techos y jardines de agua de lluvia; Espacio verde y pavimento permeable; entre ellos, las áreas urbanas de desarrollo de alta densidad pueden considerar la tecnología de recolección y almacenamiento de agua de lluvia. E desarrollo urbano y de baja densidad de áreasurbanas sensibles tienen buenas condiciones de recursos espaciales, y deben centrarse en la implementación de espacios verdes hundidos, pavimento permeable y tuberías de filtración La aplicación de la tecnología de infiltración de agua de lluvia también puede promover la tecnología de recolección y utilización de agua de lluvia; y en algunas áreas adecuadas promover la utilización integral del agua de lluvia. Las condiciones de recursos espaciales de las áreas de protección ecológica urbana que no están desarrolladas o tienen solo unos pocos desarrollos de baja densidad son las más ventajosas, y es importante implementar la tecnología de utilización integral del agua de lluvia con el efecto integral ambiental más significativo; promover las tecnologías individuales de utilización del agua de lluvia, tales como espacios verdes hundidos y pavimentos permeables. La situación natural de Tianjin determina la viabilidad de la utilización del agua de lluvia, y la situación actual de los recursos hídricos en Tianjin determina la necesidad de la utilización del agua de lluvia. La lluvia en Tianjin se distribuye de manera desigual durante todo el año, principalmente en verano; la precipitación fluctúa mucho; la precipitación continúa disminuyendo año tras año. De acuerdo con la situación natural de Tianjin, el estado de los recursos hídricos y las características de la lluvia, la idea general de la utilización del agua de lluvia de Tianjin se puede resumir de la siguiente manera: la tecnología de infiltración de agua de lluvia es la principal, complementada por el almacenamiento y la utilización, la recarga del agua de lluvia se trata con precaución y se promueve la utilización integral del agua de lluvia. 4. Teoría y práctica de SUDS en Tianjin El sistema de drenaje urbano sostenible ha transformado las ideas originales de drenaje urbano (basado en la planificación y diseño de redes de tuberías urbanas que se centran en el drenaje rápido) a una estrategia de desarrollo sostenible que se centra en el desarrollo coordinado general del entorno ecológico del agua urbana, logrando así el desarrollo a largo plazo y sólido de la ciudad. Al comienzo de la escorrentía, a través de instalaciones que no son de ingeniería, como la planificación y diseño de sitios de generación de escorrentía, para reducir los contaminantes en la escorrentía y prevenir sus efectos. Para el área de recolección de agua de lluvia en el futuro, puede elegir un área de espacio abierto más grande y un área con menos impacto en el área circundante para establecer humedales ecológicos o piscinas de retención de agua de lluvia para recolectar y administrar el agua de lluvia de diferentes áreas para un manejo y control unificados. Existen muchos tipos de sistemas de drenaje urbano sostenibles, y nos centraremos en la introducción de varias instalaciones de desarrollo sostenible y presentaremos algunas opiniones y sugerencias para la construcción de sistemas de drenaje urbano sostenible en Tianjin. 4.1. Techo verde 4.1.1. Definición: Techo verde significa que el techo del edificio está parcial o completamente cubierto con vegetación, provisto de un medio de crecimiento para las plantas y una membrana impermeable. También puede incluir capas adicionales, como una barrera de raíces y sistemas de drenaje y riego. La vegetación, el suelo, la capa de drenaje, la barrera del techo y el sistema de riego forman un techo verde. 4.1.2. Construcción El techo verde está compuesto por una capa de resistencia de la raíz del techo, una capa de drenaje, una capa de filtro, una capa de almacenamiento de agua, una capa de sustrato de siembra y una capa de vegetación, como se muestra en la Figura 4. Figura 4. Techos Verdes.Marco Busca,Serie: Arquitectura Sostenible Fuente:Arquitectura Sostenible(2014) https://www.arquitecturayempresa.es/arquitectos/marco-busca-5 (1)Vegetación La capa de vegetación es un signo del techo, que determina la belleza y practicidad del techo. Por lo general, se seleccionan plantas con fuerte resistencia al viento, resistencia al frío y resistencia a la sequía, sin poda excesiva. Es aconsejable elegir árboles pequeños con raíces poco profundas para que coincidan con arbustos, flores, césped y enredaderas. (2)Sustrato La capa de sustrato de plantación suministra principalmente a la vegetación nutrientes, agua, etc., y proporciona las condiciones necesarias para que vivan las plantas del techo. Al mismo tiempo, debe tener cierta permeabilidad y estabilidad espacial, de modo que el agua de lluvia se pueda drenar a tiempo para evitar inundaciones y también proporcionar un espacio más favorable para el crecimiento de la vegetación. La capa de matriz de plantación tiene el impacto más prominente en el techo, por lo que se debe considerar el mantenimiento regular o el reemplazo de la vegetación del techo. Por lo general, se seleccionan piedras naturales o artificiales con baja densidad, resistencia a la erosión y alta porosidad como piedra pómez, escoria y roca expansiva para lograr la optimización de la calidad del suelo a través de la mezcla orgánica con el suelo. (3) Filtro La capa de filtro de aislamiento es evitar que el suelo de la capa de sustrato se filtre a la capa de drenaje, para evitar la pérdida de agua y suelo, y al mismo tiempo descargar el exceso de agua del suelo a la capa de drenaje. La elección del material de filtro debe ser un material que pueda drenar el agua y aislar las partículas finas del suelo en la capa de sustrato y que sea resistente a la corrosión y a las perforaciones de la raíz de la planta. Para la realización y el mantenimiento de la función de filtrado, es necesario tener en cuenta las condiciones como el estado del suelo de retención, la condición de penetración del agua y el efecto de bloqueo. Por lo tanto, el material puede seleccionarse de tela no tejida de fibra de poliéster, que se coloca con geotextil. (4) Drenaje La capa de drenaje es drenar el exceso de agua y evitar que las plantas se pudran las raíces las plantas. Se puede combinar con tuberías de drenaje de agua de lluvia para reducir la carga de la capa impermeable. La elección del tipo de techo verde, las condiciones climáticas y los materiales del techo son los factores clave que determinan el tipo de capa de drenaje. Se recomienda utilizar materiales ligeros y delgados. En general, la capa de drenaje es relativamente simple y se coloca principalmente mediante tuberías de drenaje, tablas de drenaje, adoquines o grava natural y lutita expandida. (5)Aislante térmico La aislante térmico se encuentra en la capa superior de la estructura del techo, generalmente en el techo de asfalto o techo de hormigón. Con el crecimiento gradual del sistema de raíces de la planta, arrastra agua y nutrientes a la profundidad del suelo. Sin la protección de la aislante térmico, el sistema de raíces de la planta puede penetrar fácilmente la capa impermeable y dañar la estructura del techo. Por lo tanto, la capa de la aislante térmico es la base para construir un techo verde. Si se produce penetración del agua en el techo, todas las capas de la capa estructural deben eliminarse y verificarse una por una hasta que se encuentre el punto de penetración. Por lo general, hay dos tipos de capa de resistencia de raíz: capa física y capa química. La capa física es principalmente PVC, TPO, HDPE, EVA, PET, etc. La capa química utiliza principalmente el elemento de cobre para inhibir y bloquear el crecimiento de las raíces de las plantas. (6)Impermiabilizante El impermiabilizante puede controlar la cantidad total de escorrentía del agua de lluvia, almacenar una cantidad adecuada de agua de lluvia y mantener el crecimiento de la vegetación del techo. Debido a la limitación de carga de la estructura del techo, el grosor del acuífero está relacionado con la saturación del suelo, el tipo de vegetación plantada y el material del techo. La capa de almacenamiento de agua se instala por encimade la capa de filtro y se compone principalmente de fibra de polímero o lana mineral. Esta composición es la característica más importante del acuífero. El grosor del impermiabilizante se puede determinar de acuerdo con las diferentes cargas del techo para adaptarse a los diferentes tipos de techo. 4.1.3. La función del techo verde (1) Impacto del techo verde en el medio ambiente La contaminación del aire urbano debido a los equipos de aire acondicionado de vehículos, residencias y edificios de oficinas se ha convertido en un problema ambiental importante. La cubierta vegetal en el techo verde puede absorber algunos gases nocivos, absorber el polvo en el aire y tiene el efecto de purificar el aire. Al mismo tiempo, la “ ecologización ” del techo puede suprimir el aumento de la temperatura interna del edificio, aumentar la humedad, evitar el reflejo de la luz y la protección contra el viento, y tener un efecto significativo en la mejora del entorno. La interacción de varias "mejoras de microclima" alrededor del sitio ecológico ha mejorado las condiciones climáticas generales de la ciudad. Para la "isla de calor urbano" cada vez más grave, la “ecologización” de techos es una solución efectiva. Un estudio realizado por el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente muestra que si la tasa de “ecologización” de los tejados de una ciudad supera el 70%, el contenido de dióxido de carbono de la ciudad disminuirá en un 80% y el efecto de isla de calor tenderá a desaparecer. (2) La influencia del techo verde en la temperatura Table 2. La diferencia de temperatura del jardín de techo verde y sin techo verde Comparar artículos Temperatura superficial del techo / ℃ Temperatura de la superficie interior del techo /℃ Temperatura del aire interior /℃ Techo verde 32.6 30.1 28 Sin techo verde 40 36.2 32.5 Diferencia de temperatura 7.4 6.1 4.5 A. Efecto refrescante en verano. La “ ecologización ” de techos es un acondicionador de aire verde natural para edificios, puede prevenir eficazmente que el sol dañe los edificios en verano y regular la temperatura interior. Como se muestra en la tabla 2, la temperatura de la superficie exterior de los techos no verdes puede alcanzar los 40 ° C, y la temperatura de la superficie interior del techo es de 36.2 ° C. La temperatura del techo después del “enverdecimiento” se reduce significativamente, que es 7.4 ° C más baja que la temperatura de la superficie exterior antes del “ enverdecimiento ” , y la temperatura de la superficie interior se reduce en 6.1 ° C. La humedad del aire se reduce en 4.5 ℃. B. Efecto de aislamiento térmico invernal. En invierno, el calor interior no se disipa fácilmente debido al papel de la capa de siembra, lo que puede desempeñar un papel en la protección contra el frío. En el norte, si el enverdecimiento del techo está plantado con alfombras, la capa de "manta" que consiste en las plantas de cobertura del suelo y el suelo de siembra de luz debajo puede funcionar completamente como una capa de aislamiento del techo para lograr el aislamiento de invierno y verano. C. Aislamiento acústico. Debido a que la capa de la planta absorbe las ondas sonoras, el techo después del “enverdecimiento” puede aislar el sonido y reducir el ruido. Según el principio de Horhir Schmid, el techo después del “enverdecimiento” puede reducir el ruido en 20-30dB en comparación con el techo de grava. Según datos relevantes, el aislamiento acústico de la capa de tierra del techo es de aproximadamente 40 dB cuando tiene 12 cm de espesor y de aproximadamente 46 dB cuando tiene 20 cm de espesor. D. Eficiencia energética del edificio. Según los últimos resultados de cálculo de Beijing Institute of Landscape Architecture de investigación, en el caluroso verano, si el calor agregado por el techo del edificio en Beijing se enfría por aire acondicionado, el consumo total de energía se convierte a 95.57 millones de kWh / día, suponiendo que el costo de la electricidad sea de 0.06 euros. Según el cálculo, el consumo de energía es de aproximadamente 5.76 millones de euros / día. Por el contrario, en el frío invierno, si el calor disipado desde el techo del edificio aumenta con el aire acondicionado, el consumo total de energía es equivalente a 8.877 millones de kWh / día, y el consumo total de energía es de aproximadamente 536.59 mil de euros / día. Entonces, el consumo total de energía en la estación fría y cálida es de aproximadamente 6.30 millones de euros / día. Si el 30% del área de techo plano de 7000 ha se calcula para el reverdecimiento, el consumo de energía se puede ahorrar en 1.89 millones de euros / día. (3) Impacto del techo verde en la escorrentía del agua de lluvia El techo verde puede almacenar mucha precipitación natural y reducir la presión sobre el sistema de drenaje urbano. En general, alrededor del 80% del agua de lluvia en los techos comunes fluye hacia las alcantarillas, lo que ejerce mucha presión sobre las alcantarillas durante la temporada de lluvias. Después de que el techo está cubierto, el 50% del agua de lluvia permanece en el techo, almacenado en las raíces de las plantas y el medio de cultivo, y se evapora gradualmente en el futuro, reduciendo así la presión sobre el alcantarillado y equilibrando el entorno urbano. (4) El efecto protector del techo verde en la capa de estructura del edificio La destrucción de la estructura del techo de un techo plano es causada principalmente por el estrés de temperatura de la capa impermeable del techo, y una pequeña parte es causada por objetos que soportan carga. Los cambios de temperatura causan la expansión y contracción de la estructura del techo, causando grietas en el edificio, resultando en La infiltración de la lluvia y la formación de goteras en el techo. El techo del edificio está expuesto al aire durante mucho tiempo, el sol está expuesto a la luz solar en verano y la nieve y el hielo se erosionan en invierno. La diferencia de temperatura es bastante grande. El gran estrés térmico generado es más probable que dañe la estructura del techo, causando grietas en el edificio y causando la infiltración de lluvia. El techo cubierto de verde evita la luz solar directa y la erosión del hielo y la nieve, reduce la diferencia de temperatura de la capa de la estructura del techo y reduce en gran medida la posibilidad de grietas causadas por la expansión térmica y la contracción del panel de techo de hormigón, protegiendo así la capa impermeable y el techo del edificio. Para extender la vida del edificio. 4.1.4. Sugerencias para que en Tianjin se aplique techo verde Las condiciones climáticas de Tianjin y la particularidad de la estructura del techo determinan que la selección de plantas verdes deba combinarse con la situación real de Tianjin. Aquí se ofrecen algunas sugerencias para la selección de vegetación de techo verde en Tianjin. (1)Elegir plantas soleadas tolerantes a las raíces, de raíces poco profundas. Los techos verdes generalmente se instalan en los tejados de comunidades densamente pobladas, edificios complejos, etc., y el uso frecuente de fertilizantes afectará el ambiente del techo y el saneamiento. Al mismo tiempo, el techo tiene suficiente luz solar, por lo que al seleccionar plantas, debe tener en cuenta su tolerancia positiva y estéril. Debido a que el jardín de la azotea se encuentra en la posición relativamente alta, el viento es relativamente fuerte, la capa de suelo es delgada, el tiempo de iluminación es largo, la diferencia de temperatura entre el día y la noche es grande, la humedad es pequeña y la humedad es baja, por lo que es necesario elegir cumplir con los requisitos de la capa de suelo poco profunda. (2)Elegir arbustos cortos y plantas herbáceas con tolerancia a la sequía y resistencia al frío. La temperatura del techo del edificio en Tianjin cambia mucho día y noche, y hay fuertes vientos al mismo tiempo, lo que reduce la humedad de la capa de suelo, por lo tanto, es necesario elegirplantas resistentes al frío, al viento y a la sequía. Para evitar el daño de las raíces de las plantas a la capa de estructura del techo, también se deben seleccionar plantas con raíces cortas y peso ligero. (3)Elija tipos de plantas que sean resistentes al viento, y resistentes al agua estancada. Debido a la particularidad del techo, la matriz del techo verde no será demasiado gruesa. Cuando cae la tormenta, es fácil provocar inundaciones, por lo tanto, la vegetación plantada en el techo no solo necesita resistir la invasión de fuertes vientos y lluvia, sino que también debe resistir el impacto de la acumulación de agua a corto plazo. (4)Elegir plantas que siempre sean verdes Las plantas en el jardín de la azotea deben estar dominadas por árboles de hoja perenne tanto como sea posible, y se deben usar variedades con hermosas formas de hojas y plantas. Las flores de temporada en macetas se pueden arreglar cuando las condiciones lo permitan. (5)Elegir variedades que sean fáciles de trasplantar, que tengan una alta tasa de supervivencia, que sean resistentes a la poda y que crezcan lentamente. Debido a que el sitio de reverdecimiento del techo es angosto, cuando se seleccionan las plantas, la tasa de crecimiento y el tiempo y área ocupados por el crecimiento completo deben estimarse efectivamente para calcular la distancia de siembra y el tiempo requerido para cubrir completamente el área verde. Elegir variedades resistentes a la reparación y de crecimiento lento puede ahorrar costos de mantenimiento y gestión y ahorrar tiempo y mano de obra. (6)Seleccionar las plantas nativas tanto como sea posible e introducir nuevas variedades de plantación y reverdecimiento, según corresponda. Las plantas de hoja perenne se recomiendan para techos verdes en Tianjin. Las plantas nativas tienen una gran adaptabilidad al clima y al medio ambiente local, tienen una alta tasa de supervivencia y son fáciles de plantar. La introducción adecuada de nuevas variedades de plantación y reverdecimiento puede aumentar la belleza de los edificios. En vista de las sugerencias anteriores, se relacionan varias plantas adecuadas para plantar techos verdes en Tianjin(Tabla 3): Tabla 3. Ejemplos de plantas para cultivar en techos verdes en Tianjin. Nombre de planta Hábito de crecimiento Características morfológicas Lagerstroemia indica Fuerte adaptabilidad, resistencia a la sequía, evite el encharcamiento Suave y limpio, colores brillantes, largo período de floración. Cornus officinalis Alta temperatura y resistencia en seco en invierno, resistencia a baja temperatura, resistencia a la sequía. Arbusto caduco, inflorescencia en forma de paraguas, flor amarilla, período de floración de marzo a abril, fruto ovalado, rojo brillante cuando madura. Syringa Tiene una cierta resistencia al frío, no es resistente al agua estancada. Arbusto caduco con fragancia única, flores grandes, regordete y hermoso gesto. Coronilla varia Necesita más agua y también resiste la sequía. Plantas perennes, el período de floración es largo, y el período verde perenne es largo. Pennisetum alopecuroides Tolerante a la sequía, tolerante a la humedad, capaz de soportar media sombra y fuerte resistencia al frío. Césped ornamental perenne. Sedum sarmentosum Resistencia al agua y a la humedad también es más resistente a la sequía. Hierbas trepadoras perennes, visualización de follaje. Poa annua Fuerte resistencia al frío, resistencia a la aridaz, pero no resistente al agua y la humedad. Césped perenne. Hibiscus syriacus Resistencia a la humedad y tolerante a la sequía, resistente al calor y al frío, estéril. Arbustos caducifolios, observación de flores en verano, largo período de floración. 4.1.5. Análisis económico de la utilización del techo verde Tianjin tiene ciertos beneficios al implementar techos verdes, aunque su costo es más alto que los techos comunes. La siguiente lista compara el costo del techo verde y el techo ordinario como referencia: Tabla 4. Lista de precios unitarios para techo verde Nombre del proyecto Techo Verde Nombre de capas estructurales Capa aislante 60m espuma de poliureta no de espuma dura Encontrar la capa de pendient e de hormigón celular de 40 mm sbs membran a imperme able asfáltica modificad a 2 Fila de tablones Aislamien to permeabl e capa 22 g / m2 tela no tejida Siembra de suelo 200mm tela mejorada Planta de hierba Precio unitario estructural (euros/m2) 6.58 5.07 12.97 1.08 3.48 4.11 11.13 Precio unitario integral (euros/m2) 44.42 Tabla 5. Lista de precios de unidad de techo ordinaria Nombre del proyecto Techo ordinario Nombre de capas estructurales Capa de aislamiento de 60 mm de grafeno benceno Encuentra la capa inclinada de mortero de cemento de 40 mm Dos impermeabili zantes de 4 mm de espesor de asfalto modificado 2 Capa protectora 30mm mortero seco de cemento duro Baldosas 4.2. Pavimento permeable El pavimento permeable se refiere a la aplicación de materiales con buena permeabilidad al agua y alta porosidad en la estructura del pavimento. Bajo la premisa de garantizar cierta resistencia y durabilidad del camino, el agua de lluvia puede entrar suavemente en el interior de la estructura del pavimento y penetrar en la base del suelo. Utilizando pavimento permeable se reduce la escorrentía superficial, el agua de lluvia puede filtrarse directamente en el suelo. 4.2.1. Composición Figura 5. Sección tipo de un pavimento poroso combinado(Fuente: adaptado de Woods-Ballard et al..2007) (1)Capa de balasto(Subgrade) El lecho de la carretera es la capa inferior de la estructura del pavimento permeable, y la base del suelo afecta la calidad de toda la estructura. El agua de lluvia penetra en la base del suelo a través de la capa superficial y permanece en ella. Bajo la acción del agua y la carga del camino, la estabilidad de la Precio unitario estructural (euros/m2) 6.58 3.79 12.97 2.05 10.96 Precio unitario integral (euros/m2) 36.35 estructura permeable del pavimento se ve afectada. Dado que la base del suelo se ve muy afectada por las cargas de agua y pavimento, se deben considerar diversos factores como el tipo de suelo, la permeabilidad y los materiales de construcción. (2)Capa base(Sub-base) La capa base es la parte utilizada para almacenar agua de lluvia en el pavimento permeable. Como parte importante de la recolección de agua de lluvia, los materiales utilizados deben tener una gran porosidad. Se puede seleccionar la base granular permeable, la base de hormigón permeable y la base de grava estabilizada con cemento. (3)Amortiguar(Outiet) El cojín es la capa estructural entre la base del suelo y la base. Cuando la base del suelo del pavimento permeable es un suelo cohesivo, se debe proporcionar una capa de amortiguación. Para reducir la penetración de agua de lluvia en la capa base, y dañar la capa de balasto. Cuando la base del suelo es arenosa o la subbase es de grava o grava, no se puede proporcionar una capa de cojín. La capa de amortiguación generalmente usa arena gruesa, arena mediana y grava de pequeño tamaño. (4)Capa de aislamiento de filtro inverso( Geotextile Optional) La capa de aislamiento anti-filtro generalmente se coloca entre la capa superficial y la capa base, su función es filtrar las partículas y contaminantes más grandes de la capa superficial, para evitar que los espacios en la capa base se bloqueen y afecten la infiltración de agua de lluvia. Los principales materiales utilizados en la capa de aislamiento del filtro de pavimento permeable son arena mediana, arena gruesa o mortero seco de cemento duro. (5)Capa superficial(Pervious Pavement) La capa superficial se ve afectada por terrenos livianos como aceras y carriles para bicicletas, terrenos con cargas medias como estacionamientos y plazas, y carriles de servicio pesado y otras cargas de resistencia diferentes. El espesor debe determinarse de acuerdo con la función de la superficie de la carretera. Debido aque la capa superficial está en contacto directo con el agua de lluvia, etc., es probable que la superficie de la carretera impermeable cause acumulación de agua, por lo que el material seleccionado debe tener una cierta permeabilidad al agua. 4.2.2. Efecto El pavimento permeable está equipado con buena permeabilidad al agua, que puede aliviar efectivamente la capacidad de descarga de inundación del sistema de drenaje urbano y reducir el daño al medio ambiente causado por el pavimento endurecido urbano. El agua acumulada en el suelo debajo del pavimento permeable se evapora naturalmente a través de la radiación solar y absorbe mucho calor, lo que reduce la temperatura de la superficie y alivia el efecto de isla de calor. El pavimento permeable puede ser también un mecanismo único de reducción de ruido, y el pavimento ordinario solo puede reflejar la onda de sonido, pero no desempeña el papel de absorción de sonido y reducción de ruido. El pavimento permeable es una estructura de poro estable soportada por piedra triturada, su rendimiento es mejor que el pavimento tradicional y puede cumplir con los requisitos de resistencia y durabilidad del pavimento. Tanto el asfalto permeable al agua como el hormigón permeable al agua pueden reemplazar el asfalto y el concreto de carreteras tradicionales. La porosidad del asfalto permeable al agua puede alcanzar más del 25% y tiene una alta permeabilidad al agua[12]. Generalmente, se selecciona la mezcla de asfalto con estructura de poro esqueleto. Esta mezcla puede hacer que el agua de lluvia se organice para infiltrarse, y el efecto es mejor. El asfalto permeable al agua es principalmente adecuado para lugares con requisitos de carga relativamente altos en la capa superficial, como estacionamientos y carreteras. El hormigón permeable al agua también se llama hormigón poroso.El uso de una mayor dureza del cemento Portland hace que la resistencia del hormigón permeable al agua sea mayor que el pavimento de hormigón ordinario[13]. Por lo tanto, el uso de hormigón permeable al agua como superficie de la carretera tiene un buen efecto. El ladrillo permeable no solo puede soportar una gran capacidad de transporte por carretera, sino que también hacen que la lluvia se filtre y almacene el agua de lluvia[14].Se caracteriza por la ausencia de acumulación de agua, drenaje rápido y fuerte resistencia a la presión. Puede absorber eficazmente el ruido, reducir la temperatura de la superficie de la carretera y extender su vida útil. Es adecuado para aceras, calles peatonales, plazas de ocio, carriles para vehículos no motorizados, carreteras en áreas residenciales y estacionamientos que no requieren una alta capacidad de carga en la calzada. 4.2.3. Análisis económico del pavimento permeable. La tabla 6 muestra el análisis del nivel estructural y el precio unitario del pavimento permeable. La tabla 7 es la tabla de análisis de precios unitarios del pavimento convencional, el precio por pavimento permeable de un metro cuadrado es 2.87 euros más alto que el del pavimento convencional. Tabla 6. Lista de precios unitarios permeables Nombre del proyecto Pavimento permeable Nombre de capa tectónica Textil no tejido de 200g/m2 Base permeable (grava graduada) 300mm Cojín de arena 50mm Ladrillo permeable Precio unitario tectónico(euros/ m2) 3.48 12.28 0.53 5.30 Precio unitario integral(euros/m2 ) 21.58 Tabla 7. Lista de precios unitarios para pavimentación convencional Nombre del proyecto Pavimento convencional Nombre de capa tectónica C15 cimentación de hormigón (malla de acero de 8 mm) 100mm Mortero de cemento duro seco 1: 4 30mm Ladrillo de arcilla Precio unitario tectónico(euros/m2) 9.51 4.14 5.06 Precio unitario integral(euros/m2) 18.71 El pavimento de ladrillo permeable puede hacer que el agua de lluvia se filtre rápidamente en el suelo, reponer el agua subterránea, mantener la humedad del suelo, mantener el equilibrio ecológico del agua subterránea y el suelo, y mejorar las condiciones ecológicas urbanas, además de evitar problemas geológicos de ingeniería como el hundimiento causado por la explotación excesiva del agua subterránea y el hundimiento de los cimientos de las casas. Según las estimaciones, un piso permeable de 50 millones de metros cuadrados, con una precipitación anual de 600 mm, puede almacenar 30 millones de metros cúbicos de agua. El pavimento permeable puede hacer que el agua de lluvia se filtre rápidamente, alcance el suplemento de la fuente de agua subterránea y mantenga el equilibrio ecológico del agua subterránea y el suelo. Según las estimaciones, una superficie permeable de 10 millones de m2, si se calcula con base en la precipitación anual de 600 mm, puede almacenar 6 millones de m3 de agua, lo que equivale a la capacidad de un pequeño embalse. Una fuerte capacidad de almacenamiento de agua puede traer considerables beneficios económicos. Según las estadísticas, en 2015 Beijing colocó 1.8 millones de m2 de pavimento permeable, alcanzando un beneficio económico de 864000 m3 de ahorro anual de agua. Si se completa toda la transformación, el almacenamiento de agua puede alcanzar 690,000 m3. Si las medidas de pavimento permeable se adoptan ampliamente en las ciudades de todo el país, el ajuste del clima y la mejora del entorno de los asentamientos humanos recibirán buenos resultados, y sus beneficios económicos son inestimables. 4.3. Verde hundido El verde hundido utiliza la función de penetración natural del espacio verde para interceptar y almacenar temporalmente una cierta cantidad de agua de lluvia a través del espacio cóncavo para aumentar la penetración de la escorrentía del agua de lluvia en el sitio. Puede ahorrar agua para el riego, reducir el flujo y facilitar un cierto grado de filtración de escorrentía, promover la conexión entre agua de lluvia, agua superficial, agua del suelo y agua subterránea, y ayudar a mantener el equilibrio del sistema de circulación de agua de lluvia urbana. 4.3.1. Análisis de efectos La profundidad del verde hundido se refiere a la diferencia entre el espacio verde y la superficie del camino, que es proporcional a la capacidad de almacenamiento de agua. Si la profundidad es demasiado pequeña, no será propicio para el almacenamiento de agua de lluvia y el tiempo de infiltración es insuficiente. Si la profundidad es demasiado grande, conducirá a un almacenamiento excesivo de agua. En el caso de la permeabilidad limitada del suelo, el tiempo excesivo de retención de lluvia afectará el crecimiento de las raíces de las plantas. En general, es más apropiado controlar la profundidad del verde hundido a 50 mm ~ 200 mm . La investigación en el área de Beijing muestra que cuando la profundidad del verde hundido es de 100 mm a 200 mm, el tiempo requerido para que la lluvia se infiltre es de aproximadamente 5 ha 12 horas, y no causará daños por inundación en plantas comunes. Según las situaciones reales de la tierra verde de ciudad Tianjin, las investigaciones relativas indican que, al la tasa de tierra verde llegar al 30% y la depresión bajar a 150 mm, la ciudad puede absorber las precepciones de una vez cada año y una vez de dos años sin drenar las lluvias básicamente . Para las precepciones que encuentran una vez cada cinco año o diez año, la tasa de infiltración de la lluvia es del 70% aproximadamente. Cuando la proporción del área verde es del 35% y el bajo de la depresión es 100 mm, es capaz de caber las precepciones que tiene una vez cada año, cada dos años y cada cinco años completamente. En el momento que la tasa de área verde aumenta hasta el 40% y la profundidad de la depresión es 150 mm, tiene capacidades de absorber la lluvias que encuentran una vez cada año, cada dos años y cada cinco años, además, la tasa de infiltración podrá alcanzar el 90% al haber las precepciones una vez cada diez años[15]. 4.3.2. Diseño del verde hundido En el proceso de diseño del verde hundido, los parámetros de diseño deben serconsiderados. A través de la fórmula (1) , se realiza el análisis del balance hídrico del verde hundido: Q=S+△U (1) Donde: Q : Flujo total del sumidero del verde hundido, m3 S : Calcule de filtración de agua de lluvia en el verde hundido en el período, m3 △U : Diferencia del valor de almacenamiento de agua del verde hundido en el período de cálculo, m3 La fórmula (2) de la tasa de infiltración del agua de lluvia es: N = S+△U (PzF1Cn+PzF2)/1000 ×100% (2) Donde: Pz : Lluvia, mm F1 : La extensión de zona de captación que el área verde sirve, m2 F2 : Área del verde hundido, m2 Cn : Coeficiente de escorrentía del área de servicio de espacio verde de área baja La filtración del agua de lluvia se basa en la fórmula 3: S=60KJF2T (3) Donde: K :El coeficiente de permeabilidad del suelo, m / s, está relacionado con la calidad del suelo, el contenido de humedad del suelo y otros factores J : Gradiente hidráulico, suponiendo que el agua de lluvia se filtre verticalmente, generalmente J = 1.0 La fórmula (4) hace el cálculo de △ U es: △U =F2△h (4) Donde: △h : Profundidad de depresión del verde hundido, m Al mismo tiempo, la determinación de △ h se puede determinar (fórmula 5 ) de acuerdo con su valor crítico de △ h0: △ h0 = �amb 1000� + 1�a mb 1000 ×3600K(5) Donde: � = �1 �2 (6) Según el análisis de parámetros del verde hundido [16], se lleva a cabo el diseño óptimo del espacio verde. La pendiente del verde hundido debe ser apropiada para que el agua de lluvia pueda hacer que fluya hacia el área verde. Debe ser más bajo que la superficie de la carretera circundante. Cuando el almacenamiento de agua del verde hundido alcanza la saturación, se puede descargar a través de la tubería de agua de lluvia. 4.3.3. Sugerencias para que Tianjin practique el verde hundido La textura del suelo del área urbana de Tianjin es principalmente franco arenoso, que se midió mediante experimentos: el coeficiente de permeabilidad inicial y el coeficiente de permeabilidad estable fueron 0.348 mm / min y 0.252 mm / min respectivamente. Si el coeficiente de infiltración es demasiado grande, el suelo no podrá filtrar y purificar el agua de lluvia, y el agua de lluvia puede contaminar el agua subterránea; si el coeficiente de infiltración es demasiado pequeño, hará que el agua de lluvia se acumule en la tierra verde y afecte el ambiente de la ciudad. Generalmente se considera que es apropiado establecer espacios verdes hundidos cuando el coeficiente de infiltración es mayor a 1.00 × 10-6. Basado en los tipos de suelo medidos y los coeficientes de infiltración en Tianjin, es razonable transformar los espacios verdes en espacios verdes hundidos en Tianjin. La tasa de espacio verde es un indicador importante de un entorno ecológico urbano. El National Garden City Standard de 2005 requiere que la tasa de espacio verde hundido de las ciudades con jardín sea mayor o igual al 40%. Para que el espacio verde desempeñe plenamente la función de estancamiento y almacenamiento sin afectar el efecto del paisaje, la profundidad hundida del espacio verde hundido es generalmente de 150-200 mm. Los árboles, arbustos, hierbas, etc. en el área verde hundida deben seleccionarse para tener características resistentes a las inundaciones. Al mismo tiempo, para evitar que la tierra verde acumule agua durante mucho tiempo y afecte el crecimiento de las plantas, se debe establecer un pozo de desbordamiento en la zona del verde hundido, y el exceso de agua de lluvia se descarga en la red de tuberías de agua de lluvia a través del puerto de desbordamiento. En el proceso de cálculo, si △ h0 es un valor negativo, indica que el espacio verde hundido puede infiltrarse directamente en el agua de lluvia sin la profundidad hundida, y el efecto de infiltración de la tierra verde es bueno. Cuando N excede el 100%, indica que el espacio verde hundido puede infiltrarse en el agua de lluvia más grande que el área de recolección de agua de lluvia a la que sirve, y hay un cierto excedente. 4.3.4. Análisis económico del verde hundido de Tianjin Cuando Tianjin está practicando espacios verdes cóncavos, es necesario considerar el precio de plantar plantas verdes. Según la encuesta, el precio actual del césped en Tianjin son 5.04~6.30 euros, si se utiliza césped importado, son 25.19 euros. El diseñador puede usarlo de acuerdo con la situación específica[19]. El índice de costo de construcción real del espacio verde hundido se enumera en la siguiente tabla (8) como referencia: Tabla 8. Índice de costos del verde hundido Número Proyecto Material Grosor(mm) Índice completo(euros /m3) 1 Suelo original apisonada 300 73.06 2 Acuífero Piedra triturada 200-1000 mm 400 3 Capa de siembra Suelo de siembra 300 4 Capa de siembra Grava 2-16mm 300 5 Cama de grava 300 Tubo de filtración de HDPE DN100 6 Geotextil 200g/m2 - 7 Plantas verdes Flores y hierba - 4.4. Jardín de lluvia El jardín de agua de lluvia es un jardín que utiliza plantas para controlar completamente la retención, absorción y retención de humedad de la escorrentía de agua de lluvia. Por lo general, se construye en áreas bajas. El jardín de agua de lluvia tiene como objetivo reducir el volumen de escorrentía con el propósito de la recolección, utilización y tratamiento del agua de lluvia, y promueve la purificación e infiltración del agua de lluvia a través de la filtración. 4.4.1. Composición El jardín de agua de lluvia se compone principalmente de cinco partes, de arriba a abajo: capa de almacenamiento de agua, capa de cubierta de corteza, capa de suelo de siembra, capa de relleno artificial y capa de grava [17]. (1) Acuífero Proporciona espacio de almacenamiento temporal para tormentas. Permite que parte del sedimento se asiente en esta capa es beneficioso para la precipitación del agua de lluvia. Su altura depende del terreno circundante y de las características locales de lluvia y otros factores, generalmente de 100 a 250 mm. (2) Cubierta de suelo acolchado Está cubierto por corteza y hojas, etc. Desempeña un papel muy importante en el jardín de agua de lluvia, ya que puede mantener la humedad del sistema de raíces de la planta del suelo y evitar la reducción de la permeabilidad de la compactación del suelo superficial. Se crea un ambiente microbiano en la interfaz de la superficie del suelo, que es beneficioso para el crecimiento de microorganismos y la degradación de la materia orgánica. También ayuda a resistir la erosión del agua de lluvia de escorrentía. La profundidad máxima es generalmente de 50 mm ~ 80 mm. (3) Vegetación y capa de suelo plantado Tiene un buen efecto de filtración y adsorción.La capa de suelo plantada proporciona un buen lugar para la adsorción de raíces de plantas y la degradación microbiana de hidrocarburos, iones metálicos, nutrientes y otros contaminantes. El grosor de la capa de suelo plantada depende del tipo de planta seleccionada, y cuando se usa la hierba, el grosor generalmente es de aproximadamente 250 mm. Las plantas plantadas en el jardín de lluvia deben ser perennes. Puede ser resistente al anegamiento por poco tiempo. (4) Capa de relleno artificial La capa de relleno artificial utiliza principalmente materiales naturales o artificiales con una fuerte permeabilidad. Su espesor debe determinarse de acuerdo con las características locales de lluvia, el área de servicio del jardín de lluvia, etc., en su mayoría de 0.5-1.2 m. El relleno artificial se puede seleccionar entre tierra arenosa o escoria, grava, etc. (5) Capa de grava La función principal de la capa de grava es facilitar la infiltración del agua de lluvia, que la capa de grava está compuesta de grava con un diámetro que no excede los 50 mm y un espesor de aproximadamente 200 a 300 mm. El fondo de la capa de grava se puede proporcionar con tuberías perforadas de drenaje, de modo que el agua de lluvia se pueda descargar a tiempo. 4.4.2. Diseño de jardín de lluvia. La construcción del jardín de lluviadebe cumplir con los requisitos de calidad del suelo. El suelo del espacio abierto seleccionado es arena o marga arenosa. Se debe excavar un pequeño pozo de 15 cm de profundidad en el sitio y llénarse con agua. Si el agua no ha penetrado completamente después de 24 horas, entonces el sitio no es apto para construir jardines de lluvia. El área del jardín de agua de lluvia está relacionada principalmente con su capacidad efectiva, la escorrentía de aguas pluviales y su permeabilidad. Para cuantificar con precisión la superficie del jardín de lluvia, existen tres métodos: el método de infiltración basado en la ley de Darcy; el método de volumen efectivo del acuífero; el método de balance de agua. Cada método tiene sus ventajas y limitaciones. El área más razonable del jardín de agua de lluvia en el área residencial es de 9-27㎡ . La forma del jardín de agua de lluvia es preferiblemente una curva. Hay que evitar el usar líneas rectas para destruir las características del paisaje natural del jardín de agua de lluvia. Para poder recolectar suficiente agua, el lado largo del jardín de lluvia debe estar perpendicular a la pendiente y la dirección del drenaje; para proporcionar suficiente espacio para plantar plantas y permitir que la lluvia pase por todo el fondo de manera uniforme, el jardín de lluvia debe tener suficiente ancho, el ancho del fondo es de al menos 0.6m . La longitud máxima es de 3.0m, y la relación ideal de longitud a ancho es de 2: 1. En la configuración de la vegetación, deben considerarse las características de nicho de las especies, y las especies de plantas deben seleccionarse adecuadamente para evitar la competencia directa entre las especies para formar una estructura comunitaria de varias capas con estructura razonable, función sólida y población estable; se debe mantener la diversidad de especies. Hay que evitar la simplificación, y procurar la estabilidad del jardín. La combinación de la masa de la planta, el período de floración, el color y la textura se debe considerar de manera integral para extender el período de visualización para que el jardín de lluvia tenga flores en tres estaciones y paisajes en todas las estaciones. 4.4.3. Sugerencias sobre el jardín de lluvia en Tianjin La superficie terrestre salinizada de Tianjin es de 7800 km2, lo que representa aproximadamente el 65,8% de la superficie total de Tianjin,. El suelo con un contenido de sal superior al 0,2% es de 4700 km2, lo que representa el 39,3% de la superficie total. El suelo en suelos salinos-alcalinos es apretado, poco permeable y transpirable, lo que no conduce a la infiltración [18]. El jardín de aguas pluviales es adecuado en áreas con buena penetración de la lluvia en el suelo, y la profundidad del acuífero es generalmente de 10-20 cm. Cuando hay demasiada profundidad, la acumulación de agua de lluvia durante demasiado tiempo dañará el crecimiento de las plantas. Cuando la profundidad es muy baja, el efecto de penetración de almacenamiento de agua del jardín de lluvia no se puede ejercer por completo. En el área de solución salina-alcalina, el cuerpo de agua acumulado en el jardín de agua de lluvia es adecuado para conservar el agua subterránea sin tratamiento de sal. Por lo tanto, las especies de plantas en el jardín de agua de lluvia deben seleccionarse tolerantes a esa característica salina-alcalina, para evitar la lixiviación de iones en el suelo de solución salina-alcalina y que la planta se deshidrate y muera. En la construcción de jardines de lluvia en Tianjin, se pueden seleccionar plantas con tolerancia a salado, sistemas de raíces bien desarrollados, crecimiento de varios años y resistencia a inundaciones a corto plazo. Al mismo tiempo, las plantas seleccionadas pueden tener una fragancia floral para atraer a criaturas como pájaros e insectos, y cultivar una variedad de plantas que combinen para mantener la biodiversidad del jardín de lluvia. Se recomienda seleccionar una combinación de rosa, canna, alheña dorada y boj amarillo en Tianjin para enriquecer la diversidad y belleza de la construcción de jardines de lluvia. 4.4.4. Análisis económico del jardín de agua de lluvia en Tianjin La Tabla 9 muestra el análisis de la capa estructural y el precio unitario del jardín de aguas pluviales, y la Tabla 10 muestra el análisis del precio unitario del reverdecimiento convencional Se puede ver que el costo por metro cuadrado del jardín de aguas pluviales es aproximadamente 4.83 euros más bajo que el costo de reverdecimiento convencional. Tabla 9. Lista de precios unitarios de jardín de agua de lluvia Número del proyecto Jardín de lluvia Nombre de capa tectónica Capa de grava de 300 mm (incluida la tubería de drenaje) Geotextil no tejido de 200 g / m2 Cojín de arena 100 mm Capa de relleno artificial 100 mm (escoria) Siembra de suelo 400 mm Capa de cubierta de ramas de 500 mm Plantas verdes (flores y hierbas) Precio unitario tectónico( euros/m2) 15.23 3.48 1.06 8.59 6.30 2.09 16.17 Precio unitario integral(eu ros/m2) 52.92 Tabla 10. Lista de precios unitarios de enverdecimiento convencional Número del proyecto Enverdecimiento convencional Nombre de capa tectónica Capa de grava de 300 mm (incluida la tubería de drenaje) Geotextil no tejido de 200 g / m2 Siembra de suelo 1000 mm Plantas verdes (árboles, arbustos, hierbas). Precio unitario 15.23 3.48 13.58 25.46 Número del proyecto Enverdecimiento convencional tectónico(euros/m2) Precio unitario integral(euros/m2) 57.75 4.5. Ventajas y desventajas de diferentes medidas para SUDS Las medidas técnicas de las ciudades SUDS son diversas, con diferentes ventajas, desventajas y funciones. La siguiente lista compara varias maneras: Tabla 11. Ventajas y desventajas de SUDS Medidas técnicas Ventajas Desventajas Techo verde Reduce efectivamente la cantidad de escorrentía y la contaminación de la escorrentía, ahorre energía y reduzca las emisiones Altos requisitos sobre la carga del techo y las condiciones del espacio. Pavimento permeable La construcción es simple, lo que contribuye a reducir el flujo neto, la instalación tiene una amplia gama de aplicaciones y el agua de lluvia se purifica Fácil de bloquear, alto riesgo de fusión y congelarse en áreas frías Verde hundido Amplio rango de aplicaciones, bajos costos de gestión de construcción y mantenimiento. Fácilmente afectado por el terreno Jardín de lluvia Amplia gama de aplicaciones, fácil de integrar con el paisaje, bajos costos de gestión de construcción y mantenimiento. Las áreas con altos niveles de agua subterránea, baja permeabilidad del suelo y terreno empinado son propensas a daños secundarios e incurren en costos de mantenimiento 5. CONCLUSIONES Tianjin es una ciudad de escasez de agua basada en los recursos hídricos naturales. Aunque tiene un sistema de suministro de agua relativamente completo, debido a la grave escasez de suministro de agua, el grado de garantía de suministro de agua es bajo, especialmente en el caso de años secos consecutivos, cuando habrá una grave escasez de agua. Debido a la aceleración del proceso de urbanización en Tianjin, se han construido una gran cantidad de edificios residenciales y centros comerciales, y el área de carreteras impermeables ha aumentado, lo que resulta en el problema del anegamiento urbano en Tianjin. Este documento analiza los problemas anteriores, combinados con la calidad del suelo y las características climáticas de Tianjin, y extrae las siguientes conclusiones: Los países desarrollados reconocieron la importancia de desarrollar medidas de gestión del agua de lluvia en el proceso de urbanización desarrollando técnicas que en la actualidan se consideran SUDS. Aprender de los conceptos avanzados de gestión y planificación puede ayudar a implementar la construcción de la ciudad SUDS. El estado actual de las infraestructuras en las ciudades chinas es causado por problemas históricos heredados. Es imposible lograr una mejora integral de una sola
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