不明白
是因为困在雨中
才会如此思念
还是因为
如此思念
所以被困在雨中
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韧性城市专刊 《WE THE RESILIENT》
We the Resilient
纽约气候韧性设计导则
(第二番)
2020年 7月20日
原文/ Mayor’s Office of Recovery and Resiliency
翻译/ 尚雪峰 厉梦颖 朱怡 林若然 段山友 李婉 杨骏 张乐怡
文献/ 涂匡仪 校译/ 朱怡 林若然
编辑/ 众山小 排版/ 段元浩
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一览导读
随着气候变化对城市的影响越来越受到重视,韧性设计作为城市应对气候变化的重要手段在诸多城市展开了实践。本韧性设计导则是由纽约市长韧性办公室与参与资本项目设计的城市机构密切合作制定的,提供了关于如何在基础设施和建筑物的设计中使用具体的、区域的、前瞻性的气候数据补充历史气候数据的逐步指导。这些指导方针适用于除沿海保护工程(如海堤和防洪堤)以外的所有城市基本建设项目,针对每个城市也有独特的指导方针。实施这些指导方针将产生保护标准,使纽约的建筑环境更能适应气候变化,并促进纽约市的健康、安全和繁荣。《导则》是将韧性作为纽约建筑和基础设施设计的核心原则的第一步。《导则》的主要目标是将前瞻性的气候数据纳入纽约市所有资本项目的设计中,为工程师、建筑师和规划师提供一种统一的方法来设计能够适应不断变化的气候条件的设施。
B、增加降水
预计降水事件的强度和频率将随着气候变化而增加,为雨水管理和对建筑环境的影响带来新的挑战,如:
雨水管理系统不堪重负
更频繁、更严重的洪水淹没了整个城市地区的建筑和基础设施;
年降雨量变化更大,干旱问题也可能加剧。
本节的目标是指导雨水管理方法,包括渗透、增加现场储存容量,并在可能的情况下增加下水道容量,以应对与气候变化有关的降水增加。设计师应该开发并考虑设计干预措施,以减少现有纽约市建筑规范要求以外的场地对下水道流入量的贡献。考虑到它的复杂性,环境保护部(DEP)也在评估气候对整个排水系统的影响。其中主动设计包括如增加现场渗透和雨水保持,可以有助于增强地块基础系统的弹性。
一
背景
纽约市的排水系统设计用于处理1970年之前修建下水道的城市大部分地区当前3年强度持续频率(Intensity-Duration-Frequency, IDF)事件。在1970年后修建下水道的地方,建造了处理5年期事故的能力。纽约市的排水系统网络可能会因为大范围的降水事件或局部的强风暴(有时称为“云暴”)而遭受超过这些阈值的洪水,导致洪水泛滥和阻塞。气候变化预测表明,由多种降水事件引起的洪水可能会增加频率。对所有类型的降水来说,这种增加的可能性都是可以预测的纽约市的事件,尽管未来短期事件有更大的不确定性。
在气候变化的情况下,仅仅依靠下水道来管理极端降水事件是不够的。该市计划减少不透水区域,并提供额外的蓄水能力,以减少洪水破坏。为了管理较大暴雨(如50年和100年一遇)产生的雨水,环保部越来越多地考虑街道和开放空间在管理流量中的作用;这被称为双重排水设计方法。该市正在试点试验这种双重排水方式。
另一套干预措施包括蓝带最佳管理实践(BMP),如模拟开发前条件管理大量水的人工湿地、雨水池和河流修复,以及纽约市的绿色基础设施,这些基础设施通常旨在减少洪水和综合下水道溢流。它们的规模通常不足以应对与下水道同等规模的降水事件,而下水道是主要的排水设施。然而,蓝带BMP、绿色基础设施和其他雨水管理工具可通过临时储存和/或渗透径流(否则将流入下水道系统)为更大的暴雨事件提供额外缓冲。例如,纽约市常见的开放空间区域可能无法为树木和其他植物提供足够的环境。然而,在这些情况下,其他类型的绿色基础设施,如可渗透表面和地下滞留和滞留设施,仍被认为是可行的。
该市由环保署(DEP)牵头,继续发展应对气候变化导致的更严重风暴事件的方案。环保署正在研究评估海平面上升和降雨强度的方法,以便进行雨水管理,并在可能的情况下评估下水道容量。这些努力将把前瞻性气候数据纳入这些资本资产的设计,而暴雨和海平面上升的复合因素可能需要更大的渗透和现场雨水滞留能力。各机构和顾问应直接与环保署合作,在指定地点制定必要的战略,以满足降雨强度和频率的预期增加。
二
现场雨水系统的降水设计调整
根据城市设施应对暴雨的需求,遵循以下步骤并审查推荐的设计干预措施。
a)确定所需设计事件的持续时间
当前50年的IDF可以作为未来5年风暴(预计为2080年代)的一个指标。设计现场滞留/滞留系统,以保持与当前50年IDF曲线相关的容积(见下图四)。设计现场系统,按照NY (RCNY)第31章15条规定的最高释放速率进行释放。
b) 进行敏感性分析
比较当前5年IDF和50年IDF所需的滞留/滞留时间,以确定与遵守这些准则相关的成本和收益。使用下面的项目效益评估部分和附录四作为如何识别和评估效益的指导。根据成本/收益分析的结果,评估使用更大的风暴(如100年)或更小的风暴(如25年)来避免滞留/滞留的附加收益。其目标是在给定场地和成本限制的情况下,最大限度地提高滞留/滞留能力,并通过评估在更大的风暴事件中增加滞留/滞留水能力的效益。
图四、纽约市当前强度-持续时间-频率降水曲线,摘自美国商务部气象局技术文件25
c) 确定管理增加降水的设计干预措施。
有不同的方法可以更好地管理暴雨,避免暴雨后的城市洪水。在考虑场地位置、操作要求、成本、效益和使用寿命后,选择合适的干预措施组合。以下是一些设计干预的例子:
尽量减少不透水表面的增加;
利用雨水渗透、蒸发或再利用的策略来减少雨水流量。然后选择截流(延迟排水)策略来管理城市排水系统的风暴潮流量;
安装雨水渗透、滞留和储存设施(例如生态湿地、绿色屋顶、蓝色屋顶、贮水池等);
保护等级以下地区不会受到洪水侵袭;
保持抓盆格栅清洁;
在实施周边保护时,确保内部水管理也被考虑在内;
探索保护地下公用事业和电信基础设施不受水损害的干预措施。
d) 使用适当的DEP指导方针,使用更高的设计风暴执行上述任务。
目前规定的三个DEP导则如下:
雨水管理系统设计和施工导则,2012年7月。
拘留设施设计标准,2012年11月。
DEP站点连接建议应用和导则。
有关雨水标准的说明:由于环境保护署更新了雨水标准,并开发了特定的工具来评估增加降水和排水策略对现场雨水管理的影响,这些变化将反映在这些准则的未来版本中。但是,建议设计师应制定并考虑设计干预措施,以便在现有要求的基础上增加现场储存。此外,正在制订一个方法,以建立一个统一的、全市范围的处理法律等级的程序,这将对如何管理极端降水产生进一步的影响。
三
将气候变化预测纳入DEP排水规划
管理强降水事件的第一道防线不需要对下水道系统进行如上所述的更改。排水和污水基础设施规划在气候变化、下水道和污水网络基础设施应该定性评估,从上游管道到监管机构,泵站,拦截器下游河口,最终,将气候变化预测的可行性进行系统设计。如果2021财政年及其以后的暴雨水道项目在单独的设计初期或自由排水区域,DEP将会评估其将气候变化纳入考虑的重新设计的灵活性。如果项目(包括其中规定的变化)通过了成本/效益分析,那么DEP将考虑将气候变化预测纳入规模。但是,必须仔细评估系统某一部分的更改。例如,任何调节室的增大或系统的高点都会对废水基础设施和住宅/企业的设计和运行产生负面影响,并可能导致服务水平下降。
环境保护署正在发展水文及水力(H&H)模型,以估计未来气候情景下的径流流量,并正在评估现有及未来降雨情况下的雨量曲线图,以纳入排水规划过程中。此外,DEP目前与ORR协调排水规划,作为沿海复原项目的一部分,将于2019年4月发布的《气候弹性设计导则3.0版》将制定更详细的方法,将气候变化预测纳入排水规划之中。
C、海平面上升
本章节提供以下两种类型的工具:1)预测项目在使用寿命期间是否会由于海平面上升而被潮汐淹没;2)将海平面上升作为基建项目防洪能力评估的影响要素之一。针对处于洪水频率为1%的洪泛区的项目,可以计算得出经海平面上升调整后的设计洪水高程(DFE)。DFE反映了项目由于海平面上升等因素导致较高成本的相对风险性和项目的可使用寿命。
纽约市遭受着海岸风暴的袭击,最近一次海岸风暴发生在桑迪飓风期间。海平面上升增加了由风暴潮引发的洪水的深度,程度和频率。在涨潮期间,海平面上升会淹没一些低洼地区。目前纽约市的防洪高度是结合FEMA洪水风险预测图和纽约市建筑法洪泛区建筑物保护标准规定的基本洪灾高度这两个因素综合考虑得出。出于在城市建设中考虑海平面上升的因素和提升核心资产(定义见表4)的安保等级这两个主要目的,纽约制定了以上准则。值得注意的是纽约所有项目和设计干预措施都必须遵从《纽约市建筑规范》。
设计人员应区分大型设施或者园区中的关键部分和非关键部分。即使设施本身可能并不重要,也需要加强保护设施的关键部分。 关键部分包括配电交换区域,电机控制中心,化学进料设备,通信系统、监视和安全设备,HVAC单元,火灾报警和抑制设备,熔炉,电梯,应急燃料供应,应急发电机和 危险品储存处等。为了确保设施在洪水期间能正常运转,或者在洪水过后能迅速恢复正常运转,则还需要预先对保护措施进行评估。
其他注意事项包括:
《导则》适用于除沿海防洪以外的所有城市基建项目,沿海防洪系统的设计标准与此处针对建筑物和其他基础设施的标准不同。目前,为了符合FEMA对防洪堤坝系统的认证,纽约市许多沿海防洪系统正在开发中。纽约市计划为沿海保护项目制定进一步的指导导则
有关FEMA FIRM,PFIRM和纽约市预测洪水图之间的差别,请参阅附录3
还应考虑海平面上升带来的复合压力。例如,随着海平面上升,桥梁冲刷可能会增加。同样,由于高海平面导致尾水增加,强降雨导致的洪水可能会越来越严重。需要注意不同的风险之间的相互作用,以及考虑如何部署不同的干预措施以应对多种危害
需要酌情批准的项目必须将海平面上升预测纳入纽约市海滨复兴计划
目前正在开发建立一个具有一致性的、可以处理全市范围不同法律等级的程序,这将在管理海平面上升和降水上取得成效
评估由于海平面上升引起的潮汐淹没
目前,纽约市部分地区遭受潮汐洪水,而随着涨潮期间海平面上升,沿海低洼地区的潮汐洪水预计将加剧。项目团队在确定项目位置时,如果不改进沿海设施,则会倾向于在经常被淹没的区域之外的其他地点选址。某些设施(例如废水处理厂和港口设施)出于运营目的,需要靠近海岸。
a)确定海平面上升带来的潮汐淹没风险
事实上,现在可以通过使用洪水灾害地图(http://www.nyc.gov/floodhazardmapper)来查看您所在的位置是否位于项目使用寿命内由于海平面上升和涨潮而被淹没的区域。例如,如果使用寿命在2040年和2069年之间结束,请选择21世界50年代的涨潮地图。仅根据涨潮和海平面上升确定被淹没的风险,与洪水无关。请按照图5中的说明进行操作,并参考图6中的示例,去检查资产使用寿命结束时是否被淹没。
图五、洪水灾害地图:涨潮与海平面上升http://www.nyc.gov/floodhazardmapper
图六、本世纪20年代与上世纪80年代的灾害地图。http://www.nyc.gov/floodhazardmapper
b)解决洪水风险
如果洪水灾害地图显示设施在其使用寿命内将会被潮汐淹没,或者如果主要通道有被淹的风险,请考虑选择其他场所。或者如果预计该站点不会被潮水定期淹没,请进入进行第二步解决洪泛区风险。
在计算海平面上升而引起的潮汐淹没时需要注意的事项:如果项目团队对潮汐淹没深度感兴趣,请执行以下步骤:首先,根据最接近该地点的NAVD 8851基准面确定平均高水位高度(MHHW)。如果无法通过地点调查获得MHHW数据,请访问http://www.nyc.gov/wrp,获取全市潮汐站MHHW高程(NAVD88)。然后,将与设施的使用寿命相对应的年度预期海平面上升的最高估计值(第90个百分位数)(请参阅附录2中的表8)添加到MHHW中,确定潮汐淹没深度。
解决洪泛区风险
由于海平面上升会增加沿海风暴的深度,处于目前年均概率为1%的洪泛区中的设施在其使用寿命内将面临日益增加的洪灾风险。本节提供了通过代码调整法规要求的设计洪水高度从而解决海平面上升的问题。
a)使用洪水灾害地图找到设施的位置,可以按照图7中的说明进行操作。
查看“ FEMA Preliminary FIRM 2015”
单击1%洪泛区中的设施站点以查看基本洪水高度
图七、带有FEMA PFIRM(2015)的洪水灾害地图。www.nyc.gov/floodhazardmapper
b)如果设施不在当前年均概率为1%机会洪泛区中(PFIRM 2015),进入下一步:解决未来洪泛区中的风险。如果设施位于1%机会泛洪平原(PFIRM 2015)中,请记下基本洪水高程(BFE),然后进行下一步骤。请注意,如果一个设施有多个BFE,或者该站点部分位于洪泛区中,建议使用最高的BFE作为整个站点的BFE。
c)确定海平面上升调整后的DFE
使用表4作为设计基础,结合站点当前基本洪水高度,设施的使用寿命和关键程度来确定设计洪水高度。
表四、确定关键和非关键设施的经海平面上升调整后的设计洪水高度
案例研究
:调整设计洪水位应对海平面上升
本案例展示了如何根据一个假设的重要服务建筑及其主要构成的使用期,计算因海平面上升调整的设计洪水位。
第一步,系统化场地内的多种重要构件及其建造年份。确认它们的使用寿命,以及与其相关的未来洪涝风险评估的方案。在这个案例中,建筑结构和外部应急发电机是面临海平面上升和滨水风暴潮时最危险的构件。
图八、如何在现有洪泛区域内定位设施并判断设计洪水位。图九(插入图)、此设施的室外应急发电机
第二步,通过叠合场地与现有(初步)洪水保险费率地图和对应的联邦应急管理局1%的未来方案来判断此场地的洪涝风险。覆盖2015年初步联邦应急管理局洪泛区域在场地上,此地基于13英尺的北美垂直基准点的基线洪峰海拔,有1%的洪涝年几率。
第三步,根据表四对重要设施的参考定义,评估此设施每一主要构件的重要性。这个(设想的)建筑是重要的。
第四步,根据表四来判断针对每一构件的海平面上升调整和干舷要求,计算每一构件对应使用寿命的设计洪水位。
第五步,比较每一构件的设计洪水位和相关的参考准则推荐的设计洪水位来计算预期洪水深度。
表五、如何计算重要设施海平面上升调整后的设计洪水位
图十、本概要图展示了如何在现有的1%洪泛区域内确定设施的设计洪水位
四
解决未来洪泛区域的风险
如果设施不在现有的1%洪泛区域内,随着海平面上升扩大了洪泛区域的范围,它仍有未来遭遇洪涝的风险。根据以下步骤来判断是否你的设施坐落在未来洪泛区域内,如果是,需要使用何一海平面上升调整的设计洪水位。
a)使用洪涝灾害地图来判断设施是否在未来1%洪泛区域内。评估该设施在其使用寿命内,洪泛区域是否上升到包围全部或者部分场地。比如,如果使用寿命结束在2040到2069之间,选择2050s洪涝区域地图。如下图:
图十一、洪涝灾害地图和未来1%洪泛区域https://www1.nyc.gov/site/planning/data-maps/flood-hazard-mapper.page
b)如果此场地不在未来洪泛区域内,则不需要额外的防洪措施。
或者,如果此场地在未来洪泛区域内,使用洪涝灾害地图,确认此场地在现有1%洪泛区域内最邻近的基线洪峰高程。
c)使用表四来确认设计洪水位
添加干舷和海平面上升调整到在现有1%洪泛区域内最邻近的基线洪峰高程,来确认设计洪水位。
d)采用表四的设计洪水位计算受保护的设施
参看图十二和图十三来计算设计洪水位
:判断未来洪泛区域内的基线洪峰海拔
图十二、本概要地图展示了如何定位最邻近的1%洪泛海拔
图十三、本概要图展示了如何判定设施的设计洪水位是否在现有1%洪泛区域之外
五
确定合适的设计方案
对于所有现在或者未来具有洪涝风险的项目,选择满足项目设计洪水位的防护方案。考虑的因素包括项目位置,运行要求,现有的持续性规划和成本。附件六是设计策略清单,可用于追踪设计方案的资源。
场地重选址:在可行之地,进行备选场地分析
永久阻碍物(例如,防洪岸壁)
可部署防洪坝(例如,闸门,防洪门,充气障碍)
以自然系统为基础的方法(例如,生态海岸线,修复湿地)
优先保护在设计洪水位以上的电子机械和其他重要的替换昂贵的设备(例如,发动机和控制器,锅炉和熔炉,燃料存储容器,导管,警报系统和抑制设备,配电板,电力分配和交换区域,汽油和电表,电信设备,化学配料设备,高压交流电设施和紧急发动机)
干防洪:设计防止洪水进入的设施
湿防洪:设计让洪水进出不造成显著损坏的设备(例如,增高或者保护重要设备,在设计洪水位以下的部位使用防水的建筑材料,包括洪水通气孔和泵)
为多个运营商设计冗余的电信管道接口,电信管道尽可能包含多个检修孔
符合设计原则地为电信设备安装备用电源(例如,安装在设计洪水位以上)
在屋顶安装电信设备室外使用的断绝开关
探索保护地下设施和其他电信设备免于水害的干预措施
为所有在洪泛区域内的减租和设施,在防洪障碍措施后安装回流防止器,回水阀门和污水泵
在可行之处,采用降低海浪高度或减弱海波强度的海岸线改进措施
运行要求和持续性计划可以体现合适的设计干预方案的选择,尤其需要在洪涝灾害之后快速恢复的场地。以下是场地的功能性使用如何匹配干预方案的例子:
在洪涝中或洪涝结束之后立刻必须运行的设施,需要使用永久性障碍物或者被动生存的干防洪方法(比如警察局或消防局)。
在洪涝结束之后需要迅速恢复的设施,需要增高优先处理的设备并使用可部署的障碍物。
在洪涝发生后可以长时间修复的场地可以临时性地淹没(例如公园和广场)使用生态弹性材料和策略可以减少因临时性淹没引起的损失。
不同的干预设计方案需根据项目具体的运行要求来选择,但是这些方案的选择必须满足美国土木工程师协会针对沿海区的设计要求。
未完待续
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1、《Climate Resiliency Design Guidelines》
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参考文献标题一
~ THE END ~
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