基于海绵城市理念的高校海绵校园改造研究——以安徽科技学院为例

王欠欠，冯 晨，潘 凡，郭娜娜，梁鑫斌

(安徽科技学院，安徽 凤阳 233100)

1 引言

为解决我国水资源匮乏、水资源需求不断增长、水污染严重等问题，“海绵城市”建设开始兴起。海绵城市可以在城市雨水资源丰富时，将雨水储蓄起来，使得雨水可以回渗到地下并进行再循环，而当城市需要用水时，又可以对经过地下水循环净化过的雨水进行再利用。这种“海绵”一样的作用，可以保证城市水资源的可持续发展。

高校占地面积大，景观良好，硬质铺装较多，人群集聚度高，用水量大，且拥有丰富的科研资源，是“海绵城市”的重要实践基地。“海绵校园”改造可以将校园内的不舒适的“灰色空间”转化为宜人的“绿色空间”[1]，对雨水进行收集和净化，解决校园内涝问题，实现水资源可持续利用。

2 相关案例分析

2.1 国外案例

2.1.1 汉诺威康斯伯格生态社区(德国)

该项目提出了“近自然水管理”的概念和方法，其目的是通过一些接近自然的排水方法尽可能地将雨水就地滞留和渗透，以此减少水分的损失。城市雨水利用系统由雨水渗滤沟、坡面雨水绿道、雨水滞留区、蓄水湖和输水沟5部分组成。在这个系统中，雨水沿着道路流入雨水渗透沟，滞留在沟渠中，慢慢穿过沟渠底部的排水层进行净化，然后渗透。当遇到大雨时，溢出的雨水通过管道输送到较大的雨水滞留池中，慢慢地渗透和蒸发。

2.1.2 阿朗松大学(法国)

由于阿朗松地区气候条件恶劣，不仅风力大，而且土壤贫瘠--夏季易干燥，冬季易结冰。因此，在春季和夏季种植新植物期间，保持充足的水资源特别重要。从这个角度来看，排灌沟渠的设计尽可能靠近道路：与人行道结合，占据休憩区域的角落，填充与停车场之间的隔离带，沿自行车道或旧省道两侧分布。在该地区的核心地带，新的公交路线替代了旧的省级公路。该项目提供了一个水循环网络，将建筑排水管连接到大型果园。雨水过后形成的临时溪流的各种水道将该地区从西北风的淫威中解救出来[2]。

2.2 国内案例

2.2.1 天津桥园(天津)

在天津桥园公园项目中，将一个废弃的打靶场改造成一个低人工的城市公园，结合地形改使城市雨水融入植被适应和群落替代的自然过程。它具有蓄洪、净化等自然服务功能，改善了公园的盐碱土质量，为环境科学教育提供了条件，给游客带来了宜人的环境景观[3]。

2.2.2 天津大学(天津)

2012 年，天津大学将水资源的综合利用及景观建设融入到新校区的规划设计中，希望校园能够结合“海绵城市”建设理念和方法，当面临暴雨时，通过生态多层级的分区对雨水进行收集、排放和利用来起到“海绵”功能。在北洋园校区，根据功能和布局，分为外环自然排雨区、中环管道集雨区、中心岛生态集雨区进行雨水排放和管理，除雨水排放系统外，还有透水的道路铺装、植被绿地、土壤、湿地、中央湖泊等共同构成校园的“海绵体”，使校园能够应对极端降雨[3]。

2.3 经验总结

通过对相关海绵城市及海绵校园建设典型案例的分析总结，总结在海绵校园的建设中，需要遵循的原则如下。

(1)生态优先可持续。海绵校园建设的首要原则是生态优先，首先考虑校园生态和校园设施安全，在不破坏该校园生态系统的前提下，建设“海绵体”，通过一系列建设途径实现校园环境的可持续发展，使安徽科技学院成为凤阳县建设海绵城市的参考示范。

(2)建立水资源循环利用系统。水资源循环利用的建立，应当协调自然降水、地表水和地下水的系统性，协调供水、排水等水循环环节。雨水管理是建设海绵校园的重要部分，应该结合校园的气候、污水系统、雨水系统进行综合规划，构建校园水资源循环利用，可以节约水资源和改造校园环境。

(3)与校园总体规划密切联系。要从建设的校园本身存在的问题出发，通过水资源利用规划、生态交通规划和绿色景观规划，构建生态和谐的校园环境，实现水资源的优化配置和道路、水系、景观的协调发展。

(4)注重海绵校园建设技术的适宜性和多样性。校园作为社会教育，研究和创新的基地。因此海绵校园的建设要考虑很多问题，比如本地自然地理条件、人文地理特点、水资源及降雨规律等，此外还需要探索和实践得出对技术设施发展的各种影响。为科研和示范推广创造出良好的条件。

(5)注重科研和环境教育功能的实现。在海绵校园规划、设计、建设和运行的全过程中，专业教师要充分参与实践和科研，为学生的课程设计、实验测试、生态实践和科普教育提供真实的场所和任务[4]。

3 安徽科技学院海绵校园改造

3.1 现状问题

安徽科技学院位于安徽省滁州市凤阳县，属于北亚热带湿润季风气候和南温带季风气候区的过渡带，，年降水量904.4 mm，年蒸发量1609.7 mm，凤阳市年平均降水量在840～920 mm之间。因位于中纬度冷、暖气团交锋频繁，降水集中，所以常受干旱、水涝的灾害的影响。

四季雨水分配率分别为：21%、52%、17%、10%。在降雨较为集中的夏季，即5～8月份，校内极易出现积水的现象。校园北依小九华山，南临城市道路，形成北高南低的地势，高程相差甚大。当降雨量较大时，地面上的雨水不能及时的下渗和排出，在东区操场经常可以看到“小瀑布”的仿自然景观。主要的积水发生在两条道路的交叉口、地面高差较大且无法正常排出的地方和地势较低的低洼处(图1)。

3.2 问题分析

3.2.1 城市道路与校址高程差距大

安徽科技学院校区地势北高南低，且高差较大，一到雨季，南门就极易出现大面积积水，人和车几乎无法通行;东区操场北面入口处阶梯地势偏低，所以一到下雨天就会形成“瀑布”小景观，下水道排水流速跟不上，导致积水严重，不能正常行走；每个十字路口地势都比较低，又没有排水沟，因此水会堆积在十字路口中间地段，给行走的学生带来不方便；学校的两个食堂连接地面都有楼梯，但是连接楼梯的道路没有排水沟也没有下水道，容易积水(图2)。

3.2.2 排水设施落后

安徽科学学院已经建立60多年了，却没有独立的排水系统，校内的污水雨水都是直接排入城市下水道，不能针对性解决学校内排水问题。并且没有利用人工湖泊蓄水，师琴湖没有成为有效的蓄水场地，导致雨水流失，浪费水资源。

3.2.3 排水设施管理不善

学校管理体制不健全，日常维修与检查意识淡薄，相关组织与规定有待加强。校内没有完整的排水系统资料，更没有排水系统的管理者，污水雨水只能随城市的下水道排出，雨水、污水合流，不经处理的污水会污染天然雨水，不利于雨水再利用，导致大量雨水资源的浪费

图1 校园雨水积水点

图2 坡度较大不透水铺装道路

3.2.4 绿地景观利用不当

学校东校区有60年的建设历史，校区内的绿化已成熟，大面积的绿地景观理应在雨水的渗透利用上起到一定作用，但由于学校绿地建设管理不当，许多绿地都高于周边路面，不仅不能及时吸收路面积水，还会出现小型“水土流失”现象，增加路面的排水压力(图3)。

图3 凸起绿地与不透水步道

3.3 对策及途径

在对基地全面调研的基础上，提出了海绵校园建设推进的总体思路。路面采用渗透性良好的透水铺装，通过一定设置使雨水快速渗到地下参与循环。在教学楼与宿舍楼的屋顶上建设生态基地或“屋顶花园”，不仅可以起到绿化的作用，还可以过滤雨水，净化雨水实现雨水循环再利用。改造校园部分绿地为雨水花园或下沉式绿地，来控制地表径流和涵养地下水。利用校内人工湖蓄水[5]。主要从道路系统、绿地系统及景观系统等方面设计建设海绵校园。

3.3.1 道路铺装

(1)透水沥青铺装。透水沥青路面作为一种新型路面结构。它能有效降低行驶车辆与道路摩擦引起的爆炸声，并有自身较为完善的排水系统，对路面积水的反光现象起到了极大的改善作用，也大大减少了汽车在雨天打滑的现象[6]。基于对基地的调查，校园内的梧桐路、玉兰路、西区三食堂门口道路等主要道路宜采用透水沥青路面铺装，以改善道路积水现状。

(2)彩色混凝土铺装。彩色混凝土，是一种有颜色的透水混凝土，又称“多孔混凝土”，也叫“排水混凝土”。彩色混凝土路面不仅能使雨水流入地面，有效补充地下水，消除地面石油化合物对环境污染的危害。是保护自然、维护生态平衡、缓解城市热岛效应的优良道路铺装材料。基于对基地的调查，可将校园内东区篮球场地面换成彩色混凝体铺装，不仅利水雨水渗透，鲜艳的色彩还能彰显体育运动的活力与激情。教职工宿舍内部道路也可采用彩色混凝土铺装，区别于教学区道路铺装，模拟自然材质和纹理，实现建筑与人文环境、自然环境和谐相处，富有生活气息(图4)。

(3)其他透水铺装。嵌草砖、嵌沙砖、花岗岩碎石等透水铺装材料可用于停车场及青年林中的人行小径。人行小径的碎石铺装应高于周边绿地，雨水来临时，道路上的雨水可就地下渗，既补充周边植物用水，又涵养下层土壤，增补地下水，使路面以下原本被封闭的土壤恢复生机，成为校园内道路海绵体[7]。

3.3.2 屋顶绿化

绿色屋顶以及雨水集蓄系统是目前最常见的建设手段。在技术层面上绿色屋顶按照从上到下主要由7部分组成：绿植、基质层、过滤层、蓄排水盘、保湿毯、阻根层及结构层。绿植具有观赏价值的同时兼具吸水蓄水和参与水循环的作用；基质层，主要为植物提供生长的土壤；过滤层，通过过滤杂质起到净化功能，蓄排水盘和保湿毯具有防水功能，防止水分向下层下渗[5]；当雨水来临时，屋顶花园吸收和汇集部分雨水，当降雨量超过屋顶花园所能承担的最大雨量时，通过排水管将多余的雨水直接输送到就近的雨水花园或下沉式绿地。通过屋顶花园雨水的收集，将多余的水经过滤层连接管道，以通向校园总体管网系统；收集一些建筑中污染较轻的生活用水，经过必要的处理可用于校舍卫生间冲刷用水。储雨装置可安装在楼外地下或地上，连接屋顶雨落管，处理后用于消防或草坪灌溉等。

校园内平顶的教学楼和宿舍楼均可升级改造成这种绿色屋顶。在建设屋顶生态绿化系统的过程中，应该考虑提高房屋的利用率，校园屋顶的建设通过营造屋顶花园、屋顶草地、屋顶花棚、屋顶盆栽等来进行，这样不但充分利用水源，而且还可增加绿化面积、美化环境，还能为园林专业的学生提供一定的研究基地。基于校园现状，可选用草坪式屋顶绿化，以种植低矮植被、草坪、花卉为主，在绿地之间布置较为简单的养护和维修通道，不仅易于维护，且建设成本较低[8](图5、图6)。

3.3.3 雨水花园

雨水花园可通过改造利用、人工开掘两种方式获得。它可用于汇聚并吸收来自屋顶或地面的雨水，并通过植物、沙土的综合作用使雨水得到净化，并使之逐渐渗入土壤，涵养地下水，或使之补给景观用水、厕所用水等城市用水。其本质就是一种生态的、可持续雨洪控制与雨水利用设施[9](图7、图8、图9)。

图4 道路铺装示意

3.3.4 下沉式绿地

下沉式绿地是低于周围地面的绿地，其利用开放空间承接和贮存雨水，达到减少径流外排的作用，内部植物多以本土草本植物为主。其作用原理是通过下沉空间增大收集雨水量，同时削减强降雨雨水径流，并通过植物过滤减少雨水污染[7]。它是海绵校园建设中常见的集水绿地措施，可广泛应用于校园绿地中。下沉式绿地的优点就在于其对现有环境干预较小，无需增加多余的设施。雨水在下凹处汇聚下渗，有效延长了雨水下渗时间和下渗饱和度，集水效果良好(图10)。

图5 屋顶绿化结构示意

图6 屋顶绿化布点示意

图7雨水花园结构示意

图8 雨水花园效果图

3.3.5 人工湖

师琴湖是安徽科技学院内的一处人工湖，其地势较低是一个天然的蓄水池(图11)。但其作用主要体现为校园景观，并没有很好的发挥其汇水、蓄水、净水的作用。目前师琴湖存在两大问题：岸线均为硬质铺装，不仅限制了其蓄水的能力，也带来了地表径流造成的湖水污染；湖水补给方式单一，且连通城市管道的溢出装置设计偏低，造成湖水水位较低，储水能力较差，同时旱季时还需过多的人工水源补给，造成饮水资源的浪费。因此需要有效的设计手段，扩容师琴湖的蓄水能力，同时引导雨水补给人工湖，增加补水途径，实现生态补给。

基于对基地现状的调查，人工湖蓄水作用可通过以下两个方面实现。

(1)增加湖水的补水来源途径：一是周边绿地雨水补给，在人工湖周边利用其下凹地形，结合坡度绿地的设计，引导雨水汇入人工湖。绿地过滤收集的雨水污染物和杂质较少，且可以实现人工湖周边绿地雨水下渗饱和。二是通过道路和绿地的雨水收集口收集地面雨水，通过雨水管道排放至人工湖内。此类雨水短期排放量大可有效的补给湖水，同时可利用人工湖沉降和自净的能力达到净化污染物和沉降泥土杂质的作用。

(2)提高师琴湖的蓄水能力。一是优化湖体形式，二是改善生态坡岸[7]。湖的蓄存量直接影响了人工湖的蓄水能力，可以通过提高溢水口的高度提高蓄水量。拆除硬质铺装岸线，利用碎石和透水材料建设的生态坡岸提高其下渗和抗冲刷能力。将通过坡岸植物过滤后的雨水引入湖中，对湖水的改善作用更为明显。

4 结语

校园环境作为城市环境的重要组成部分，通过对海绵校园建设的探索，可为海绵城市的建设提供较好的参考和借鉴意义。本文在相关文献资料查阅和国内外海绵城市建设优秀案例研究的基础上以安徽科技学院为例，在吸、蓄、渗、净4个方面，在改善道路铺装、建设屋顶绿化、增加雨水花园和优化人工湖储水4个具体措施上对海绵校园建设作了相关探索。文章在优化安徽科技学院校园景观生态环境和有效解决校内集中降雨时期的内涝问题的同时，以期为凤阳县海绵城市建设及其他高校海绵校园建设提供良好的参考与借鉴意见。

图9 雨水花园布点示意图

图10下沉式绿地结构示意图

图11师琴湖位置示意图