海绵城市理论在J 大学新校区建设中的规划研究

2022-11-25张海璇

水科学与工程技术 2022年5期

张海璇

（暨南大学，广州 510632）

我国“海绵城市”概念于2012年首次被提出后，迅速得到各级政府的高度重视，截止目前全国有30个城市纳入海绵城市试点城市，并出台了相应的海绵城市建设技术指导文件。高校校园作为城市的重要组成部分，绿化率高且是公共教育的最佳窗口。系统的校园雨水管理成为校园建设中不可忽视的一个重要部分。

1 国内外高校校园雨水管理情况

国内外高校在各自校园规划中，针对校园雨水管理进行了大量实践和研究。Steven R. Gillard［1］在分析宾夕法尼亚高校的雨水管理规划时，同时对9所高校的校园雨水管理规划和建设进行了调研，包括有霍普金斯大学、马里兰大学、密歇根大学、特拉华大学、维拉诺瓦大学、哈佛大学和耶鲁大学。如表1。

表1 9所高校校园雨水管理调研结果

从表1可知，国外各高校均非常重视校园雨水管动力大多来自校园管理成本的控制要求。其中雨水立管断接直排至绿化带最为经济有效。当然，各高校根据校园的实际情况做出了许多努力。普林斯顿大学进一步提出屋面雨水立管断接，需建立在接收地块土壤的渗透率良好的情况下进行，同步置换渗透率不良土壤，校区内还开发有智能浇灌系统。维拉诺瓦大学的研究团队在校园内建设雨水最佳管理措施（BMPs）公园，采用了3种不同的BMP技术（湿地、生物渗透塘和透水路面），既是校园雨水管理措施又是研究教育基地。乔治亚理工大学根据生态敏感度对校园总体规划图进行分区，规划每个区域的建设指标，包括最大雨水径流量、植被覆盖率、不透水地块覆盖率和分区的开发程度，指导校区的开发改造。哈佛大学、耶鲁大学、宾夕法尼亚大学和罗文大学等还制定了完善的校园雨水管理制度。

校园雨水管理在我国国内高校还未形成具体的制度文件，但在实际应用中可以找到许多出色的工程案例。在人工湿地应用中，王明杰［2］调研总结河南理工大学、郑州大学、沈阳建筑大学、广州大学城、北京师范大学珠海校区等新建高教区，均建设有不同规模的人工生态湿地景观。华南农业大学利用校内原来处于低洼地、在汛期被淹的运动场改造为校内湿地景观公园，并向社会开放，取得了良好的景观效益和社会效益。华侨大学厦门校区利用校内湿地条件展开长期监测与研究，取得大量的湿地研究成果。

2010年，清华大学刘海龙教授［3］将雨水花园引入胜因院的景观设计中，成功解决了区域内部的积水问题，实现了雨水管理与景观设计的成功结合。北京交通大学校芳华园中的雨水花园和生态池塘，为师生创造良好的亲水景观环境，实现了雨水处理和蓄积的海绵功能［4］。天津大学的北洋园校区更是海绵校园建设的优秀工程案例［5］，该校区在总体规划设计阶段，就将海绵校园作为设计目标，对校区进行分区，因地制宜地应用了不同的海绵设施，包括下沉式绿地、植草沟、绿色屋顶和人工湿地等。

根据上述调查可知，以往校园雨水管理着重于建筑单体建筑或部分区域的雨水设计，校园雨水管理的统筹规划的应用案例还比较少，而且与国外高校面临的障碍相似，国内海绵校园的建设受制于资金短缺，全面改造重建显然不符合现状也易造成浪费，在已有景观基础上进行系统联通和修复改造是更可行的途径。

2 适用于校园的海绵设施

结合各地气候、土壤、土地利用等条件，选取适宜当地条件的低影响开发技术和设施，主要包括：透水铺装（透水砖、透水沥青混凝土、透水水泥混凝土）、绿色屋顶、下沉式绿地、生物滞留设施、渗透塘、湿塘、雨水湿地、调节池、调节塘、植草沟、植被缓冲带等。根据部分厂家的市场报价及个别工程案例，总结了部分低影响开发设施的单价，如表2。

表2 低影响开发设施（LID）单价

3 J大学新校区雨水管理规划

3.1 项目概况

J大学新校区位于广州市番禺区，校园总占地76.55hm2，分为两期用地开发建设。其中一期用地64.58hm2，划分为校前区、教学区、中心环湖教学区、体育运动区、学生生活区、教工生活区6个功能区。校前区和教学区位于地块南侧；中心环湖教学区位于中心；学生生活区位于东北侧；体育运动区分为两块，一个位于东侧，另一个位于学生宿舍区西面。学生生活区位于东北侧，沿山势灵活布置。教工生活区位于体育运动区的北侧。二期用地11.96hm2，规划北侧为体育运动区，南侧为教学生活区。

3.2 气候条件

J大学新校区建设所在地区属南亚热带海洋性气候，气候温和，日照充足。该地区平均气温21.8℃，最高月（7月）平均气温28.4℃。年平均温差小，雨热同期，降雨充沛，年均降水量1300～2600mm，主要集中在3—8月。

3.3 地块下垫面情况

一期用地为现状建成校区，绿地率高，下垫面透水性较好；二期用地现状为厂房，下垫面透水性较差，建设时应加强海绵城市建设。地块现状综合径流系数为0.52。

3.4 校园现有海绵设施

3.4.1 中心景观湖

校园在首批建设时，将原地块内的水塘修复建设成校园中心湖，湖面面积3.15hm2，水深1.5～1.8m，打造成校园亲水景观带，功能上作为校园综合雨水集中区和净化区。中心湖处于校园最低高程处，周边地块的雨水均由雨水管道收集汇入中心湖，中心湖与校外河涌相连，连接处设置水闸，根据湖内水位情况启闭闸门。水域周边设置生态植被缓冲带，在收集周边区域雨水的同时防治初雨污染。环绕中心湖集合了图书馆、教学楼、实验楼和体育馆等代表建筑，通过绿色屋顶、雨水花园、人工湿地等多种海绵设施，实现源头消减、蓄渗结合、自然消纳。雨水流经中心湖示意图如图1。

图1 雨水流经中心湖示意图

3.4.2 绿色屋面

绿色屋面是普及度较高的海绵设施，从源头捕获雨水，对短时强降水控制非常有效，且有非常好的隔温效果。但绿色屋顶需要占据屋面空间，而许多校园建筑的屋顶空间需要放置各类设备，如实验楼的通风排风设备，宿舍楼的太阳能板等。校区内教学楼只需配备中央空调，需要放置在屋顶的设备较少，具备建设绿色屋面的条件，建成后还成为师生休闲交流的空间。教学楼西侧的图书馆顶层为办公区域，创新性地采用了花园设计，交错种植绿草和灌木，从源头有效减小了屋面产生的径流，还在顶层构建了一个极佳的生态景观园林。

3.5 海绵城市建设指标

本地块为公共服务类项目，建设分区为前航道建设流域的5～10控制区，总径流控制率为66%，设计降雨量为22.9mm。海绵控制指标为：①公共建筑类用地绿地率不小于35%； ②单位硬化面积调蓄容积不小于500m3/hm2； ③硬化地面室外可渗透地面率不小于40%； ④下沉式绿地率不小于50%（除公园外）；⑤新建项目透水铺装率不低于70%；⑥年径流削减率应达到50%以上。

3.6 校园汇水分区划分

根据校区地形资料，南北830m，北面540m，东西宽930m，场地内地势起伏较大，整个场地中部低、四周高。最高点32.3m，最低点12.8m，高差约19.5m；可将整个校区共划分为4个汇水分区，各汇水区情况如下：汇水区1位于西南侧，设计高程21～22.5m；汇水区2位于中部，设计高程14.1～22.5m；汇水区3位于西北侧，设计高程22.5～35m；汇水区4位于东侧，设计高程20.5～23.5m。

3.7 雨水管理系统规划

J大学新校园内大部分功能用房已建设完成并投入使用，剩余地块分散在校园各个区域。如前所述，校园最低点已建成中心生态景观湖，校园高程上也是中间低、两边高的地势走向。因此，地块内的雨水径流是由周边向中心湖汇聚，雨水管理的重心是在雨水径流的排放路由上因地制宜地运用“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施。

结合实际情况因地制宜设置雨水花园、生态树池、下沉式绿地、景观水池、调蓄池等，或对相关设施进行组合设置。经测算，项目地块需建设不小于24046m3的雨水调蓄设施，其中公共调蓄设施3568m3，地块建设调蓄设施20478m3。

3.7.1 公共绿地

下凹绿地通过对雨水进行滞留和储存，减少雨水径流对管网的压力，同时实现对雨水污染物的过滤。而且，下凹绿地的单价也比较低，也便于应用于景观设计中，保证校园绿化率。雨水花园在小雨时对于降水径流削减平均可达45%，但在遭遇大雨量时，其削减力呈指数下降［6］，其景观效果最佳，也是应用度较高的措施。

结合此次校园规划，校园中的汇水区4中实验组团东侧和教工生活区西侧、汇水区1的南部均规划有保留绿地，该部分绿地可局部改造为下凹绿地。相较于下凹绿地，雨水花园的造价更高，但可更灵活地应用于各个单体建筑的景观中。

3.7.2 道路、广场

透水铺装无疑是使用度和认可度最高的雨水管理措施。目前校区已建广场均采用了透水铺装，道路未使用。在后期建设中，校区内新建道路、人行道等建议改造成透水砖铺装及透水混凝土，增加路面雨水径流下渗，削减峰值径流。为避免许多文献中提到的［7］，因渗透饱和导致水土流失等二次灾害，可通过在基层设置PVC排水盲管，并设置一定坡度，引导饱和雨水经管道排出［8］。

3.8 下垫面变化

根据以上意见将相关面积落实到总平面图上后，地块下垫面情况如表3。

表3 规划调整范围下垫面变化

为满足建设后最大1h雨水径流量低于建设前水平，建议项目地块内建设38529m3雨水调蓄设施，其中地块建设调蓄设施3461m3，公共调蓄设施35068m3。结合建设前后下垫面情况综合测算，地块建设调整后综合径流系数为0.23，相较于现有地块径流系数0.52，系数值有所下降。在100年一遇降雨条件下，建设后最大1h雨水径流量20643m3。