海绵校园中雨水调蓄与净化对策研究

陈露莹 江苏龙腾工程设计股份有限公司 江苏省雨污水资源化利用工程技术研究中心南京市生态河道工程技术研究中心

海绵校园是依据“海绵城市”的理念应运而生、是新一代城市雨洪管理概念，是指校园能够像海绵一样，在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”，称之为“水弹性校园”。校园作为一个相对独立的系统，通过海绵校园建设，可以有效应对暴雨灾害，减少其对师生安全、学校设施的影响，降低面源污染，提升景观环境，使师生教学生活更安心、更省心、更舒心。

1 海绵校园规划指导思想及原则

海绵校园规划总要求是借助自然力量排水进行源头分散和慢排缓释，就近收集、存蓄、渗透、净化雨水，在尽可能保留原有生态格局的条件下，通过合理布置海绵设施，优化校园水生态系统，提升校园的生态效益，让校园的地面形成如同“海绵”一样的吸水功能，实现雨水的自然迁移和净化。

在规划建设过程中，坚持因地制宜原则，结合区域条件，科学选用雨水设施，根据需求进行技术优选，根据气候特征甄选植物种类；坚持生态优先原则，按照先绿色后灰色、先地上后地下的思路，雨水先通过地上绿色基础设施进行渗透、滞蓄、净化，多余的再通过地下管网进行排放，多改少建，合理利用地形、管网条件，充分发挥绿色雨水设施、管网等不同设施的耦合功能。

2 海绵校园建设对策探索

2.1 校园概况

陶吴幼儿园位于南京市江宁区横溪街道狮山路北侧、陶杨路西侧，用地功能为公建用地，地块用地面积约10453m2，其中，现状绿化面积2424.4m2，绿地率23.19%，屋顶和硬质面积为4716.2m2，铺装面积为3312.1m2。学校位于长江下游中部地区，属于北亚热带湿润气候，四季分明，雨水充沛。常年平均降雨117d，平均降雨量1106.5mm，相对湿度76%，在春末夏初多有梅雨发生，夏季炎热多雨，且降雨时空分布不均，时常出现突发性强的短历时强降雨，易出现局部的洪涝灾害。

2.2 雨水调蓄与净化指标

综合考虑道路和建筑因素，结合下垫面的分布、雨水管网及总体的景观效果等，根据《南京市海绵城市专项规划（2015-2030）》及用地性质分析，将该校区划分为14个汇水分区，从水生态、水环境和水资源三方面确定了海绵校园建设的基本指标体系目标，以此改善校园生态环境、提高校园雨水资源利用率，具体指标数值如表1所示。

表1 陶吴幼儿园海绵设施建设指标

2.3 海绵校园规划

2.3.1 整体规划

以实现上述海绵校园建设各项目标为出发点，综合考虑各海绵设施的适用性、功能性、经济性及景观效果，以先绿色后灰色、先地上后地下的原则，采用雨水管理“导流、渗透、净化、调蓄”4步走方案进行海绵技术的实施落地。主要收集校园屋面、地表径流雨水，雨水径流通过传输植草沟、开口路沿石等导流设施进入附近生物滞留池、雨水花园进行自然生态净化处理，同时通过绿色屋顶、透水铺装进行渗透，超量雨水溢流排至市政管网，最终汇入下游水体。

2.3.2 导流海绵措施

传输植草沟通过打造景观性地表沟渠排水系统代替传统的沟渠排水系统，同时兼具滞留、过滤、吸附功能，减缓径流流速，去除径流中的污染物，利用弹性的排蓄空间降低雨水对校园排水造成的压力和污染。在幼儿园西侧、南侧的草坪外围设置植草沟，将屋面和道路雨水径流导流至雨水花园、生物滞留池集中处理，共设置植草沟125m。传输草沟底部无需换土，仅下凹10～15cm，坡向末端低影响开发设施，种植高度为50～70mm的常绿草皮。同时，在幼儿园西侧设置盖板沟，收集屋面、道路溢流雨水。

路缘石开口是将路面雨水径流引入绿化隔离带、周边绿化区域进行净化和调蓄的一种方式。在生物滞留池、雨水花园等海绵设施与道路相接处铺设开口路缘石，通过横向开槽的方式导流路面雨水形成封闭开口，确保小孩的行路安全。

2.3.3 渗透海绵措施

建筑屋顶产生的雨水径流是导致校园内涝的重要原因之一，因此有必要采用绿色屋顶，部分雨水滞留在土壤中，减少外排；此外，绿色屋顶还可以改善校园空气质量和气候，在夏季，绿色屋顶通过光吸收、光反射和水分蒸发来降温，在冬天，绿色屋顶提供了抵御寒冷的绝缘层，帮助建筑节能降噪。陶吴幼儿园在主教学楼屋顶依次铺设种植层、轻质土层、防根系穿透层、排水层以及防水层等多层结构保护，面积约500m2。

采用透水铺装代替硬质路面，可及时减轻雨天校园排水负担，还原地下水，保持土壤湿度，防止路面积水，并且夜间路面不反光，降低车辆行驶时路面噪音，营造一个安静优美的校园环境。选用彩色铺装，保证实用性的同时，增强美观性，透水地坪以不同颜色呈现多样的图案，将整个学校设计成“第二课堂”，构造无声的教学环境，激发孩子活力。幼儿园操场、东西侧地面和教学楼间通行道进行透水铺装，共铺设2060m2，采用新工艺—生态彩色透水地坪，其透水混凝地坪孔隙率为15%～25%，排出速率高，能够使透水速度达到31～52L·m-1·h-1。透水地坪的承载力达到C20～C25混凝土的承载标准，高于一般透水砖的承载力。

2.3.4 净化海绵措施

生物滞留池是低影响开发(LID)设施的一种常见形式，可通过植物、土壤和微生物系统蓄渗、净化雨水径流。在幼儿园东南侧地势较低区域建设2座多功能生物滞留池，占地面积约55m2，从上至下依次设置种植土层、过滤层、碎石层，排水管涵。过滤层采用换填土和铝污泥，换填土有机质含量8%～10%，渗透系数约150mm/h，铝污泥体积占比25%，增强过滤层对氮磷的吸附能力。排水管涵居中埋设在碎石层内部，溢流装置顶部穿过过滤层及种植土层，改善了土壤透气性能和渗透性能，既能净化渗流雨水和部分超标雨水，又能快速排出过量雨水，同时多个溢流管构造营造喷泉景观，增添校园乐趣。

雨水花园既是一种有效的雨水收集和净化系统，也是装点环境的景观系统，幼儿园内阳光充足、周围无高大乔木处共建设6座雨水花园，总面积达364m2。雨水花园内植物的选择既要具有去污性又要兼顾观赏性，选用金森女贞、毛鹃、茶梅、红叶石楠，以花灌木和草本花卉为主，合理的季相搭配保证雨水花园内的四季色彩。选用顽强耐旱的金边黄杨，沿雨水花园周边密集种植，以形成一个防止行人踏入的保护边界。在大量径流通过时，这些植物也能被冲平，使洪峰顺利通过。在道路交叉口处种植海桐，植物的大小和形式充分考虑交通视线问题。同时，设置有趣的植物铭牌，激发孩子们探索美妙植物世界的欲望。

2.3.5 蓄水海绵措施

下沉式绿地在空间高程上与高位花坛相反，利用开放空间承接和贮存雨水，与植草沟的“线状”相比，整体“面状”可以增强蓄水容量。幼儿园围墙内各角落设置4处下凹式绿地，占地面积约110m2，自上而下依次设置种植土层、多级净化装置、碎石排水层，强化对雨水水量和水质的控制。多级净化装置由多个净化模块组成，净化模块可预制装配，内部为中空结构，通过渗透孔、出水孔和溢流口可以将雨水临时动态存储于模块内部，既能短时间内大量容纳蓄积的过量雨水，又能持续净化过滤存储的雨水。下沉式绿地在选址时，应优先考虑已有的凹地，因地制宜， 同时与周围的绿化景观相衔接。

3 规划指标达成分析

依据划分的排水分区及各个分区的海绵设施分布情况，通过软件模型分析，雨水径流控制和污染控制指标如表2所示。

从表2中可以看出，通过绿色屋顶、透水铺装、下沉式绿地等措施，年径流总量控制率达到76.0%，有效控制雨水径流，防止内涝积水；通过雨水花园进行面源污染物削减、生物滞留池进行深度净化，雨水径流SS平均去除率60.8%。建成后，经学校使用反馈，在连续5h强降雨，日降雨总量达95.6 mm的情况下，学校无明显积水现象，可供正常使用；通过雨水回用系统，将净化后的雨水收集用于绿化浇灌、地面冲洗、水池补水，节约用水量27.4%，提高水资源利用效率。

表2 海绵设施指标统计表

4 结论

海绵校园建设在遵循海绵城市理念规划建设的同时，需结合学校特性及场地因地制宜，在原有雨水排放系统的基础上进行改造设计，充分发挥海绵设施对雨水的积纳、蓄滞和净化作用，有效控制雨水径流，削减市政雨水管网洪峰，提高校园生态环境。海绵校园在校园内涝治理方面具有明显的优势，也将成为未来可持续发展的必然要求。