基于“LID”理念的高校绿地节水控制路径探析

2024-06-10张可跃马军侠刘俊延

中国建筑金属结构 2024年4期

张可跃，马军侠，刘俊延

（1.汉中职业技术学院，陕西汉中 723000；2.宁强县高寨子街道办农综站，陕西宁强 724400）

0 引言

全球水资源短缺问题已成为影响社会经济高质量发展的关键因素。随着人口增长、工业化进程加速及气候变化的影响，水资源的需求不断增加，而可用水量却日益减少，这一问题不仅仅影响到干旱地区，降雨相对充沛地区若不未雨绸缪，未来不容乐观，高效开展节水控制已成为许多地区面临的普遍挑战。确保水资源的有效管理和合理利用，对于促进全球的社会经济可持续发展至关重要。而高校作为“用水大户”，尤其需要进行科学规划，采取有效措施以降低水资源的压力。

全球高校在水资源利用方面展现出不同的现状和挑战。加州大学戴维斯分校在水资源管理方面采取了积极的措施。他们实施了全面的水资源管理计划，包括雨水收集、废水回用和高效灌溉系统[1]。这些措施显著减少了校园的总体水消耗，同时提高了水资源的可持续利用。湖南农业大学“红轴”景观设计运用了隐形蓄水系统模式，地势低洼处用耐水淹植物结合天然石块形成旱溪景观[2]，将节水、蓄水等措施不露痕迹地与校园的绿地建设和景观营造嵌合在一起，成功将雨水收集与利用同园林绿地中的水景工程、地形改造、地下蓄水和植物造景相结合，遵循了景观的整体性，营造了自然与人文相结合的高校教学科研环境。

然而，许多高校在水资源利用上仍面临诸多问题。以汉中职业技术学院为例，首先是水资源利用相对孤立，缺乏从长远的视角和策略进行科学规划，导致水资源的低效率使用。其次，许多高校未开展次水与雨水的回收利用，导致水资源浪费较为严重。另外，高校在应对极端天气和气候变化方面也面临挑战。干旱或洪涝等极端天气事件对校园水资源管理系统提出了更高的要求，需要高校具备更强的应对和调整能力。

1 “LID”下的高校节水控制理念

“LID”，即低影响开发。在这一理念指导下，高校节水控制与建设强调在资源有限的情况下，通过技术与管理创新和可持续的方法有效控制和节约水资源。这包括采用低成本且高效的节水技术，如通过科学规划与改造，实施雨水收集系统和次水回用，以及改善现有设施的水效率。同时，强调教育的重要性，提高师生员工对水资源保护的意识和参与度。

低影响开发下的高校节水建设理念主要包括以下几个方面：

（1）生态优先。高校节水建设应当以生态保护为首要，注重保护校园内的自然水体、湿地和植被，避免对校园生态系统造成不可逆转的损害。

（2）循环利用。在水资源利用上，应鼓励采用雨水收集、污水处理再利用等技术手段，最大限度实现水资源循环利用，减少对外部水源的依赖。

（3）科技创新。鼓励引入前沿科技和创新技术，如智能节水设备、远程监测系统等，提升水资源利用效率和管理水平。

（4）宣传教育。倡导师生广泛参与，通过教育和宣传活动，培养全校师生的节水意识，激发大家共同关注和参与水资源管理。

（5）综合管理。建立健全水资源管理体系，整合校园景观规划、建筑设计、供水设施更新等，全面推进节水。在低影响开发理念下，高校应坚持绿色发展理念，将节水视为校园可持续发展的重要组成部分，从而实现高效节水并促进校园可持续发展[3]。

2 高校绿地节水控制路径探析

2.1 次水回收

规划次水收集系统，将收集来自游泳馆、洗手间、淋浴和洗衣用水收集起来，经过处理后用于灌溉和清洁等。高校实施次水收集系统，可能面临多种挑战。首先，如何选择合适的次水处理技术，这不仅要求系统既高效又环保，还需考虑到技术的适应性和可靠性。其次，经济成本是一个重要考虑因素，因为建立和维护次水收集系统需要显著的初期投资，以及长期的运营和维护费用。

2.2 雨水收集

雨水收集系统包括绿色屋顶、雨水花园、下凹绿地和硬质透水地面的铺装与建设。通过建设雨水收集系统，可同时收集屋顶和地面的雨水，用于灌溉和其他非饮用用途[4]。常见雨水收集路径有：

2.2.1 屋顶花园

绿色屋顶具有节能减排功能，可以蓄积大量雨水、控制屋面径流，同时降低径流污染程度。对于平屋顶建筑，在建设绿色屋顶前必须确保屋顶荷载、防水性能等符合建设标准。而对于坡屋顶建筑，建设绿色屋顶必须满足坡度不大于 15°等要求。汉中职业技术学院的校内建筑大多为平屋顶，可以在办公楼、教学楼、学生宿舍等建筑建造屋顶花园，开展绿色植物种植，削弱径流速度与峰值，收集、储蓄屋顶和平台雨水用来灌溉现有绿化植物。

2.2.2 雨水花园

雨水花园是一种生物滞留区，通过模拟自然水文的渗透过程，能够有效控制雨水的地表径流。在校园绿地中的低洼地区种植湿生植物，可有效滞留雨水、削减雨水径流量、减慢径流流速。降雨时，地表产生的雨水径流进入雨水花园，便可缓慢渗透，使其滞留在土壤中，首先满足现有植物干旱时对水分的需求量，更多的土壤无法含蓄的水量则可继续渗透，使地下水因此得到补充。雨水花园还可以布置在低洼处、大量汇集雨水区域的上方位置，能够有效削减汇入集水区域的径流量。

汉中地处湿润多雨地区，有丰富的植被种类可供选择，可以按照沉水、浮水、挺水和湿生逐步设计植物种类。而那些地处半干旱或干旱地的高校，雨水花园里的植物不仅要满足耐水湿，同时也要满足耐旱，最好选择可粗放管理的本地植物种类。

2.2.3 下凹绿地

下凹绿地具有天然透水能力，可利用其下凹地势阻断雨水在地表继续流动，并能积蓄一定量的雨水让其缓慢渗透。下凹绿地可以在校园大量使用、具有施工复杂程度低、建设成本低、节约灌溉用水等优点。除了可以减少雨水径流流量和净化雨水外，下凹绿地还在间接转化地表水、雨水、土壤水及地下水，能有效让校园水循环系统保持平衡。设置下凹绿地时，需清楚了解路面、绿地、雨水溢流口三者高程之间的关系。首先，路面高程要高于绿地高程，利用地势引导和积蓄雨水。其次，雨水溢流口应设置在绿地内，溢流口高程要高于绿地高程，但要低于路面高程，这样做是为了防止当雨量过大，绿地过度积水，植被根系受到损坏。实际上，设置了雨水溢流口后，下凹绿地中过多积蓄的雨水便可以被输送到另外的排水系统[5]。

2.2.4 透水铺装

据统计，与植物种植绿地相比较，同样的降雨量下，透水铺装地面多出 2 ～6 倍的雨水径流流量。透水铺装的透水性能取决于各垫层结构材料及土壤的土质、孔隙度等，在满足校园基本功能的情况下，应尽量在校园中铺设透水材料，如道路、广场、停车场等区域。汉中职业技术学院校园公共活动空间中有近5 万m2可采取透水砖铺装的各类广场、步行道路，可结合雨水收集系统一体化建设。

2.3 传输设施

2.3.1 植草沟

植草沟一般呈线性布局，是指沟内栽种着植被，集控制流量、输送雨水、提升水质于一体的造景与排水设施。雨水在流经植草沟的过程中，可以减缓流速，使水分蓄养在就近土壤中。同时，通过土壤、植被的天然渗透与过滤功能，能大量减少雨水径流中携带的固体悬浮颗粒、细菌、金属离子等污染物。

2.3.2 旱溪

旱溪是模仿天然溪流，用不同粒径卵石、砂砾等铺设溪床，旱季表现为类似于“枯溪流”状态，独有一番自然别致的景观效果，可以选择岩生植物进行点缀。雨季时，可以迅速将雨水输送至汇水区，有效解决积水问题。旱溪能防止土壤遭到雨水的冲刷，减少雨水对种植区表层土壤的侵蚀。如果用旱溪代替灌溉水量较大的绿地，不仅可以节约校园用水，同时也营造了自然景观效果，提升环境质量[6]。

2.3.3 渗透池

渗透池是由高渗透性的新型材料、土壤等介质建造的供雨水暂时储存和净化的雨水收集设施。一般底部铺设防水布，中间填装砾石、珍珠岩、石英砂、陶粒等渗透性滤料，可以吸附水中的含氮、磷等元素的各类物质。在滤料上覆盖植土，开展植物种植，植物以细叶结缕草、马尼拉草等品种为主。这种设施具有提供地下水补给、减少汇水分区范围内雨水泛洪、保持现场的自然水文平衡等多重功能。

2.4 喷灌系统

绿地喷灌借助水泵和管道或利用自然水源落差，把具有一定压力的水喷到空中，散成小水滴或形成弥雾着落在植物上和地面上的灌溉方式。相对于以往的绿地漫灌形式，喷灌能使园林植物获取到均衡水量，不但能有效防止水资源出现流失的现象，而且可以显著提高水资源的使用效率。另外，通过喷淋系统的有效应用，还可协助相关工作人员高效完成绿地施肥及杀虫工作，使施工单位实现预期设想的经济效益及生态效益[7]。

3 汉中职业技术学院绿地节水控制的路径建议

3.1 次水收集用于绿地喷灌的路径

在校园餐饮中心、公寓或其他次水使用较为集中的合适位置修建一处或多处次水处理车间，科学布设管网，收集来自学校游泳馆、淋浴房、洗手间和洗衣房等的次水，并进行过滤、净化等技术处理，然后排放汇入人工湖、池塘、溪流、喷泉等校园景观水体，使用过的多余流水通过水体溢流口再进入雨水处理系统进行沉淀、过滤，最后汇入绿地喷灌管网，用于日常的校园绿地植物补水。此方案通过对次水的循环反复使用，可以减少景观水体注水、绿地浇灌用水两个环节至少三分之一的用水量。其缺点是次水处理系统建设的初期投入量较大，但后期经济效益明显。

3.2 雨水收集用于绿地喷灌的路径

按照建设屋顶花园、更换透水铺装、建设渗透池的路径开展。

（1）可以选择在8 栋学生公寓楼、7 栋教学楼、6 栋实训楼、2 栋办公楼等建筑物集中区域，建设屋顶花园，充分利用雨水，并将多余雨水有目的地收集起来，进入雨水收集系统，这样能起到很好的节能减排效果。

（2）可以在室外篮球场、教学楼中心广场、办公楼前广场等面积超过300m2的硬质铺装区域，进行地面透水铺装改造与更新，使雨水就地下渗，进入雨水渗透池。

（3）尽可能提高雨水的利用效率，采用海绵生态设计体系，布设雨水收集池[8]。可以结合广场、建筑和绿地的布局，建设雨水收集池，收集来自就近屋顶、地面、道路等的多余渗水，经过过滤后进入附近绿地喷灌系统。如此可以高效削弱校园内涝发生的同时，还可以大幅度减少校园绿地灌溉用水量，从而达到节水目的。其缺点是屋顶花园建设、透水铺装改造和雨水收集池建造需要投入资金较大，应在建设前进行科学规划，分步建设，效果更好。

3.3 校园绿地灌溉系统及雨水花园建设的路径

汉中职业技术学院有9 万余m2的校园绿化建设用地，根据校园绿地规划布局和地形地势变化的特点，可通过建设绿地灌溉系统解决灌溉节水、因地制宜建设若干处雨水花园利用土壤涵水就地解决雨水滞留与储存这两个路径开展。

绿地灌溉系统包括喷灌系统和微灌系统，收集来自次水处理车间和雨水收集池的水资源，在炎热季节、干旱季节和日常对绿地植物进行喷淋、保湿与补水等，相对地表漫灌或洒水车喷灌更加节省。管网布置因绿地面积大小、平面形状和植物配置方式可采取移动式、半固定式与固定式结合的形式。对草坪、模纹花坛、大面积灌木苗栽区和花卉区规划建设喷灌系统。大中乔木、灌木和小面积花卉等区域规划建设微灌系统，主要形式为滴灌。整个喷灌系统采取树状和环状结合方式布置，使用时序自动控制，喷头采取摇臂驱动式，旋转半径控制在2 ～4m为好。

选择在绿地具低洼处设下沉式湿地、旱溪等形式的雨水花园，收集雨季绿地中多余雨水和建筑排放的雨水。首先要确定合适建设雨水花园的位置，找准水流方向，在顺应水流方向的前提下使水流在绿地中尽可能多地流转。第二步对土壤通透性进行测试评估，土壤的渗透速率不能低于1.2cm/h，否则需要进行换土，可以按照有机物（肥料）20%～40%、清洁粗砂30%～50%、表土20%～30%的比例调配。第三步确定雨水花园尺寸，面积一般至少控制在花园非渗透表面排水区域面积的10%，水洼深度控制在20 ～71cm 适宜。最后一步在正确位置选择适宜的植物种类，选择既耐湿又耐旱的本地树种最好，也可根据低洼程度大小、积水量多少按照湿生、中等、干燥区布置挺水植物和湿生植物。需要注意的是，应该使用岩石、砾石或观赏草保护雨水流入口和溢出口，防止此区域水土流失。