谈以广西大学为例基于GIS的海绵高校雨水规划

黎 航 陆新生 翟滢莹

(1.广西大学土木建筑工程学院，广西 南宁 530004； 2.广州亚城规划设计院有限公司，广东 广州 510000)

谈以广西大学为例基于GIS的海绵高校雨水规划

黎 航1陆新生2*翟滢莹1

(1.广西大学土木建筑工程学院，广西 南宁 530004； 2.广州亚城规划设计院有限公司，广东 广州 510000)

通过Arcgis 10.0 水文分析模块，以广西大学的地形图为基础数据模拟出雨量特大、雨量大和雨量较大时广西大学潜在的水渠分布，便于校方对潜在的积水处进行生态的排水改造，同时在校园雨水规划中，提出了不同安全系数和基建投资的方案，在选定方案后可在潜在沟渠处布置以南宁乡土植物为特色的下凹式垂直排水渠，实现节能低碳和生态友好的雨水规划。

海绵高校，GIS，雨水规划

我国华南是一个暴雨频发的地区，暴雨常常引起严重的地质及洪涝灾害，而过量的降水对于高校的主要影响是校园局部的内涝，既破坏校园环境又影响师生的正常出行[1-3]。现阶段对校园的雨水规划主要是通过建立一些节水的数学模型而实现对雨水疏导[4]，部分高校的雨水工程规划中采用某些雨水节水方式，实现一部分雨水的重复利用[5]；亦或是在遵守相关规范的基础上根据自身主观判断对校园雨水排水系统进行空间规划，在规划中强调各种高能耗工程性的改造[6，7]，只是在布置管道和蓄水、排水设施时才注意与校园原有环境相结合，有限度的减少对校园原有水生态环境的破坏。另一些学者则对高校雨水收集后的水质进行COD值，NH3，SS等值的测量，通过水质情况反馈出下阶段高校在雨水处理的同时也要兼顾对水体的过滤和清洁。多年来，国内的学者和设计师将雨水规划主要分为两个阶段：1)通过现状分析发现可能导致排水不畅的地段；2)针对排水不畅的具体地点使用切实可行的工程性疏导措施[8]。

而本文分别在现状分析和雨水疏导中有了较大创新。首次在校园雨水现状分析中应用GIS的水文分析，基于不同程度的降水防护提出了高安全校园潜在汇水沟分布、中安全校园潜在汇水沟分布和低安全校园潜在汇水沟分布。根据学校对雨水规划的投资力度选取适合自身的规划方案；以住建部颁布的海绵城市为依托，提出了海绵高校的概念，力图通过推广和应用低影响开发建设模式，加大高校径流雨水源头减排的刚性约束，优先采用生态排水系统，建设自然排水设施。

1 大学校园雨水综合利用模式

考虑到有些地区的雨水本身污染较大，难以直接利用，更难进行截污净化。高校的盲目回收甚至可能造成更大的危害，故该地区高校采取的方式还是利用学校地势规划出一个个排水分区，按照市政要求合理布置雨水口，该种方案主要是考虑通过机械排水减少雨水给学校带来的内涝危险，方法较传统，易操作，但对雨水的利用不够，容易造成水资源的浪费。

为了强调雨水的利用，部分高校则采用从屋顶收集雨水，雨水通过管道，进入预过滤装置，再流入储水池储存或者进入高校的中水系统中，该类雨水主要作为教学楼或宿舍的冲水水源[9]。该种雨水利用方式是完全通过人工管道和设备收集雨水进行综合利用，虽然达到了节约雨水资源的目的，但工程量大，且费用较高，不易于学校间大面积地推广。

以生态净化技术过滤雨水中的有害物质，最为典型的是青岛科技大学对校区内雨水的回收利用，通过下凹式土壤垂直滤池输送被过滤的雨水，利用土壤和微生物本身的净化功能来完成化学、物理、生物的净化作用，植被根系和土壤中的微生物对污染物的吸收和分解，起到了雨水初步过滤的作用，相关实验表明若滤池铺设符合要求，处理后的雨水可达到国家生活杂用水标准，而土壤和植物也起到涵养、存储水源的作用。净化后的雨水用水泵送入校园景观用水管网，作为景观用水的补充。亦或作为校园内的中水，可进行对路面等公共设施的保洁和清洗。

2 大学校园雨水规划

2.1 校园雨水排放和利用现状

以广西大学现有CAD为数据源(高程模型见图1)，通过图层的分解得到现状校园建筑排布图层，现状校园水域分布图层和现状校园高程数据，通过三层数据的叠加，找到雨天广西大学可能出现的汇水渠，将现状校园高程数据用Arcgis打开，并创建TIN文件。再将TIN文件进行差值分析，转化为带有高程属性的栅格文件即DEM文件，在DEM高程文件的基础上，采用学界通行D8算法(1984年0.callagha"&Mark等提出)，即将整个校园划分为许多小的格网，假设一个网格内的雨水根据高程会向周边的8个方向流动(东、南、西、北、东南、西南、东北和西北)，然后分析校园内的每个格网的水流情况最后再得到潜在汇水区域。但根据雨量复现期的不同，提出三套不同雨量下广西大学汇水沟渠分布图(如校园经历一年一遇和十年一遇的雨量两种情况下出现汇水沟渠的地方肯定有差异)。提出三种雨量下的沟渠分布图主要是为校方缓解基建投资和降水安全的矛盾。规划中对于雨量复现期保障的提高也意味着更多资金的保证，三种方案的比选更利于校方做出最符合自身需求的决定。对于校园不同降水量的模拟采用的是Arcgis中的水文分析和栅格计算器等功能。在栅格计算中，输入Con(水流方向图>ɑ,1) 命令[10-12]，经过试验分别选取ɑ=100，ɑ=300，ɑ=500作为降雨量特大，降雨量大和降雨量较大来模拟,分别得到图2～图4。

第一种情况，雨量特大，暴雨复现期长，若按此种情况对校园进行相应的雨水规划可确保校园处于高水平的降水安全格局，但投资量大。第二种情况，雨量大，暴雨复现期较长，若按此种情况对校园进行相应的雨水规划可确保校园处于中水平的降水安全格局，投资量适中。第三种情况，雨量较大，暴雨复现期短，若按此种情况对校园进行相应的雨水规划只能确保校园处于较低水平的降水安全格局，雨量过大时易造成校园内涝，但学校投资较少。经过校园降水安全与学校基建投资的权衡，本文选取模拟的情况二作为西大降雨积水的现状，得到校园潜在水渠的分布图，而后再与西大现有的建筑排布图层和校园现有水域分布图层进行叠合，统一后最终得到修正后的校园潜在水渠分布图,并选取潜在分布的其中一段作为研究对象。

2.2 校园雨水规划

2.2.1 海绵高校规划的理念

本次对广西大学潜在沟渠的改造设计主要是基于海绵高校的理念[13](海绵城市理论的具体化)即高校能够像海绵一样，为适应环境突变和自然灾害等方面具有较好的“弹性”，下雨时净水、蓄水、渗水，需要时将蓄存的水“释放”出来并加以利用。本次规划强调了两个原则：1)低影响开发原则；2)绿色友好原则。

对潜在沟渠的改造基本原则之一是低影响开发改造潜在沟渠。在对校园潜在沟渠进行建设改造时，采用净、蓄、排等多种技术，实现海绵高校校园良性的水文循环，提高对雨水径流的净化、调蓄、利用和排放能力，维持或恢复校园的“海绵”功能，尽可能地减少土石开挖量，减少工程对校园环境的影响。

以绿色友好的方式促进生态改造。沟渠改造中采用各类生态友好的改造方式相配合切人工和半自然的植被及水体，通过系统规划，合理布局斑块和廊道，使之成为有机的整体。

2.2.2 潜在水渠重点节点的规划

本文以广西大学为例进行潜在沟渠的改造，该地段位于广西大学南门东侧，贯穿校门口至机械学院，表面为不渗水的水泥铺装，透水性差只能通过排水口排水。现将该处水泥挖开，该潜在水渠没有穿过校园主要道路，故不用隔板将其覆盖，挖出凹字形槽口，槽管最外层用水泥覆盖，底层可以用泥土填埋，浅层用小鹅卵石，通过垂直层上不同层次的覆盖物可以对雨水起到一定的清洁和过滤作用，保证槽口最短处大于2 m，进而可覆土种植本土植被，种植植被的主要目的是通过植物本身起到蓄水、储水作用，同时也美化了沟渠的景观(见图5)。选取植物的要点为植物根须需要的覆土厚度小，易存活，有一定的过滤功能，有一定美学价值，可丰富岸边景观视线、增加沟渠的景观层次，最好种植乡土物种，避免了外来物种对于校园本身物种的入侵。推荐的植物配置为长春花、花叶假连翘、文心兰、半夜鹅掌藤、万寿菊、穗状鸡冠花、红花继木等适宜岭南生长的植物，不仅该条沟渠可进行如下设计，也可对广西大学其他的潜在沟渠进行推广。

3 结论和展望

本次规划通过GIS技术对广西大学高程进行定量分析和相关图层的叠加，得到不同降雨量下可能出现的雨水沟渠分布，综合权衡校园内涝的危害和改造的难度选择雨水中安全的方案，实现原本排水区域划分盲目和设计师主观经验对现状进行分析向定量化、数字化的现状分析转变，并考虑到高校的实际情况选择了符合学校基建规划的设计方案，在雨水规划的具体操作中遵循低影响和绿色友好作为规划的原则，实现了广西大学对雨水净化、储存和利用的综合治理，实现了生态友好的海绵高校的规划目标。

但本次规划中，模拟潜在水渠只是将汇水作为一条线状沟渠并没有考虑到汇水面对校园排涝的影响，水文模拟进行了简化，没有完全体现实际。在今后规划研究中可将一维模型改进为不同雨量下有长宽高的积水塘的模拟。在重点地段的规划与校园总体的排水规划衔接较少，在未来的规划中应考虑到现有排水规划和潜在沟渠之间的关系。

[1] 孙 欢,刘志强,刘洪海,等.天津市某大学校园雨水利用探究[J].水土保持研究，2013(2)：57-59.

[2] 刘 强.校园合流制排水系统雨水调蓄处理利用的试验研究[D].长沙：湖南大学，2013.

[3] 韩筱婕,刘丹青.生态规划理论指导下的校园生态景观设计研究——以湖南大学湘江学院为例[J].广东园林，2012(3)：32-33.

[4] 韩冬生,刘永强,赵长健.校园雨水利用的应用分析[J].唐山学院学报，2009(3)：8-10.

[5] 田 宇.校园雨水径流控制研究[D].天津：天津大学，2012.

[6] 李俊奇,车 武,孟光辉,等.城市雨水利用方案设计与技术经济分析[J].给水排水，2001(12)：106-107.

[7] 仲衍伟,尹 力,于 燕.大学校园雨水利用方案探讨[J].节能与环保，2008(2)：9-11.

[8] 韩瑞霞,陈 醇,尹 华.西北大学长安校区校园雨水资源化利用方案研究[J].安徽农业科学，2014(21)：76-77.

[9] 张 瑜,黄曦涛.校园生活污水分质处理及循环利用的管理对策[J].安徽农业科学，2009(23)：85-86.

[10] 曹俊茹,李 帅,陈 胜.基于DEM的汇水分析研究[J].山东理工大学学报(自然科学版)，2013(2)：31-32.

[11] 徐亚菲,李向新,赖金富，等.基于DEM和ArcGIS的水文信息提取方法研究[J].科技情报开发与经济，2008(6)：57-59.

[12] 王耀建.基于GIS的水文信息提取——以深圳市光明森林公园水文分析计算为例[J].亚热带水土保持，2013(3)：6-8.

[13] 海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)[Z].

Discussion on sponge university rainwater planning on the basis of GIS with Guangxi University as an example

Li Hang1Lu Xinsheng2*Zhai Yingying1

(1.CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,GuangxiUniversity,Nanning530004,China; 2.GuangzhouYachengPlanning&DesignInstituteCo.,Ltd,Guangzhou510000,China)

Through Arcgis 10.0 hydrological analysis modulus, taking Guangxi university morphology as the basis data, the paper simulates its potential water channel distribution during heavy rainfall, common rainfall and extra-heavy rainfall in order to be some help for its potential stagnant water drainage transformation. Meanwhile, it puts forward various safety coefficient and capital construction investment schemes in campus rainwater planning. The sunken-style vertical drainage channel with Nanning local plants specialties can be distributed, so as to realize low-carbon and ecology-friendly rainwater planning.

sponge university, GIS, rainwater planning

1009-6825(2015)30-0018-03

2015-08-14

黎 航(1990- )，男，在读硕士； 翟滢莹(1990- )，女，在读硕士

陆新生(1991- )，男，助理工程师

TU984.113

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