基于海绵城市理念的校园环境优化研究

郭雨汇

摘要：随着我国近几年暴雨导致包括北京、武汉在内的多城市内涝现象的发生，使得“海绵城市”的概念成为舆论热点，受到学术以及社会各界的关注。本文通过对海绵城市理论研究，以青岛二中校园为例，针对青岛二中校园地势高、暴雨瀑、硬化路面偏多的情况，对校园雨季积水问题进行了研究，确定了造成校园积水的原因，分别运用城市建设的绿色和灰色2种排水系统改进方法，结合建筑景观设计美学，提出了校园环境优化具体方案。

关键词：海绵城市；设计；校园

海绵城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市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”，也可称之为“水弹性城市”，是应对城市、城镇以及城市特定区域雨洪管理的先进理念。校园、小区等人口居住相对集中的城市独立区域的设计是城市整体设计的一个重要组成部分，利用海绵城市的理念进行校园等相对独立区域的设计对于海绵城市建设和区域内环境优化具有非常重要的意义。

1研究背景

山东省青岛第二中学，坐落于青岛市崂山区松岭路70号，总建筑面积6万多m²，单体建筑17栋，地势东高西低，雨水自东向西沿台阶、马路流下。每当夏季大暴雨天气，雨水积聚到校园特色的大楼梯，形成了校园独有的瀑布景观。虽然景色震撼，但对于想要进出校园的学生老师们可是心里有苦说不出。由此反映出校园的排水系统有待优化提升。本文运用海绵城市理念对青岛二中的校园景观设计提出优化方案，从而为校园环境优化提供新的思路。

2设计理念

建设海绵城市，首先要扭转观念。传统城市建设模式处处是硬化路面。每逢大雨，主要依靠管渠、泵站等“灰色”设施来排水，以“快速排除”和“末端集中”控制为主要规划设计理念，往往造成逢雨必涝，旱涝急转。根据《海绵城市建设技术指南》，城市建设将强调优先利用植草沟、雨水花园、下沉式绿地等“绿色”措施来组织排水，以“慢排缓释”和“源头分散”控制为主要规划设计理念。

海绵城市的“海绵体”主要包括河、湖、池塘等水系，城市相对独立区域内的配套设施主要包括绿地、花园、可渗透路面等，雨水通过这些“海绵体”下渗、滞蓄、净化、回用，最后剩余部分径流通过管网、泵站外排，从而缓减内涝的压力。

按照海绵城市理念进行校园区域设计，关键在于不断提高“海绵体”的规模和质量。过去区域设计追求用地一马平川，往往填坑平壑。根据《海绵城市建设技术指南》，区域建设应最大限度地保护原有的湿地、坑塘、沟渠等“海绵体”不受开发活动的影响，受到破坏的“海绵体”也应通过综合运用物理、生物和生态等手段逐步修复，并维持一定比例的生态空间。有条件的还应以建筑、区域、道路、绿地与广场等建设为载体新建一定规模的“海绵体”，如道路、广场可以采用透水铺装，特别是区域内的绿地应充分“沉下去”。

3问题分析

3.1现象分析

据实地考察，青岛二中地势东高西低，雨水白东向西沿台阶、马路流下。每逢暴雨，校园内的雨水会汇集到西侧的中央阶梯，顺阶梯轻流而下从西门排出，严重影响了人员进出學校（图1）。

3.2积水原因分析

青岛属于温带季风气候，降水多集中在夏季，暴雨多。校园依山而建，从宿舍至教学楼再到校门口，地势逐渐减低，东西侧海拔落差达100m，同时校园内诸多的瓷砖楼梯以及硬化路面大大减少了雨水的下渗，致使大量雨水快速从高处流向低处。校园排水系统不够完善，瓷砖楼梯和道路上少见排水设施；沥青马路也仅仅零星分布着几个下水井。

根据实际情况的考察，“台阶瀑布”的情况主要出现于两大位置，一是宿舍区与教学区交汇台阶处，坡度大，“瀑布”现象十分严重；二是校门口马路交汇处，地面采用片石和卵石，雨水不能下渗，台阶“瀑布”现象尤为严重。

4校园环境优化方法及可行性分析

海绵城市建设技术的排水系统改进方法，可分类概括为“绿色方法”和“灰色方法”。

4.1“绿色方法”——生态海绵体

4.1.1生物滞留设施。生物滞留设施指在地势较低的区域，通过植物、土壤和微生物系统蓄渗、净化径流雨水的设施。生物滞留设施按应用位置不同称作雨水花园、生物滞留区、生态树池等。雨水花园是自然形成的或人工挖掘的浅凹绿地，被用于汇聚并吸收来自屋顶或地面的雨水，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。和雨水花园具有相同功能的措施还有生态滞留区。生态滞留区土壤对于工程技术要求相当严格，对于土壤和工程排水结构也都有明确的要求。滞留式生态树池，树池内设有种植土，种植土的下部依次设有过滤土层和砾石，砾石的下部设有渗水管，种植土的上部设有陶粒。这样的结构能使渗透管发挥巨大的作用，既能增大雨水渗水的面积，又能延缓雨水的流失速度，使土壤长时间保持湿润。生物滞留设施按结构不同也可分为简易型生物滞留设施和复杂型生物滞留措施。

生物滞留设施主要适用于建筑与小区内建筑、道路及停车场的周边绿地，以及道路绿化带等绿地内。对于径流污染严重、设施底部渗透面距离季节性最高地下水位或岩石层小于1m及距离建筑物基础小于3m（水平距离）的区域，可采用底部防渗的复杂型生物滞留设施。

生物滞留设施形式多样、适用区域广、易与景观结合，径流控制效果好，建设费用与维护费用较低；但地下水位与岩石层较高、土壤渗透性能差、地形较陡的地区，应采取必要的换土、防渗、设置阶梯等措施避免次生灾害的发生。

方案分析：校园内绿化带众多，道路旁也都有绿化带，此种方法易于景观结合，不会影响到校园环境美化；但由于土壤为透水性较差的棕壤，需要采取换土等措施，增加一部分建设费用。综上所述，这种方法可行。

4.1.2植草沟。植草沟为横切面呈三角形或梯形的带状下凹绿地，适用于道路两旁绿化隔离带等狭长地带。由于水流速度相对较快，在植草沟内应以石头铺于底部防止土壤侵蚀。植草沟的浅沟断面形式宜采用倒抛物线形、三角形或梯形。植草沟的边坡坡度（垂直：水平）不宜大于1：3，纵坡不应大于4%。纵坡较大时宜设置为阶梯型植草沟或在中途设置消能台坎。植草沟最大流速应小于0.8m/s，曼宁系数宜为0.2～0.3，转输型植草沟内植被高度宜控制在100～200mm。

植草沟适用于区域内道路、广场、停车场等不透水面的周边，可作为生物滞留设施、湿塘等低影响开发设施的预处理设施。植草沟也可与雨水管渠联合应用，场地竖向允许且不影响安全的情况下也可代替雨水管渠。植草沟具有建设及维护费用低，易与景观结合的优点，但已建区域及开发强度较大的新建区域易受场地条件制约。

方案分析：校园内道路两旁绿化带较多，因此设置植草沟方法有一定的可行性。但青岛二中位于山坡，坡度较大，若设置植草沟应考虑增设消能台坎。

4.1.3渗透塘。渗透塘是一种用于雨水下渗补充地下水的洼地，具有一定的净化雨水和削减峰值流量的作用。渗透塘前应设置沉砂池、前置塘等预处理设施，渗透塘边坡坡度（垂直：水平）一般不大于1：3，塘底至溢流水位一般不小于0.6m。渗透塘底部构造一般为200～300mm的种植土、透水土工布及300～500mm的过滤介质层。渗透塘排空时间不应大于24h。渗透塘应设溢流设施，并与雨水管渠系统和超标雨水径流排放系统衔接，渗透塘外围应设安全防护措施和警示牌。

渗透塘适用于汇水面积较大（大于1hm²）且具有一定空间条件的区域，但应用于径流污染严重、设施底部渗透面距离季节性最高地下水位或岩石层小于1m及距离建筑物基础小于3m（水平距离）的区域时，应采取必要的措施防止发生次生灾害。渗透塘可有效补充地下水、削减峰值流量，建设费用较低，但对场地条件要求较严格，对后期维护管理要求较高。

方案分析：青岛二中校园内的绿化多以树木为主，较少地方有足够的面积采用渗透池。因此这种方法可以使用，但是要求较高，使用范围相对较窄。

4.2“灰色方法”——透水材料

除了設于绿地的雨水管理措施，在硬质地面可以通过透水铺装实现雨水渗透，或通过水渠和沟槽将雨水引流至街道附近的滞留设施中，净化的雨水可以就地消化于水景观中。目前市面上常见的透水材料有透水砖、透水混凝土等。这些透水材料均具有高透水性、高承载性、装饰性、易维护、耐用性等特点，价格根据需求从几十到几百不等。

方案分析：此方案可行，但如改造的面积较大，工程施工量大，费用较高，不宜采用。可在较小的局部区域采用。

通过上述分析可知，无论是“绿色方法”还是“灰色方法”都有用武之地，但“绿色方法”更生态、更自然，施工量也较小，有助于维护校园环境。故针对校园环境的优化，要根据不同的需求、限制条件，提出以下具体设计方案：

针对宿舍区与教学区交汇台阶处坡度大、“瀑布”现象严重的问题。将装饰性花坛进行改造，将传统花坛改为下凹式绿地，将地面材料更改为透水铺装。在道路两旁设置生态树池和植草沟，并设置路缘开口，将两旁传统植被改为连贯性草沟，将道路两旁的行道树改为生态树池。

针对校门口马路交汇处，雨水不能下渗问题。传统植被改为生态滞留区，对雨水进行引流下渗，传统草坪改为渗透池，将喷泉四周生态滞留区收集的雨水利用地下水箱蓄水，用于喷泉用水，喷泉周围可以进行美化景观设计。

针对校园台阶，台阶中部采用潮状盆形，有效收集暴雨时不能下渗的雨水，并形成有规划的瀑布景观。不仅有效解决台阶“瀑布”问题，更为校园增添景观美感。

针对校园其他位置，将道路沿岸行道树改为生态树池，将易积水处传统路面改为透水铺装，于柏油马路两侧设置雨水沟引导径流，改建校门口停车场路面，将原本的柏油路面改为可使与水下渗的透水路面。

5结语

通过运用海绵城市理念，以青岛二中校园设计为例，针对青岛二中校园因地势落差大、硬化路面偏多造成校园遇暴雨积水成瀑的问题，对校园雨季积水问题进行了研究，分别运用绿色和灰色2种排水系统改进方法，结合建筑景观设计美学，提出了校园的具体设计方案，为校园环境优化提供了参考。