海绵城市理念下校园绿化场地更新设计研究

史志鹏 张根广 何婷婷 刘美艳

(1.江苏建筑职业技术学院，江苏徐州221116；2.西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌712100；3.江苏省水利勘测设计研究院有限公司徐州分公司，江苏徐州221000)

城镇化是以农业为主的传统乡村社会向以第二、第三产业等非农业产业为主的现代化城市逐渐转变的过程[1]。2017年2月，国家统计局发布的 《中华人民共和国2017年国民经济和社会发展统计公报》显示，2017年末全国大陆总人口139008万人，其中城镇常住人口81347万人，常住人口城镇化率为58.52%，户籍人口城镇化率为42.35%。据徐州统计局发布的《2017年徐州市国民经济和社会发展统计公报》，徐州市2017年城镇化率为63.8%。城镇化过程中，城镇人口急剧增多，资源需求持续增大。在一定范围和程度上，已经超出了自然生态环境的承载能力，其中城镇水资源、水环境，水灾害问题也频频发生[2]。

城镇化过程中，人口密度、建筑物密度和工业用地持续增加，与此同时，地面硬化比率持续提高，导致雨水下渗困难，地表径流增强，水循环过程中地面水量相对增多，从而出现了较多的内涝和洪水灾害事件。据相关研究，在自然条件下，近50%的降雨量会入渗，40%的水量会蒸发，10%的水量会形成地表径流。当地面硬化率在75%～100%时，下渗水量在15%，蒸发量在30%，超过50%的降雨量形成了地表径流。由此可见，地面硬化是一个非常重要的因素。而大学校园往往区域面积有限、人口集中、路面硬化率也较高，同时又具有一定的绿地和植被，是落实“海绵城市”理念，研究 “渗、蓄、滞、净、用、排”的较好对象。本文以江苏建筑职业技术学院校园内雨水管理为研究对象，深入分析了主要内涝区域的形成原因，从低影响开发的角度为各个区域提出了对应的低影响措施，可使得区域内降雨就地消散，达到“海绵”效果。

1 雨水管理方式

传统的雨水排水方式是利用排水管网、市政管网将雨水、污水等各种水量简单直接的排到管网中，实际上是一种无管理的排水方式。同时管网的设计重现期大多在1～3a，而国外管网的设计重现期普遍在5～10a，重要地域达到10～30a的标准。在这样的管网重现期和排水条件下，不可避免会出现管网的堵塞、排水效率低下、维护成本高等问题。近年来，随着城市内涝等水灾害事件的频发，传统雨水排水的方式引起了人们的重视和思考。“海绵城市”概念的提出，如何有效实现 “渗、蓄、滞、净、用、排”的要求，成为诸多城市及相干科研院所研究的对象。

在有效实施 “海绵城市”的进程中，各个国家、地区采用了不同的方法[3]。如美国提出的最佳实践管理 (Best Management Practices，简称 BMP)，旨在通过水塘、湿地等过滤措施处理污染的水体，同时尽可能的减轻水体的源头污染；低影响开发理论 (Low Impact Development，简称LID)，是在BMP的基础上发展而来，利用土壤和植被过滤雨水，尽量减少对环境景观的影响，通过分散的、高效率的雨水花园实现雨水的有效管理。LID更适合于现状条件下，排水设施的更新和改造；澳大利亚提出的水敏感城市设计(Water Sensitive Urban Design，简称WSUD)，在宏观尺度上规划设计水环境，使局部水循环与自然环境中的水循环融为一体，尽量利用自然生态环境实现有效雨洪管理；英国提出的可持续排水系统 (Sustainable Drainage System，简称SDS)，该系统在城市尺度上综合考虑了水量预测，水质判别和水资源利用，将排水系统的可持续发展与区域的可持续发展规划在一起[4]。

2 江苏建筑职业技术学院校园现状

2.1 校园雨水管理现状

江苏建筑职业技术学院地处江苏省徐州市泉山风景区，占地74.53hm2，建筑面积40万m2。学校校园三面环山，新老校园连为一体，校园北面为双山，南面为牛山，西面为泉山。校园总体地势呈现西部高、东部低；老校区北部高，南部低，新校区南部高，北部低；新校区总体高于老校区。该校园为典型的低山丘陵地形，校园内存在较多的坡面，为此地表径流较为显著。当遭遇短时强降雨或持续降雨时，校园内涝现象频发，尤其是地面硬化率高的新校区，问题更为严重。

2.2 校园积水情况统计

为有效落实 “海绵城市”理念，科学设计校园内的绿化排水，调研统计了校园内的高频积水点，分析解决校园内涝问题。首先对校园划分为4个调研区域(见图1)，调研内容包括建筑物名称、位置、区域面积、绿化面积、建筑物面积、区域地势、建筑排列方式、积水点，调研结果见表1。

图1 校园调研区域划分

表1 调研区域情况汇总

由表1的调研结果可知，新校区的绿化率高于老校区的绿化率，老校区的建筑密度高于新校区的建筑密度；坡地情况下的积水点要少于平坦区域的积水点。在调研中也发现，建筑物周围路面硬化面积普遍较大。硬化材料多为不透水的铺砖，排列又非常紧密。由于坡地与平坦区域相连，当平坦区域排水效果不好时，内涝情况将更加严重。区域1的教三楼和区域3的大学生活动中心周围即是典型的案例在区域1，教三楼和学生宿舍是行列式分布，几个建筑物总体上又是混合式；区域2，各建筑物是行列式分布；区域3，可理解为以教一楼为中心的点群式分布；区域4，各建筑物是典型的行列式分布。建筑物群体的布置型式对地表径流有直接的影响。如果一个区域内的降水量是一个整体，那么该区域内的建筑物可起到分散地表径流，减轻排水负荷的作用。行列式更利于地表径流的拦截，点群式可加速地表径流的排出，但点群式往往路面硬化的总面积要偏高[5]。

通过调研分析，校园内积水点主要受路面不透水率、区域地势、建筑物布置型式和现状排水条件等因素造成。

3 江苏建筑职业技术学院校园雨水管理设计

3.1 总体设计

该校园为典型的低山丘陵地形，校园内存在较多的坡面，绿化率超过1/3。虽然新校区存在一些沟壑，但始终未能有效蓄水，未能发挥其调节作用。个别早期蓄水池属于工程性措施，注重防渗，相互之间流通较少，区别于自然水体的循环过程。在现状条件下，将整个校园内蓄水体自然连通，影响区域较大，时间成本和资金成本均较高，并不是最佳的选择方案。在此借鉴低影响开发理论 (LID)，结合校园内自然地形和绿化区域进行分区域规划，整个校园划分为8个汇水区域，设计为8个雨水花园 (图2)。在各区域内，结合先进的LID设施，对区域环境进行更新设计。汇水区域有利于即时解决区域水量，化整为零，从而减小总体径流量，尽可能避免内涝的发生。

图2 校园雨水花园规划区域

3.2 低影响开发设施设计

3.2.1 建筑物屋顶更新设计

对校园内建筑物屋顶进行绿化改造。在满足荷载、防水和空间的前提下，根据种植基础层深度和景观植被种类，建筑物屋顶可设计为简单式和花园式的绿色屋顶。在该校园建筑物中，图书馆、利亚楼、体育馆、大学科技园、建筑技术馆、建环楼、行政楼等建筑物屋顶可设计为绿色屋顶。简单式绿色屋顶的基质深度一般不大于150mm，花园式绿色屋顶在种植乔木时基质深度可超过600mm，种植土的厚度不宜小于100mm。

3.2.2 校园绿地更新设计

该校园绿化比率相对较高，但是对雨水的吸纳作用一般。校园内绿化区域往往注重地面植被的景观性，忽视其对雨水的吸纳效果。对于种植植被时间较长的绿化区域改造成本高，破坏性大，将现有区域内的绿地改造，也可取得较好的效果[6，7]。譬如，区域1中，图书馆周边绿地；区域2中，大学科技园周边绿地；区域3中，教一楼西侧周边绿地等成片的绿地可改造为下沉式绿地。下沉式绿地适用于绿地宽度较大的城市道路、建筑小区以及城市广场等。周边雨水宜分散进入下沉绿地，当雨水集中进入下沉式绿地时应在入口处设置缓冲设施。下沉式绿地的主要设计参数是绿地下沉的深度。下沉式绿地的下沉深度应根据植物耐淹性能和土壤渗透性能确定，一般为 100～200mm。

3.2.3 硬化路面更新设计

建筑物周边普遍存在较大面积的硬化路面，尤其是区域1内教三楼周边的硬化路面面积最大，其次是区域3内大学生活动中心周边的硬化路面面积次之。路面较高的硬化率造成上述2个区域，每逢降雨必定积水的问题。透水铺装按照面层材料不同可分为透水砖铺装、透水水泥混凝土铺装和透水沥青混凝土铺装，嵌草砖、园林铺装中的鹅卵石、碎石铺装等也属于渗透铺装。

土地透水能力有限时，应在透水铺装的透水基层内设置排水管或排水板。当透水铺装设置在地下室顶板上时，顶板覆土厚度不应小于600mm，并应设置排水层。当透水铺装对道路路基强度和稳定性的潜在风险较大时，可采用半透水铺装。

3.2.4 雨水的储蓄与净化

在建筑物周边可考虑采用蓄水池、蓄水罐等设置积蓄雨水[8]；在自然沟壑可考虑设计雨水湿地进行雨水的积蓄和净化，譬如区域1内，利亚楼北侧；区域2内，大学科技园东南侧；区域3内，图书馆北侧等区域均可考虑设计为雨水湿地。雨水湿地由进出口、湿塘单元、湿地单元、调蓄区、泄洪道和堤岸及边坡组成，湿地形状根据现场地形及景观需要等条件确定。一般包括进水口、前置塘、沼泽区、出水池、溢流出水口、护坡及驳岸、维护通道等构成。

4 结论

本文以江苏建筑职业技术学院校园雨水管理为研究对象，分析了校园内涝的主要因素，然后根据低影响理论 (LID)，初步提出了该校园内 “海绵系统”构建的策略和措施。主要结论如下：校园内涝主要受路面不透水率、区域地势、建筑物布置型式和现状排水条件等因素影响；初步设计了8个汇水区域，可实现雨水的化整为零，就地消散；提出了屋顶绿化、下沉式绿地、硬化路面改造和雨水湿地4项低影响措施的更新策略，并为各区域内的重点建筑物选择了合理的低影响措施。