基于低影响开发的校园雨洪管理系统的研究

王文芬 张 羽

（1．江苏建筑职业技术学院建筑智能学院，江苏 徐州 221000；2．江苏盐城水利建设有限公司，江苏 盐城 224000）

0 引言

校园作为城市建成环境中绿色生态系统，具备管理雨洪的巨大潜力，但是在校园的整体设计的过程中却往往忽略了对自然水文循环过程的考虑以及对形成校园雨洪的管理，因此很多校园内部经常出现积水和洪涝等现象。在当前我国大力推进以低影响开发系统为核心的海绵城市建设背景下，将建设海绵城市的基本理论应用到校园建设中，使校园成为海绵城市建设中的“海绵体”[1-4]。基于海绵城市的建设理念，把生态优先原则贯穿于校园规划、建设和管理的全过程，将自然途径与人工措施相结合，在利用低影响开发技术减轻校园内涝危害的同时，最大限度地实现雨水的自然积存、自然渗透和自然净化，并将收集的雨水可作为景观湖的重要补给水源和校园浇洒道路、消防等公共用水，促进雨水资源的利用和生态环境保护，实现环境与水资源的协调发展，使校园能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的弹性，雨季时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水释放并加以利用[5-8]。

1 校园雨洪管理现状分析

1.1 区位

江苏建筑职业技术学院坐落于江苏省三大都市圈之一、淮海经济区中心城市——徐州。学校坐落于南区大学城，地处徐州市泉山风景区，毗邻云龙湖、泉山森林公园，占地0.8 km2，建筑面积40 万 m2。

1.2 用地条件分析

江苏建筑职业技术学院占地总面积720 400m2，汇水面主要涉及教学楼、行政楼、宿舍楼等建筑屋面，篮球场、小广场等硬质广场，机动车道、步行道等校园道路，绿地、水体等。经测算，建筑屋顶面积为40 万m2，硬质广场（含西篮球场）面积12 900m2，道路面积56 900m2，绿地面积243 000 m2，永久性水体（校内景观河道）面积7 600 m2。在校园中，建筑屋面、硬质广场、道路为不透水面，面积约为469 800 m2，约占总面积的65%。学校总体地形为西北高东南低，地面高程为46 m～68 m。

学校总体地形为西北高东南低，地面高程为46 m～68 m。具体高程如图1、表1 所示。

表1 江苏建筑职业技术学院校区GPS 控制点成果表

1.3 降雨规律分析

采用实测资料法计算不同频率下的设计雨量。

目前，徐州中心城区及周边的雨量站有蔺家坝雨量、解台闸雨量站、三堡雨量站和徐州站，从各站分布位置分析唯有徐州站位于城区中心位置，其余各站均位于城区周边之外，而且各站中徐州站系列最长，从地理位置及系列长度来看，徐州站的代表性相对较好。该研究收集了徐州站1981年～2015 年（35 年）逐年最大24 h 降雨，采用皮尔逊Ⅲ型曲线法（图2）求算不同频率下的设计雨量，具体见表2。

表2 徐州站各频率下最大24 h 降雨量分析一览表

1.4 径流规律分析

江苏建筑职业技术学院可形成雨水径流的汇水面有建筑屋面、硬质广场、道路及绿地，其中建筑屋面汇水面面积约为400 000 m2，相应的径流系数φc为0.85；硬质广场汇水面面积约为12 900 m2，相应的径流系数φc为0.5；道路汇水面面积为约56 900 m2，相应的径流系数φc为0.8；绿地汇水面面积约为243 000 m2，相应的径流系数φc为0.15，各类汇水面面积及相应径流系数统计见表3。

雨水径流总量可按式（1） 计算：

图1 江苏建筑职业技术学院GPS 控制点布置示意图

图2 皮尔逊Ⅲ型曲线法计算图

表3 现有各汇水面及相应径流系数统计表

式中：W—雨水径流总量，m3。

h—降雨量，m。

A—汇水面面积，m2。

φc—径流系数，即同一时段内径流量与降水量之比；依据《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范（GB 50400—2016） 》，绿地径流系数为0.15，硬质不透水面综合径流系数取0.7。

徐州市地处暖温带湿润、半湿润季风气候区，全市多年平均降雨量860.8 mm，其中汛期6～9 月份降雨量为575 mm，降雨集中、强度大、历时短且多暴雨，属于雨水径流较大及集雨高效的地区[9]。由公式（1） 可计算出不同降雨条件下江苏建筑职业技术学院各汇水面的雨水径流量，将计算结果列入表4。由表4 中的计算结果分析可知，对于6～9 月的汛期来说，时间虽短，但是径流总量较大，占全年径流总量的70%左右；校园场地中建筑屋面、硬质广场及道路等不透水面的年径流量占整个校园场地的90%以上，该部分场地为形成校园雨水径流的主要诱发地。

表4 各汇水面径流量统计表

2 现状校园雨洪管理存在的问题

目前校园在雨水源头管理、径流污染控制、调节区域水文循环以及景观多样性等方面考虑不够全面。

对于整个校园来说，其中绿地和水体面积约达到250 600 m2，占校园占地总面积的35%，基本达到《江苏省学校建设用地指标》中规定的要求。但是学校大多数绿地仍旧为传统的方式，其作用仅是单纯地增加校园绿化率，给教职工带来景观体验，绿地的生态功能效益未得到最大程度的发挥。同时学校基本未将绿地纳入管理校园雨水的范畴，整个校区雨水的排放还是通过地下雨水管网汇集后排向城市管网。当遭遇大暴雨时，校园内尤其是硬质地面汇集的雨水往往不能及时地排放，坡面汇流形成大大小小的积水，给教职工的工作学习带来不便。

校园虽然利用雨水管网收集部分雨水进行绿化浇灌，但是除连接喷头的竖管外其余灌溉设施均埋于地下，管理不便且措施相对单一。

3 改造效果

对局部场地进行雨洪管理典型改造设计后，各汇水面面积统计对比见表5。其中道路改造后有透水混凝土路面、碎石路面等，采用综合径流系数0.55。

表5 局部改造前后各水面面积统计表

高校平均每年可收集径流雨水总量可采用公式（2） 进行计算。

式中：W1为场地平均可收集径流雨水总量，m3。

α为季节折减系数，徐州为0.84。

β为初期雨水弃流系数，取0.86。其余字母含义同前。

代入公式计算可得该部分场地平均每年可收集管理径流雨水总量为5 740 m3。

对于该区域，主要涉及公共建筑用水量、消防用水量、浇洒道路和绿地用水量。其中公共建筑用水量主要涉及办公楼用水量，依据《建筑给水排水设计标准》（GB 50015—2019） ，办公楼（坐班制办公）用水按25 L/（人·班）～40 L/（人·班）计算；依据《室外给水设计标准》（GB 50013—2018） ，浇洒道路、广场和绿地用水量应根据路面、绿化、气候和土壤等条件确定。浇洒道路和广场用水可根据浇洒面积按2.0 L/（m2·d）～3.0 L/（m2·d）计算，浇洒绿地用水可根据浇洒面积按1.0 L/（m2·d）～3.0 L/（m2·d）计算。

每年工作日250 d。冬季、雨天不需浇洒道路和绿地，冬季平均天数91 d，由江苏气象发布1981～2019 年气象资料统计计算徐州地区每年平均降雨日83 d，则每年平均需要浇洒道路、绿地为365-91-83=191d。由此计算可知：该区域平均每年办公楼用水量为625 m3；该区域平均每年浇洒道路用水量为1 890 m3；该区域平均每年浇洒绿地用水量为3 330 m3。

该部分场地平均每年收集雨水5 740 m3，平均每年用水量为5 845 m3，其中办公楼用水量为625 m3，浇洒道路用水量为1 890 m3，浇洒绿地用水量为3 330 m3。由此可见，该部分场地每年收集的雨水基本可覆盖浇洒道路、绿地用水及办公楼冲厕用水。改造后，在减少学校的市政用水量的同时，延长雨水排放路径，减少雨水外排量，削减洪峰流量，有效减轻市政排水管网的负荷；此外，通过绿地对雨水的管理，一定程度上弥补了雨水的自然循环过程，也降低了非点源污染。