史志鵬 張根廣 何婷婷 劉美艷

(1.江蘇建筑職業(yè)技術學院，江蘇徐州221116；2.西北農(nóng)林科技大學水利與建筑工程學院，陜西楊凌712100；3.江蘇省水利勘測設計研究院有限公司徐州分公司，江蘇徐州221000)

城鎮(zhèn)化是以農(nóng)業(yè)為主的傳統(tǒng)鄉(xiāng)村社會向以第二、第三產(chǎn)業(yè)等非農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)為主的現(xiàn)代化城市逐漸轉(zhuǎn)變的過程[1]。2017年2月，國家統(tǒng)計局發(fā)布的 《中華人民共和國2017年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》顯示，2017年末全國大陸總?cè)丝?39008萬人，其中城鎮(zhèn)常住人口81347萬人，常住人口城鎮(zhèn)化率為58.52%，戶籍人口城鎮(zhèn)化率為42.35%。據(jù)徐州統(tǒng)計局發(fā)布的《2017年徐州市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，徐州市2017年城鎮(zhèn)化率為63.8%。城鎮(zhèn)化過程中，城鎮(zhèn)人口急劇增多，資源需求持續(xù)增大。在一定范圍和程度上，已經(jīng)超出了自然生態(tài)環(huán)境的承載能力，其中城鎮(zhèn)水資源、水環(huán)境，水災害問題也頻頻發(fā)生[2]。

城鎮(zhèn)化過程中，人口密度、建筑物密度和工業(yè)用地持續(xù)增加，與此同時，地面硬化比率持續(xù)提高，導致雨水下滲困難，地表徑流增強，水循環(huán)過程中地面水量相對增多，從而出現(xiàn)了較多的內(nèi)澇和洪水災害事件。據(jù)相關研究，在自然條件下，近50%的降雨量會入滲，40%的水量會蒸發(fā)，10%的水量會形成地表徑流。當?shù)孛嬗不试?5%～100%時，下滲水量在15%，蒸發(fā)量在30%，超過50%的降雨量形成了地表徑流。由此可見，地面硬化是一個非常重要的因素。而大學校園往往區(qū)域面積有限、人口集中、路面硬化率也較高，同時又具有一定的綠地和植被，是落實“海綿城市”理念，研究 “滲、蓄、滯、凈、用、排”的較好對象。本文以江蘇建筑職業(yè)技術學院校園內(nèi)雨水管理為研究對象，深入分析了主要內(nèi)澇區(qū)域的形成原因，從低影響開發(fā)的角度為各個區(qū)域提出了對應的低影響措施，可使得區(qū)域內(nèi)降雨就地消散，達到“海綿”效果。

1 雨水管理方式

傳統(tǒng)的雨水排水方式是利用排水管網(wǎng)、市政管網(wǎng)將雨水、污水等各種水量簡單直接的排到管網(wǎng)中，實際上是一種無管理的排水方式。同時管網(wǎng)的設計重現(xiàn)期大多在1～3a，而國外管網(wǎng)的設計重現(xiàn)期普遍在5～10a，重要地域達到10～30a的標準。在這樣的管網(wǎng)重現(xiàn)期和排水條件下，不可避免會出現(xiàn)管網(wǎng)的堵塞、排水效率低下、維護成本高等問題。近年來，隨著城市內(nèi)澇等水災害事件的頻發(fā)，傳統(tǒng)雨水排水的方式引起了人們的重視和思考?！昂＞d城市”概念的提出，如何有效實現(xiàn) “滲、蓄、滯、凈、用、排”的要求，成為諸多城市及相干科研院所研究的對象。

在有效實施 “海綿城市”的進程中，各個國家、地區(qū)采用了不同的方法[3]。如美國提出的最佳實踐管理 (Best Management Practices，簡稱 BMP)，旨在通過水塘、濕地等過濾措施處理污染的水體，同時盡可能的減輕水體的源頭污染；低影響開發(fā)理論 (Low Impact Development，簡稱LID)，是在BMP的基礎上發(fā)展而來，利用土壤和植被過濾雨水，盡量減少對環(huán)境景觀的影響，通過分散的、高效率的雨水花園實現(xiàn)雨水的有效管理。LID更適合于現(xiàn)狀條件下，排水設施的更新和改造；澳大利亞提出的水敏感城市設計(Water Sensitive Urban Design，簡稱WSUD)，在宏觀尺度上規(guī)劃設計水環(huán)境，使局部水循環(huán)與自然環(huán)境中的水循環(huán)融為一體，盡量利用自然生態(tài)環(huán)境實現(xiàn)有效雨洪管理；英國提出的可持續(xù)排水系統(tǒng) (Sustainable Drainage System，簡稱SDS)，該系統(tǒng)在城市尺度上綜合考慮了水量預測，水質(zhì)判別和水資源利用，將排水系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展與區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃在一起[4]。

2 江蘇建筑職業(yè)技術學院校園現(xiàn)狀

2.1 校園雨水管理現(xiàn)狀

江蘇建筑職業(yè)技術學院地處江蘇省徐州市泉山風景區(qū)，占地74.53hm2，建筑面積40萬m2。學校校園三面環(huán)山，新老校園連為一體，校園北面為雙山，南面為牛山，西面為泉山。校園總體地勢呈現(xiàn)西部高、東部低；老校區(qū)北部高，南部低，新校區(qū)南部高，北部低；新校區(qū)總體高于老校區(qū)。該校園為典型的低山丘陵地形，校園內(nèi)存在較多的坡面，為此地表徑流較為顯著。當遭遇短時強降雨或持續(xù)降雨時，校園內(nèi)澇現(xiàn)象頻發(fā)，尤其是地面硬化率高的新校區(qū)，問題更為嚴重。

2.2 校園積水情況統(tǒng)計

為有效落實 “海綿城市”理念，科學設計校園內(nèi)的綠化排水，調(diào)研統(tǒng)計了校園內(nèi)的高頻積水點，分析解決校園內(nèi)澇問題。首先對校園劃分為4個調(diào)研區(qū)域(見圖1)，調(diào)研內(nèi)容包括建筑物名稱、位置、區(qū)域面積、綠化面積、建筑物面積、區(qū)域地勢、建筑排列方式、積水點，調(diào)研結(jié)果見表1。

圖1 校園調(diào)研區(qū)域劃分

表1 調(diào)研區(qū)域情況匯總

由表1的調(diào)研結(jié)果可知，新校區(qū)的綠化率高于老校區(qū)的綠化率，老校區(qū)的建筑密度高于新校區(qū)的建筑密度；坡地情況下的積水點要少于平坦區(qū)域的積水點。在調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)，建筑物周圍路面硬化面積普遍較大。硬化材料多為不透水的鋪磚，排列又非常緊密。由于坡地與平坦區(qū)域相連，當平坦區(qū)域排水效果不好時，內(nèi)澇情況將更加嚴重。區(qū)域1的教三樓和區(qū)域3的大學生活動中心周圍即是典型的案例在區(qū)域1，教三樓和學生宿舍是行列式分布，幾個建筑物總體上又是混合式；區(qū)域2，各建筑物是行列式分布；區(qū)域3，可理解為以教一樓為中心的點群式分布；區(qū)域4，各建筑物是典型的行列式分布。建筑物群體的布置型式對地表徑流有直接的影響。如果一個區(qū)域內(nèi)的降水量是一個整體，那么該區(qū)域內(nèi)的建筑物可起到分散地表徑流，減輕排水負荷的作用。行列式更利于地表徑流的攔截，點群式可加速地表徑流的排出，但點群式往往路面硬化的總面積要偏高[5]。

通過調(diào)研分析，校園內(nèi)積水點主要受路面不透水率、區(qū)域地勢、建筑物布置型式和現(xiàn)狀排水條件等因素造成。

3 江蘇建筑職業(yè)技術學院校園雨水管理設計

3.1 總體設計

該校園為典型的低山丘陵地形，校園內(nèi)存在較多的坡面，綠化率超過1/3。雖然新校區(qū)存在一些溝壑，但始終未能有效蓄水，未能發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用。個別早期蓄水池屬于工程性措施，注重防滲，相互之間流通較少，區(qū)別于自然水體的循環(huán)過程。在現(xiàn)狀條件下，將整個校園內(nèi)蓄水體自然連通，影響區(qū)域較大，時間成本和資金成本均較高，并不是最佳的選擇方案。在此借鑒低影響開發(fā)理論 (LID)，結(jié)合校園內(nèi)自然地形和綠化區(qū)域進行分區(qū)域規(guī)劃，整個校園劃分為8個匯水區(qū)域，設計為8個雨水花園 (圖2)。在各區(qū)域內(nèi)，結(jié)合先進的LID設施，對區(qū)域環(huán)境進行更新設計。匯水區(qū)域有利于即時解決區(qū)域水量，化整為零，從而減小總體徑流量，盡可能避免內(nèi)澇的發(fā)生。

圖2 校園雨水花園規(guī)劃區(qū)域

3.2 低影響開發(fā)設施設計

3.2.1 建筑物屋頂更新設計

對校園內(nèi)建筑物屋頂進行綠化改造。在滿足荷載、防水和空間的前提下，根據(jù)種植基礎層深度和景觀植被種類，建筑物屋頂可設計為簡單式和花園式的綠色屋頂。在該校園建筑物中，圖書館、利亞樓、體育館、大學科技園、建筑技術館、建環(huán)樓、行政樓等建筑物屋頂可設計為綠色屋頂。簡單式綠色屋頂?shù)幕|(zhì)深度一般不大于150mm，花園式綠色屋頂在種植喬木時基質(zhì)深度可超過600mm，種植土的厚度不宜小于100mm。

3.2.2 校園綠地更新設計

該校園綠化比率相對較高，但是對雨水的吸納作用一般。校園內(nèi)綠化區(qū)域往往注重地面植被的景觀性，忽視其對雨水的吸納效果。對于種植植被時間較長的綠化區(qū)域改造成本高，破壞性大，將現(xiàn)有區(qū)域內(nèi)的綠地改造，也可取得較好的效果[6，7]。譬如，區(qū)域1中，圖書館周邊綠地；區(qū)域2中，大學科技園周邊綠地；區(qū)域3中，教一樓西側(cè)周邊綠地等成片的綠地可改造為下沉式綠地。下沉式綠地適用于綠地寬度較大的城市道路、建筑小區(qū)以及城市廣場等。周邊雨水宜分散進入下沉綠地，當雨水集中進入下沉式綠地時應在入口處設置緩沖設施。下沉式綠地的主要設計參數(shù)是綠地下沉的深度。下沉式綠地的下沉深度應根據(jù)植物耐淹性能和土壤滲透性能確定，一般為 100～200mm。

3.2.3 硬化路面更新設計

建筑物周邊普遍存在較大面積的硬化路面，尤其是區(qū)域1內(nèi)教三樓周邊的硬化路面面積最大，其次是區(qū)域3內(nèi)大學生活動中心周邊的硬化路面面積次之。路面較高的硬化率造成上述2個區(qū)域，每逢降雨必定積水的問題。透水鋪裝按照面層材料不同可分為透水磚鋪裝、透水水泥混凝土鋪裝和透水瀝青混凝土鋪裝，嵌草磚、園林鋪裝中的鵝卵石、碎石鋪裝等也屬于滲透鋪裝。

土地透水能力有限時，應在透水鋪裝的透水基層內(nèi)設置排水管或排水板。當透水鋪裝設置在地下室頂板上時，頂板覆土厚度不應小于600mm，并應設置排水層。當透水鋪裝對道路路基強度和穩(wěn)定性的潛在風險較大時，可采用半透水鋪裝。

3.2.4 雨水的儲蓄與凈化

在建筑物周邊可考慮采用蓄水池、蓄水罐等設置積蓄雨水[8]；在自然溝壑可考慮設計雨水濕地進行雨水的積蓄和凈化，譬如區(qū)域1內(nèi)，利亞樓北側(cè)；區(qū)域2內(nèi)，大學科技園東南側(cè)；區(qū)域3內(nèi)，圖書館北側(cè)等區(qū)域均可考慮設計為雨水濕地。雨水濕地由進出口、濕塘單元、濕地單元、調(diào)蓄區(qū)、泄洪道和堤岸及邊坡組成，濕地形狀根據(jù)現(xiàn)場地形及景觀需要等條件確定。一般包括進水口、前置塘、沼澤區(qū)、出水池、溢流出水口、護坡及駁岸、維護通道等構(gòu)成。

4 結(jié)論

本文以江蘇建筑職業(yè)技術學院校園雨水管理為研究對象，分析了校園內(nèi)澇的主要因素，然后根據(jù)低影響理論 (LID)，初步提出了該校園內(nèi) “海綿系統(tǒng)”構(gòu)建的策略和措施。主要結(jié)論如下：校園內(nèi)澇主要受路面不透水率、區(qū)域地勢、建筑物布置型式和現(xiàn)狀排水條件等因素影響；初步設計了8個匯水區(qū)域，可實現(xiàn)雨水的化整為零，就地消散；提出了屋頂綠化、下沉式綠地、硬化路面改造和雨水濕地4項低影響措施的更新策略，并為各區(qū)域內(nèi)的重點建筑物選擇了合理的低影響措施。