鹿 巍 趙婧竹 李毛毛

（西安思源學(xué)院,陜西 西安 710038）

“海綿校園”是將海綿城市理論應(yīng)用到校園環(huán)境中，以保護(hù)原有生態(tài)為原則構(gòu)建校園環(huán)境，秉承海綿的品質(zhì)“滲透”和“吸收”，凈化雨水，實(shí)現(xiàn)環(huán)境與水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展，遵循順應(yīng)自然、與自然和諧相處的雨水系統(tǒng)模式。

現(xiàn)如今，我國(guó)一方面存在水資源短缺的問(wèn)題，另一方面遇暴雨時(shí)城市又面臨內(nèi)澇的困擾。高校作為科研開(kāi)發(fā)和技術(shù)推廣的前沿陣地，通過(guò)研究雨水科學(xué)排放與回收來(lái)解決內(nèi)澇和水資源管理利用問(wèn)題，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展具有重大的戰(zhàn)略意義。同時(shí)，高校校園作為城市生態(tài)系統(tǒng)中一個(gè)獨(dú)立而完整的子系統(tǒng)，具有雨水匯水面積大、水質(zhì)較好、雨水利用潛力大的特點(diǎn)。高校的實(shí)踐研究將減輕城市水網(wǎng)壓力，并對(duì)城市雨水資源化利用起到帶頭示范作用。

本文以西安思源學(xué)院作為研究對(duì)象，提出校園海綿設(shè)施優(yōu)化建議，并結(jié)合雨水回收利用，分析其綜合效益。

1 區(qū)位概況

西安地處我國(guó)大陸腹地黃河流域中部的關(guān)中盆地，暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，降雨量分布極不均衡。多年平均降水量為504.7～719.8 mm，多集中在7—10月，一次大降水的降水量一般在63.2～118.2 mm，占全年平均降水量的12.5%～16.4%[1]。另外，西安土壤結(jié)構(gòu)為濕陷性黃土結(jié)合沙質(zhì)土，在遭受雨水的滲透、浸濕和沖刷后，在重力和外界作用力的影響下易發(fā)生濕陷性形變。

2 校園概況

西安思源學(xué)院分為南北兩校區(qū)，中間隔著水安路。本文以北校區(qū)作為研究對(duì)象。北校區(qū)占地約442畝，主要建筑有教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、圖書館、行政樓、實(shí)訓(xùn)中心、創(chuàng)業(yè)中心、食堂及學(xué)生公寓等。

現(xiàn)階段北校區(qū)主干道有貫穿東西的梧桐路及金石路、貫穿南北的時(shí)光大道和書苑南路，以金石中路貫穿1號(hào)實(shí)驗(yàn)樓、教學(xué)樓及圖書館。西側(cè)建筑以教學(xué)科研區(qū)和行政區(qū)為主，東側(cè)屬于學(xué)生生活休閑區(qū)。

3 場(chǎng)地分析

（1）公共綠地的建設(shè)較少使用低影響開(kāi)發(fā)措施，雨水大多以自然下滲的方式被綠地就地進(jìn)行消解，也未進(jìn)行雨水的收集存儲(chǔ)。綠地與道路之間基本都用路緣石進(jìn)行分隔，阻擋了道路雨水匯入綠地。當(dāng)遇到大雨，進(jìn)入綠地土壤的雨水量超過(guò)其對(duì)雨水的極限滲透能力時(shí)，綠地雨水反而會(huì)流入道路中，加重路面的積水情況。

（2）道路地面均為密實(shí)混凝土路面，地表徑流無(wú)法下滲，且道路高程低于綠地高程。廣場(chǎng)磚石之間縫隙較大且年久活絡(luò)，導(dǎo)致雨天縫隙之間存有少量積水，不小心踩踏上去就會(huì)濺出泥水。

（3）停車位場(chǎng)地采用普通的植草磚，但是植草磚中的植被生長(zhǎng)效果差，很多已經(jīng)露出覆土，隨著雨水的沖刷，使得停車場(chǎng)景觀效果不佳[1]。停車場(chǎng)路緣石沒(méi)有切口，道路雨水無(wú)法流入旁邊綠地中，同時(shí)停車場(chǎng)的豎向關(guān)系使得綠地雨水排向道路。

（4）由于校園處于白鹿原上，依地勢(shì)而建，東高西低且落差較大。當(dāng)有強(qiáng)降雨降臨時(shí)，積水順應(yīng)山勢(shì)，沿校園內(nèi)的道路向地勢(shì)較低的西部流淌。校園采用傳統(tǒng)管網(wǎng)排水方式，當(dāng)校園排水系統(tǒng)不能承載累積的水流量時(shí)，累積的水不能及時(shí)排出，會(huì)形成“瀑布”小景觀。

（5）大部分建筑屋頂屬于坡屋頂，且這些屋頂?shù)钠露染哂诰G色屋頂坡度要求上限，還有一部分建筑屋頂安裝有太陽(yáng)能、空調(diào)設(shè)備等設(shè)施，所以在分析綠色屋頂建設(shè)潛力時(shí)不考慮這些建筑，校園內(nèi)只有少量建筑物適用于綠色屋頂?shù)母脑臁?/p>

4 “海綿”設(shè)施構(gòu)建

應(yīng)結(jié)合校園實(shí)際情況，有針對(duì)性地布置海綿系統(tǒng)，以解決校園內(nèi)澇問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水資源的合理處置。

4.1 下沉式綠地

下沉式綠地是指綠地的高度低于地面，一般位于距離路面20 cm左右的地方，用于收納雨水，減少地表徑流。可布置在金石西路、梧桐西路等車行道路邊的綠地中。在實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)保證路緣石每隔一定距離設(shè)置適當(dāng)缺口，使雨水徑流能夠順利流入滯留設(shè)施中，同時(shí)溢流口的高度應(yīng)高于下沉式綠地并低于地面。雨水量超過(guò)綠地滲透能力時(shí)，徑流溢流至別的雨水設(shè)施或市政管網(wǎng)中。

4.2 透水鋪裝

選用雨水能通過(guò)，直接滲入路基的人工鋪筑的鋪裝材料，如透水混凝土、透水瀝青、透水磚等?？紤]到路面強(qiáng)度、路基穩(wěn)定性及成本，可考慮布置在校園次要道路、支路、園路、停車場(chǎng)等對(duì)承重能力要求不高的道路上，例如金石東路、書苑北路、園丁路上。

4.3 雨水花園

櫻花路及銀杏路附近綠地分布均勻，每部分面積適中，可考慮加入雨水花園的設(shè)計(jì)。在雨水來(lái)臨前，它如同普通綠地一般。當(dāng)強(qiáng)降雨來(lái)臨，雨水花園的下沉式設(shè)計(jì)，可儲(chǔ)存和滯留部分雨水，還可促進(jìn)和強(qiáng)化雨水下滲。同時(shí)，由于綠化植物和土壤的過(guò)濾、吸收等作用，雨水中的部分污染物得以降解，外排水質(zhì)可得到顯著改善[2]。

銀杏路的自然坡度大于8%，下雨時(shí)會(huì)產(chǎn)生流速較快的雨水徑流?？梢詫⒋颂幍挠晁▓@規(guī)劃為臺(tái)地式（如圖1），通過(guò)一層一層的階梯，消耗雨水動(dòng)能，減慢徑流速度。臺(tái)階之間應(yīng)用護(hù)坡或擋土墻連接。還可在下方修筑蓄水裝置，未滯留的雨水匯入其中，收集凈化以作灌溉用。

圖1 雨水臺(tái)地

另外，在植物的選擇方面，應(yīng)盡量選擇耐水淹的植物種類。暴雨過(guò)后，會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間積水，容易滋生蚊蠅。因此，此類雨水花園最好設(shè)置在陽(yáng)生區(qū)，同時(shí)配置適生的植物類型。在陰生區(qū)可以采取礫石帶等形式，創(chuàng)造多樣性的景觀。

4.4 植草溝

植草溝（如圖2）適于布置在書苑南路的山坡兩側(cè)。因與道路間隔較小，植草溝應(yīng)與道路平行布置，以便將道路的水排入溝中，阻止山坡順勢(shì)沖下的雨水匯集到道路。滯水效果與溝內(nèi)的植物有較大的關(guān)系，溝內(nèi)的植株密集、枝葉繁茂、葉莖較長(zhǎng)時(shí)，其滯水效果最為顯著。還可代替?zhèn)鹘y(tǒng)地下排水管網(wǎng)將雨水輸送至指定蓄水區(qū)域，與滯留設(shè)施相連，用作雨水凈化的預(yù)處理環(huán)節(jié)。

圖2 植草溝

4.5 綠色屋頂+調(diào)蓄池

屋頂綠化又可以稱為屋頂花園、種植屋面等，就是在建筑的屋面空間種植以及栽培適宜的綠色植物，從而能夠儲(chǔ)蓄雨水以及減弱雨水徑流。學(xué)院大部分建筑為坡屋頂，可將屋頂雨水順著屋頂坡度匯至各個(gè)雨水管。雨水管安裝有初期棄流裝置，在雨水通過(guò)時(shí)可利用重力將初期雨水中污染較重的那部分雨水引入另外一個(gè)廢水管道進(jìn)入廢水收集，剩余水質(zhì)相對(duì)較好的雨水則沿著輸水管道再經(jīng)過(guò)一道過(guò)濾裝置后進(jìn)入地上調(diào)蓄池，經(jīng)過(guò)凈水裝置的凈化后再利用。

5 雨水收集效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

5.1.1 中水用量

綠化若按一級(jí)養(yǎng)護(hù)考慮，澆灑用水定額為2.0 L/（m2·d），按100 d計(jì)算，澆灑年用水量=2×48 871×100=9 774.2（m3）。

道路沖洗用水定額取0.5 L/（m2·次），年沖洗次數(shù)為30 次，則沖洗年用水量=0.5×16 290×30=244.35（m3）。

人工水體面積約3 565 m2，滲透系數(shù)取5×10-8m/s，多年平均蒸發(fā)量為1 400 mm，年用水量=年均蒸發(fā)量+年均滲透量=(1.4+5×10-8×365×24×3 600)×3 565=10 612.3（m3）。

綜上，年均總用水量為20 630.9 m3。

5.1.2 可回收雨水總量

可收集雨水量公式：W=α×β×ψ×H×A。式中：α為季節(jié)折減系數(shù)；β為棄流系數(shù)；H為平均降水量，ψ為綜合徑流系數(shù)；A為匯水面積。根據(jù)西安市情況，季節(jié)折減系數(shù)選用0.78，初期棄流系數(shù)取0.86，年平均降水量為612 mm。根據(jù)表1可得：

表1 不同匯水面徑流系數(shù)表

平屋頂可收集雨水量W=0.78×0.86×0.612×0.4×6 392=1 050（m3）；

斜屋頂可收集雨水量W=0.78×0.86×0.612×1×30 483=12 514（m3）；

道路可收集雨水量W=0.78×0.86×0.612×0.9×11 144=4 117（m3）；

透水鋪裝可收集雨水量W=0.78×0.86×0.612×0.55×5 146=1 162（m3）；

綠地可收集雨水量W=0.78×0.86×0.612×0.1×48 871=2 006（m3）；

共收集雨水量為1 050+12 514+4 117+1 162+2 006=20 849（m3）。

按照西安市商業(yè)用水價(jià)格8.2 元/m3計(jì)算，將為校園每年節(jié)約170 961.8 元。

5.1.3 海綿設(shè)施造價(jià)

根據(jù)表2，投資總額約為438.88 萬(wàn)元。雖然海綿設(shè)施初期建設(shè)投資額較高，但需要注意的是，本次的經(jīng)濟(jì)計(jì)算未考慮國(guó)家對(duì)于綠色建筑的補(bǔ)貼費(fèi)用，所以，海綿設(shè)施建造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值要大得多，且投資回收期更短。

表2 海綿設(shè)施造價(jià)估算

5.2 生態(tài)效益

在校園里設(shè)置雨水花園、植草溝、透水鋪裝等，能夠使雨水經(jīng)過(guò)滲透、過(guò)濾、傳輸?shù)淖匀贿^(guò)程達(dá)到水文平衡。通過(guò)保留綠地、水系，并在建設(shè)海綿設(shè)施時(shí)選用一些耐水植物，如野牛草、黑麥草、濕地松、水杉、垂柳等，能提高校園生物多樣性，回補(bǔ)地下水；海綿設(shè)施與景觀環(huán)境相結(jié)合，可提升校園的景觀面貌。

5.3 社會(huì)效益

“海綿校園”建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，其核心思想是可持續(xù)發(fā)展。在校園內(nèi)進(jìn)行雨水資源化利用，可帶動(dòng)整個(gè)城市雨水資源化的進(jìn)行，符合可持續(xù)用水的要求；在防洪、雨水收集利用、環(huán)境氣候改變等方面效果顯著，降低了校園洪澇災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失[3]；在生態(tài)環(huán)境日益惡化的嚴(yán)峻形勢(shì)下，改善了校園的環(huán)境氣候，符合“以人為本”的綠色校園建設(shè)理念。

6 結(jié)論

基于量化評(píng)價(jià)，通過(guò)海綿設(shè)施可以較大地減少雨水徑流，同時(shí)雨水資源化能夠滿足一部分中水使用需求，充分發(fā)揮其生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。但仍有些問(wèn)題需進(jìn)一步深入研究：首先是海綿設(shè)施在實(shí)踐中的修正與完善；其次，在效益指標(biāo)的定量評(píng)估中，對(duì)于量化指標(biāo)的處理方法還可以繼續(xù)調(diào)整和完善，考慮日后設(shè)施的運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用，以提高評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。最后，由于海綿設(shè)施建設(shè)初期費(fèi)用較高，需要政府加大對(duì)校園雨水資源化利用的投入，在一些校園進(jìn)行雨水利用的實(shí)驗(yàn)研究，建立示范工程，以利于校園雨水資源化利用的推廣。但是我國(guó)高校數(shù)量眾多，僅靠政府財(cái)政補(bǔ)貼難以滿足“海綿校園”的建設(shè)需求，因此應(yīng)該積極加強(qiáng)與校外機(jī)構(gòu)、企業(yè)的合作，探索多方位的融資途徑，積極與“綠色校園”“節(jié)約型校園”“海綿校園”等可持續(xù)校園發(fā)展理念對(duì)接，促進(jìn)校園雨水管理的科研、教育、宣傳建設(shè)。