劉文玲（上饒師范學(xué)院， 江西 上饒 334001）

在大多數(shù)城市和郊區(qū)，未經(jīng)處理的雨水直接經(jīng)屋頂、人行道和草坪流入溝渠和管道，迅速排入當(dāng)?shù)匦∠秃恿鳌Ｕ麄€過程稱之為雨水徑流。這一污染源是導(dǎo)致水質(zhì)受損的主要因素[1]。城市化、人口增長和氣候變化加劇了洪水頻率和嚴(yán)重程度[2-3]。高峰值徑流造成分散的或非特定點(diǎn)的水污染[4]，導(dǎo)致溪流、河流、湖泊和其他水生生態(tài)系統(tǒng)退化。我國暴雨洪澇災(zāi)害頻繁，是世界上洪澇災(zāi)害出現(xiàn)頻次最高的國家之一，災(zāi)害損失嚴(yán)重[5]。洪澇期間，高校被淹現(xiàn)象屢見不鮮，究其根本在于校園公共空間布局的不合理性。因此，探究合理的雨水管理方式對于可持續(xù)校園建設(shè)具有重要意義。

1 美國雨水管理概況

1.1 雨水管理發(fā)展

20 世紀(jì) 70 年代，美國提出了“最佳管理措施”(Best Management Practice, BMPs)，指為減輕因土地利用變化引起的城市徑流量和水質(zhì)的變化而采取的控制措施[1]。1987 年，美國國會根據(jù)《清潔水法》修正案，授權(quán)美國環(huán)境保護(hù)局（Environmental Protection Agency, EPA）根據(jù)國家污染物排放消除系統(tǒng)控制雨水排放。為響應(yīng)立法，20 世紀(jì) 80 年代末和 90 年代初 EPA 頒布《雨水管理?xiàng)l例》，徑流水質(zhì)控制引起越來越多的關(guān)注。20 世紀(jì) 90 年代末，低影響開發(fā)（Low Impact Developmen，LID）理念首先在美國華盛頓特區(qū)的馬里蘭州普林斯喬治縣引入[6]。與傳統(tǒng)的集中技術(shù)相比，LID 技術(shù)是指分散式雨水控制設(shè)計(jì)，通過模擬開發(fā)前的水文條件，促進(jìn)城市流域的滲透和蒸散蒸騰過程來減少雨水[7-8]。其不依賴于傳統(tǒng)的管道末端或管道結(jié)構(gòu)控制方法，而是將雨水控制整合到整個城市景觀中[9]。

1.2 雨水管理類型

雨水管理過程一般為 2 大類。一類是儲存/滲透型，包括生物滯留區(qū)、綠色屋頂、雨水箱和蓄水池、多孔路面、滲透溝、過濾沼澤地、保留盆地等。另一類是渠道型，如草甸[6]，生物滯留區(qū)與管道系統(tǒng)結(jié)合是雨水控制的最佳選擇[10]。生物滯留區(qū)也稱為雨水花園，是指在景觀中降低和處理現(xiàn)場徑流并減少高峰流量的區(qū)域[11-12]。其具有儲存雨水的生物系統(tǒng)潛力，能夠通過入滲和蒸發(fā)顯著降低暴雨水量[13]。在環(huán)境治理方面，生物滯留系統(tǒng)可以有效地去除車輛排放的雨水污染物，特別是石油、油脂以及重金屬[14]，并且該系統(tǒng)在城市地區(qū)還可形成一個新的生物中心，對植物、氣候均有積極影響[15]。在實(shí)際景觀應(yīng)用中，可利用多種雨水管理措施與場地限制對管理目標(biāo)和成本進(jìn)行權(quán)衡。

2 美國高校雨水管理實(shí)踐

響應(yīng)美國政府的雨水管理立法，美國許多州和地方政府都制定了較為完善的雨水管理政策體系。因資源和財(cái)政能力有限，無法滿足《清潔水法》對雨水和廢水更新的要求，提倡利用低成本綠色基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目來滿足其水質(zhì)和水量需求。本文選取美國 3 所實(shí)踐經(jīng)歷較豐富的高校進(jìn)行研究分析，如表1 所示。

表1 美國高校雨水管理參賽項(xiàng)目及獲獎情況

3 所高校通過參加 2 類權(quán)威性比賽完成綠色基礎(chǔ)設(shè)施改造。一是美國風(fēng)景園林師協(xié)會（American Society of Landscape Architects ，ASLA）創(chuàng)辦的國際性專業(yè)/學(xué)生年度競賽，可獲得 ASLA 基金對獎勵計(jì)劃的項(xiàng)目資助，或國家藝術(shù)基金會（National Endowment for the Arts，NEA）的創(chuàng)新資助。二是 EPA 自 2012 年開展的校園雨水工程挑戰(zhàn)賽（Aampus Rainworks Challenge，CRC）。大賽旨在促進(jìn)創(chuàng)新的雨水管理技術(shù)，并展示具有環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益的綠色基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)踐，EPA以獎金方式鼓勵學(xué)生設(shè)計(jì)創(chuàng)新。設(shè)計(jì)競賽共分為 2 類。① 總體規(guī)劃類別，考察綠色基礎(chǔ)設(shè)施如何在校園內(nèi)廣泛整合。② 項(xiàng)目示范類別，重點(diǎn)關(guān)注綠色基礎(chǔ)設(shè)施如何解決校園特定地點(diǎn)的雨水污染。在 CRC 挑戰(zhàn)賽中，ASLA 成員作為陪審員參與全部評審過程，ASLA 的權(quán)威性也顯示出比賽項(xiàng)目的高水準(zhǔn)性。此外，項(xiàng)目還可能獲得可持續(xù)場地倡議評級。

3 案例研究

3.1 密西西比州立大學(xué)與雨水示范花園

密西西比州立大學(xué)是美國密西西比州的領(lǐng)先大學(xué)，已實(shí)施多個綠色基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，雨水示范花園就是其中之一，用以解決密西西比河的水體健康問題。該團(tuán)隊(duì)的“雨水緩解計(jì)劃”曾在 2013 年 EPA 雨水工程挑戰(zhàn)賽中榮獲第二名。

3.1.1 雨水管理應(yīng)用方式

雨水示范花園位于密西西比州立大學(xué)風(fēng)景園林系院內(nèi)，面積為 139.35 m2。該雨水花園管理著建筑 1/4 的雨水徑流，同時作為一個綠色基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)教育展示基地，演示了可持續(xù)水資源管理的 3 個步驟—運(yùn)輸、儲存和管理。雨水管理由蓄水箱和雨水花園組成，水從鄰近的兩層工作室大樓屋頂向下流至檐槽，經(jīng)落水管進(jìn)入 7 570 L 的蓄水箱，利用蓄水箱延長雨水的滯留時間。蓄水箱連接 1 103 W 的水泵，用于灌溉附近的菜園。當(dāng)水箱內(nèi)雨水儲存滿時水會經(jīng)溢流口流入雨水花園進(jìn)行過濾、滲透。雨水花園內(nèi)最高容量可收納 1 892 L 的雨水。當(dāng)花園內(nèi)雨水超過最大容量時，水會經(jīng)溢流管排出至雨水溝。由于雨水花園中存在重黏土，為避免 24 h 內(nèi)積水，凈化后的雨水將經(jīng)暗渠排至雨水溝，最終匯入墨西哥灣。

3.1.2 監(jiān)測內(nèi)容與結(jié)果

監(jiān)測內(nèi)容主要為水質(zhì)和水量的測定，用于準(zhǔn)確反映雨水花園的實(shí)際應(yīng)用效果。水質(zhì)測試由土木工程專業(yè)學(xué)生在項(xiàng)目施工前完成，作為前期工作的一部分，有助于后期水質(zhì)的比對。水量變化測定屋頂區(qū)域的自然狀態(tài)、暴雨?duì)顟B(tài)和管理狀態(tài)的峰值流量，測定的峰值依次為 4.25×10-3m3/s、0.01 m3/s、8.5×10-4m3/s。實(shí)驗(yàn)證明雨水花園具有降低徑流流速的顯著作用。

3.2 賓夕法尼亞大學(xué)與舒梅克綠地

舒梅克綠地面積為 11 100 m2，場地位于費(fèi)城核桃街和云杉街之間的第 33 街正東方，東西向連接中心校園和賓夕法尼亞公園。原場地為老化的網(wǎng)球場、狹窄的道路和一個歷史戰(zhàn)爭紀(jì)念館。

3.2.1 雨水管理應(yīng)用方式

根據(jù)賓夕法尼亞大學(xué)的氣候行動計(jì)劃及可持續(xù)校園愿景，將舒梅克綠地改造設(shè)計(jì)成一個由草坪、林蔭步道和休息區(qū)組成的開放空間。場地由多個 BMPs 共同作用，利用地下雨水儲沙床、溝渠和管道組成的網(wǎng)絡(luò)樹溝，輸送來自鄰近建筑的地表雨水和屋頂徑流。再結(jié)合滲透性鋪裝，減少地表徑流。雨水花園下方設(shè)有 75 708 L 的蓄水池以及灌溉系統(tǒng)，用于雨水和空調(diào)冷凝水的儲存和再利用，并利用植物蒸騰將水分排入大氣。草坪區(qū)下方 0.91 m 處為場地內(nèi)最大的雨水 BMPs ，襯土基質(zhì)由粗砂和沙壤混合，利于水分吸收。當(dāng)土壤中水達(dá)到飽和時，水將通過智能排水管道（一種薄塑料帶，由微小的微通道組成，通過自然的毛細(xì)作用將水吸走并且不會堵塞）輸送至灌溉系統(tǒng)。舒梅克綠地將綠色草坪空間與雨水花園巧妙地、系統(tǒng)地結(jié)合在一起，整合的景觀系統(tǒng)將雨水輸送、過濾和儲存，以作為灌溉之用。多余雨水溢出至合流下水道。

3.2.2 監(jiān)測內(nèi)容與結(jié)果

該場地場地 BMPs 性能監(jiān)測由某德洛波貢聯(lián)合公司和賓夕法尼亞大學(xué)合作進(jìn)行，歷時 5 a。監(jiān)測主要內(nèi)容包括以下 5 個方面。① 運(yùn)用自動水采樣器測定在“首次沖洗”期間雨水花園的水質(zhì)。② 測定土壤壓實(shí)度，用于評估長期步行對土壤雨水性能的影響，壓實(shí)水平高則會影響植物健康。③ 土壤生物定性和定量分析，土壤含真菌菌絲鏈和線蟲這 2 種有益的土壤生物則標(biāo)明土壤健康。④ 測定植被蒸騰速率，雙色櫟、多花籃果樹及未壓實(shí)的草皮蒸騰速率較快。⑤ 使用壓力傳感器監(jiān)測每個 BMPs 暴雨流量。該場地可處理的暴雨流量是工程模型所能處理的 3 倍。綜合結(jié)果顯示，舒梅克綠地整合景觀系統(tǒng)收集了該場地 95% 的雨水，為可持續(xù)校園設(shè)計(jì)設(shè)定了一個基準(zhǔn)。

3.3 堪薩斯州立大學(xué)與國際學(xué)生中心雨水花園

在美國堪薩斯州曼哈頓，雨水通常會從發(fā)達(dá)地區(qū)迅速轉(zhuǎn)移到排水道、小溪、河流和池塘，導(dǎo)致堪薩斯河上游流域的河岸生態(tài)系統(tǒng)繼續(xù)嚴(yán)重退化。此外，大量的地下水被抽到地表，用于景觀灌溉，補(bǔ)充地下水的儲備水越來越少。

3.3.1 雨水管理應(yīng)用方式

堪薩斯州立大學(xué)以堪薩斯城中美洲地區(qū)委員會的雨水管理手冊為指導(dǎo)，提出水質(zhì)恢復(fù)及保護(hù)策略。項(xiàng)目旨在在校園溪流附近的選定區(qū)域設(shè)計(jì)并建造雨水花園，幫助恢復(fù)小溪河岸走廊沿線的自然水文循環(huán)，并創(chuàng)造中心庭院景觀。

場地由 2 個單元池、防濺板、雨水碗、水位散布器和滲透性鋪裝組成。雨水花園以一種循序漸進(jìn)的方式成功地減緩、捕捉、滲透和利用屋頂和地表的雨水徑流。屋頂雨水從排水孔流向 3 個大型石灰石防濺板或 3 個金屬雨碗，隨后進(jìn)入上部水池。該水池可收集所有風(fēng)暴的第一批屋頂徑流。2 個單元池被泥土和 3 大塊石灰石板隔開，除作為花園中央通道外，還可防止集中性水流沖刷侵蝕水池周邊土壤?？拷晁▓@的下坡一側(cè)為水位散布器，其作用是減少集中、快速離開的水流量。在大的風(fēng)暴期間，地表水會從建筑東側(cè)流經(jīng)南側(cè)的一條由碎石和石灰石構(gòu)成的滲透性道路，最終匯入雨水花園。

3.3.2 監(jiān)測內(nèi)容與結(jié)果

項(xiàng)目成員在不同時段分別完成了植物健康監(jiān)測、4 個土壤密度探頭和 4 個滲透試驗(yàn)，確保徑流能不受雜草或沉積物影響，順利進(jìn)入雨水花園，并保持良好的入滲狀況。具體包括以下 4 個過程。① 定期監(jiān)測、清除雜草和入侵物種，減少過度生長，避免施肥并減少在花園附近施肥。② 清理沉積物、樹葉或其他碎屑，每年春季通過割草或焚燒清除枯死的植被。③ 持續(xù)關(guān)注土壤含水量與植物的水分吸收狀況，特別是位于樹冠下的植物水分情況。④ 保留秋季或冬季休眠的植物，為鳥類過冬提供食物。項(xiàng)目完成后的第一年半，監(jiān)控結(jié)果顯示雨水花園一般能在 24 h 內(nèi)實(shí)現(xiàn)雨水入滲。

4 案例比較與歸納

4.1 布局方式與應(yīng)用特點(diǎn)

綠色基礎(chǔ)設(shè)施屬于分散式雨水管理實(shí)踐網(wǎng)絡(luò)，利用綠色屋頂、植被、雨水花園和透水路面，捕捉并滲透雨水、減少徑流、改善水質(zhì)[16]，是集自然元素的低影響開發(fā)綜合實(shí)踐系統(tǒng)。上述案例的校園雨洪管理目標(biāo)較一致，因場地差異采取不同實(shí)踐策略，如表2 所示。舒梅克綠地整合點(diǎn)、線、面多種綠地類型，利用滲透性鋪裝、草坪、種植床、樹溝分散徑流，多余徑流匯入雨水花園及多功能調(diào)蓄池回灌使之再利用。該設(shè)計(jì)將大型草坪空間作為雨水收集中心，結(jié)合道路排水設(shè)施，收集了周圍建筑的大量洪峰流量。設(shè)計(jì)改造成本高、施工難度較大，但從長遠(yuǎn)利益看生態(tài)景觀效果卻十分顯著，可解決大型活動空間的雨水徑流。雨水示范花園和國際學(xué)生中心雨水花園在實(shí)踐中利用蓄水桶、雨水碗進(jìn)行雨水截留、透水鋪裝促滲，利用多個單元池構(gòu)成的雨水花園多級滲透降低流速，以解決特定建筑的雨洪，設(shè)計(jì)實(shí)施操作性強(qiáng)，對解決小型場地的雨洪十分有益。

表2 高校校園雨水管理項(xiàng)目實(shí)踐策略比較

4.2 場地管理與維護(hù)

校園雨水管理以生態(tài)效益為首要考慮因素，注重校園場地規(guī)劃的前期分析和后期監(jiān)測，使項(xiàng)目更具科學(xué)性。上述案例采用可持續(xù)發(fā)展跟蹤、評估和評級系統(tǒng)，根據(jù)場地類型設(shè)計(jì)監(jiān)測方案。主要包括對水質(zhì)水量、土壤壓實(shí)度及生物狀況、植物蒸騰速率、植物健康和土壤含水量的測定。雨水管理作為教育示范項(xiàng)目，通過景觀功能展示向?qū)W生、教師和更多社區(qū)傳授綠色基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)，傳達(dá)水資源利用的重要性。通過整合教育、研究和實(shí)踐，促進(jìn)多方合作和多學(xué)科交流，體現(xiàn)了高校雨水管理的生態(tài)、景觀、經(jīng)濟(jì)和社會價(jià)值。

5 結(jié) 語

綜合以上案例分析，項(xiàng)目規(guī)劃以截留、促滲、調(diào)蓄為作用原理，垂直與水平空間水文過程共同作用，展現(xiàn)了綠色基礎(chǔ)設(shè)施在景觀應(yīng)用中的多樣性和整合性。如今，綠色基礎(chǔ)設(shè)施的雨水管理在我國高校并未得到充分重視，普及程度低。高校以往的綠地空間布局難以應(yīng)對新的雨洪問題，校園景觀改造面臨多重困難。案例中雨水管理皆為舊場地改造，新的規(guī)劃不僅滿足功能需求，也展示了雨水管理的顯著成效。雖然我國與美國高校場地性質(zhì)不同，但借鑒美國高校雨水管理改造方式與應(yīng)用仍切實(shí)可行。根據(jù)校園不同綠地類型系統(tǒng)布置，采用分散式和集中式雨水處理，利用校園大型開放空間如田徑運(yùn)動場、開放草坪，以及建筑附屬綠地如宿舍、教學(xué)樓、辦公樓周邊綠地等，結(jié)合場地特征合理規(guī)劃校園綠地。多規(guī)劃途徑結(jié)合，發(fā)揮綠色基礎(chǔ)設(shè)施的最大效益，創(chuàng)造實(shí)用性校園景觀。近年來，我國海綿城市建設(shè)發(fā)展迅速，學(xué)習(xí)國外校園雨水管理實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、傳播綠色生態(tài)校園的重要性，對推進(jìn)我國海綿城市建設(shè)具有重要意義。