談以廣西大學(xué)為例基于GIS的海綿高校雨水規(guī)劃

黎 航 陸新生 翟瀅瑩

(1.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，廣西 南寧 530004； 2.廣州亞城規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510000)

談以廣西大學(xué)為例基于GIS的海綿高校雨水規(guī)劃

黎 航1陸新生2*翟瀅瑩1

(1.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，廣西 南寧 530004； 2.廣州亞城規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510000)

通過Arcgis 10.0 水文分析模塊，以廣西大學(xué)的地形圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模擬出雨量特大、雨量大和雨量較大時廣西大學(xué)潛在的水渠分布，便于校方對潛在的積水處進行生態(tài)的排水改造，同時在校園雨水規(guī)劃中，提出了不同安全系數(shù)和基建投資的方案，在選定方案后可在潛在溝渠處布置以南寧鄉(xiāng)土植物為特色的下凹式垂直排水渠，實現(xiàn)節(jié)能低碳和生態(tài)友好的雨水規(guī)劃。

海綿高校，GIS，雨水規(guī)劃

我國華南是一個暴雨頻發(fā)的地區(qū)，暴雨常常引起嚴重的地質(zhì)及洪澇災(zāi)害，而過量的降水對于高校的主要影響是校園局部的內(nèi)澇，既破壞校園環(huán)境又影響師生的正常出行[1-3]?，F(xiàn)階段對校園的雨水規(guī)劃主要是通過建立一些節(jié)水的數(shù)學(xué)模型而實現(xiàn)對雨水疏導(dǎo)[4]，部分高校的雨水工程規(guī)劃中采用某些雨水節(jié)水方式，實現(xiàn)一部分雨水的重復(fù)利用[5]；亦或是在遵守相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上根據(jù)自身主觀判斷對校園雨水排水系統(tǒng)進行空間規(guī)劃，在規(guī)劃中強調(diào)各種高能耗工程性的改造[6，7]，只是在布置管道和蓄水、排水設(shè)施時才注意與校園原有環(huán)境相結(jié)合，有限度的減少對校園原有水生態(tài)環(huán)境的破壞。另一些學(xué)者則對高校雨水收集后的水質(zhì)進行COD值，NH3，SS等值的測量，通過水質(zhì)情況反饋出下階段高校在雨水處理的同時也要兼顧對水體的過濾和清潔。多年來，國內(nèi)的學(xué)者和設(shè)計師將雨水規(guī)劃主要分為兩個階段：1)通過現(xiàn)狀分析發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致排水不暢的地段；2)針對排水不暢的具體地點使用切實可行的工程性疏導(dǎo)措施[8]。

而本文分別在現(xiàn)狀分析和雨水疏導(dǎo)中有了較大創(chuàng)新。首次在校園雨水現(xiàn)狀分析中應(yīng)用GIS的水文分析，基于不同程度的降水防護提出了高安全校園潛在匯水溝分布、中安全校園潛在匯水溝分布和低安全校園潛在匯水溝分布。根據(jù)學(xué)校對雨水規(guī)劃的投資力度選取適合自身的規(guī)劃方案；以住建部頒布的海綿城市為依托，提出了海綿高校的概念，力圖通過推廣和應(yīng)用低影響開發(fā)建設(shè)模式，加大高校徑流雨水源頭減排的剛性約束，優(yōu)先采用生態(tài)排水系統(tǒng)，建設(shè)自然排水設(shè)施。

1 大學(xué)校園雨水綜合利用模式

考慮到有些地區(qū)的雨水本身污染較大，難以直接利用，更難進行截污凈化。高校的盲目回收甚至可能造成更大的危害，故該地區(qū)高校采取的方式還是利用學(xué)校地勢規(guī)劃出一個個排水分區(qū)，按照市政要求合理布置雨水口，該種方案主要是考慮通過機械排水減少雨水給學(xué)校帶來的內(nèi)澇危險，方法較傳統(tǒng)，易操作，但對雨水的利用不夠，容易造成水資源的浪費。

為了強調(diào)雨水的利用，部分高校則采用從屋頂收集雨水，雨水通過管道，進入預(yù)過濾裝置，再流入儲水池儲存或者進入高校的中水系統(tǒng)中，該類雨水主要作為教學(xué)樓或宿舍的沖水水源[9]。該種雨水利用方式是完全通過人工管道和設(shè)備收集雨水進行綜合利用，雖然達到了節(jié)約雨水資源的目的，但工程量大，且費用較高，不易于學(xué)校間大面積地推廣。

以生態(tài)凈化技術(shù)過濾雨水中的有害物質(zhì)，最為典型的是青島科技大學(xué)對校區(qū)內(nèi)雨水的回收利用，通過下凹式土壤垂直濾池輸送被過濾的雨水，利用土壤和微生物本身的凈化功能來完成化學(xué)、物理、生物的凈化作用，植被根系和土壤中的微生物對污染物的吸收和分解，起到了雨水初步過濾的作用，相關(guān)實驗表明若濾池鋪設(shè)符合要求，處理后的雨水可達到國家生活雜用水標(biāo)準，而土壤和植物也起到涵養(yǎng)、存儲水源的作用。凈化后的雨水用水泵送入校園景觀用水管網(wǎng)，作為景觀用水的補充。亦或作為校園內(nèi)的中水，可進行對路面等公共設(shè)施的保潔和清洗。

2 大學(xué)校園雨水規(guī)劃

2.1 校園雨水排放和利用現(xiàn)狀

以廣西大學(xué)現(xiàn)有CAD為數(shù)據(jù)源(高程模型見圖1)，通過圖層的分解得到現(xiàn)狀校園建筑排布圖層，現(xiàn)狀校園水域分布圖層和現(xiàn)狀校園高程數(shù)據(jù)，通過三層數(shù)據(jù)的疊加，找到雨天廣西大學(xué)可能出現(xiàn)的匯水渠，將現(xiàn)狀校園高程數(shù)據(jù)用Arcgis打開，并創(chuàng)建TIN文件。再將TIN文件進行差值分析，轉(zhuǎn)化為帶有高程屬性的柵格文件即DEM文件，在DEM高程文件的基礎(chǔ)上，采用學(xué)界通行D8算法(1984年0.callagha"&Mark等提出)，即將整個校園劃分為許多小的格網(wǎng)，假設(shè)一個網(wǎng)格內(nèi)的雨水根據(jù)高程會向周邊的8個方向流動(東、南、西、北、東南、西南、東北和西北)，然后分析校園內(nèi)的每個格網(wǎng)的水流情況最后再得到潛在匯水區(qū)域。但根據(jù)雨量復(fù)現(xiàn)期的不同，提出三套不同雨量下廣西大學(xué)匯水溝渠分布圖(如校園經(jīng)歷一年一遇和十年一遇的雨量兩種情況下出現(xiàn)匯水溝渠的地方肯定有差異)。提出三種雨量下的溝渠分布圖主要是為校方緩解基建投資和降水安全的矛盾。規(guī)劃中對于雨量復(fù)現(xiàn)期保障的提高也意味著更多資金的保證，三種方案的比選更利于校方做出最符合自身需求的決定。對于校園不同降水量的模擬采用的是Arcgis中的水文分析和柵格計算器等功能。在柵格計算中，輸入Con(水流方向圖>ɑ,1) 命令[10-12]，經(jīng)過試驗分別選取ɑ=100，ɑ=300，ɑ=500作為降雨量特大，降雨量大和降雨量較大來模擬,分別得到圖2～圖4。

第一種情況，雨量特大，暴雨復(fù)現(xiàn)期長，若按此種情況對校園進行相應(yīng)的雨水規(guī)劃可確保校園處于高水平的降水安全格局，但投資量大。第二種情況，雨量大，暴雨復(fù)現(xiàn)期較長，若按此種情況對校園進行相應(yīng)的雨水規(guī)劃可確保校園處于中水平的降水安全格局，投資量適中。第三種情況，雨量較大，暴雨復(fù)現(xiàn)期短，若按此種情況對校園進行相應(yīng)的雨水規(guī)劃只能確保校園處于較低水平的降水安全格局，雨量過大時易造成校園內(nèi)澇，但學(xué)校投資較少。經(jīng)過校園降水安全與學(xué)?；ㄍ顿Y的權(quán)衡，本文選取模擬的情況二作為西大降雨積水的現(xiàn)狀，得到校園潛在水渠的分布圖，而后再與西大現(xiàn)有的建筑排布圖層和校園現(xiàn)有水域分布圖層進行疊合，統(tǒng)一后最終得到修正后的校園潛在水渠分布圖,并選取潛在分布的其中一段作為研究對象。

2.2 校園雨水規(guī)劃

2.2.1 海綿高校規(guī)劃的理念

本次對廣西大學(xué)潛在溝渠的改造設(shè)計主要是基于海綿高校的理念[13](海綿城市理論的具體化)即高校能夠像海綿一樣，為適應(yīng)環(huán)境突變和自然災(zāi)害等方面具有較好的“彈性”，下雨時凈水、蓄水、滲水，需要時將蓄存的水“釋放”出來并加以利用。本次規(guī)劃強調(diào)了兩個原則：1)低影響開發(fā)原則；2)綠色友好原則。

對潛在溝渠的改造基本原則之一是低影響開發(fā)改造潛在溝渠。在對校園潛在溝渠進行建設(shè)改造時，采用凈、蓄、排等多種技術(shù)，實現(xiàn)海綿高校校園良性的水文循環(huán)，提高對雨水徑流的凈化、調(diào)蓄、利用和排放能力，維持或恢復(fù)校園的“海綿”功能，盡可能地減少土石開挖量，減少工程對校園環(huán)境的影響。

以綠色友好的方式促進生態(tài)改造。溝渠改造中采用各類生態(tài)友好的改造方式相配合切人工和半自然的植被及水體，通過系統(tǒng)規(guī)劃，合理布局斑塊和廊道，使之成為有機的整體。

2.2.2 潛在水渠重點節(jié)點的規(guī)劃

本文以廣西大學(xué)為例進行潛在溝渠的改造，該地段位于廣西大學(xué)南門東側(cè)，貫穿校門口至機械學(xué)院，表面為不滲水的水泥鋪裝，透水性差只能通過排水口排水?，F(xiàn)將該處水泥挖開，該潛在水渠沒有穿過校園主要道路，故不用隔板將其覆蓋，挖出凹字形槽口，槽管最外層用水泥覆蓋，底層可以用泥土填埋，淺層用小鵝卵石，通過垂直層上不同層次的覆蓋物可以對雨水起到一定的清潔和過濾作用，保證槽口最短處大于2 m，進而可覆土種植本土植被，種植植被的主要目的是通過植物本身起到蓄水、儲水作用，同時也美化了溝渠的景觀(見圖5)。選取植物的要點為植物根須需要的覆土厚度小，易存活，有一定的過濾功能，有一定美學(xué)價值，可豐富岸邊景觀視線、增加溝渠的景觀層次，最好種植鄉(xiāng)土物種，避免了外來物種對于校園本身物種的入侵。推薦的植物配置為長春花、花葉假連翹、文心蘭、半夜鵝掌藤、萬壽菊、穗狀雞冠花、紅花繼木等適宜嶺南生長的植物，不僅該條溝渠可進行如下設(shè)計，也可對廣西大學(xué)其他的潛在溝渠進行推廣。

3 結(jié)論和展望

本次規(guī)劃通過GIS技術(shù)對廣西大學(xué)高程進行定量分析和相關(guān)圖層的疊加，得到不同降雨量下可能出現(xiàn)的雨水溝渠分布，綜合權(quán)衡校園內(nèi)澇的危害和改造的難度選擇雨水中安全的方案，實現(xiàn)原本排水區(qū)域劃分盲目和設(shè)計師主觀經(jīng)驗對現(xiàn)狀進行分析向定量化、數(shù)字化的現(xiàn)狀分析轉(zhuǎn)變，并考慮到高校的實際情況選擇了符合學(xué)?；ㄒ?guī)劃的設(shè)計方案，在雨水規(guī)劃的具體操作中遵循低影響和綠色友好作為規(guī)劃的原則，實現(xiàn)了廣西大學(xué)對雨水凈化、儲存和利用的綜合治理，實現(xiàn)了生態(tài)友好的海綿高校的規(guī)劃目標(biāo)。

但本次規(guī)劃中，模擬潛在水渠只是將匯水作為一條線狀溝渠并沒有考慮到匯水面對校園排澇的影響，水文模擬進行了簡化，沒有完全體現(xiàn)實際。在今后規(guī)劃研究中可將一維模型改進為不同雨量下有長寬高的積水塘的模擬。在重點地段的規(guī)劃與校園總體的排水規(guī)劃銜接較少，在未來的規(guī)劃中應(yīng)考慮到現(xiàn)有排水規(guī)劃和潛在溝渠之間的關(guān)系。

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Discussion on sponge university rainwater planning on the basis of GIS with Guangxi University as an example

Li Hang1Lu Xinsheng2*Zhai Yingying1

(1.CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,GuangxiUniversity,Nanning530004,China; 2.GuangzhouYachengPlanning&DesignInstituteCo.,Ltd,Guangzhou510000,China)

Through Arcgis 10.0 hydrological analysis modulus, taking Guangxi university morphology as the basis data, the paper simulates its potential water channel distribution during heavy rainfall, common rainfall and extra-heavy rainfall in order to be some help for its potential stagnant water drainage transformation. Meanwhile, it puts forward various safety coefficient and capital construction investment schemes in campus rainwater planning. The sunken-style vertical drainage channel with Nanning local plants specialties can be distributed, so as to realize low-carbon and ecology-friendly rainwater planning.

sponge university, GIS, rainwater planning

1009-6825(2015)30-0018-03

2015-08-14

黎 航(1990- )，男，在讀碩士； 翟瀅瑩(1990- )，女，在讀碩士

陸新生(1991- )，男，助理工程師

TU984.113

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