談沈陽建筑大學(xué)海綿校園改造方案及應(yīng)用

曾彥欽 張耀煌 胡繼崢 陳明銳 劉翔宇

(1.沈陽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110168； 2.中鐵科建(廈門)有限公司，福建 廈門 361008)

?

談沈陽建筑大學(xué)海綿校園改造方案及應(yīng)用

曾彥欽1張耀煌2胡繼崢1陳明銳1劉翔宇1

(1.沈陽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110168； 2.中鐵科建(廈門)有限公司，福建 廈門 361008)

以“海綿城市”的興起為背景，運(yùn)用文獻(xiàn)分析法，對沈陽建筑大學(xué)海綿校園改造工程進(jìn)行了說明，闡述了“海綿城市”理念下，低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)吸水、蓄水、滲水、凈水的生態(tài)作用，并針對該方案的優(yōu)劣勢，提出了沈陽市海綿小區(qū)的合理化建設(shè)建議。

海綿校園，雨水，降水量，低影響開發(fā)

1 概述

城鎮(zhèn)快速發(fā)展所帶來的屋面、道路等建設(shè)破壞了自然“海綿體”，使得城市中70%～80%的降雨形成徑流，僅有20%～30% 的雨水能夠滲入地下，引發(fā)嚴(yán)重的城市洪澇災(zāi)害[1]；另一方面，土壤得不到水分的補(bǔ)給，雨后即旱、旱澇急轉(zhuǎn)的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。建設(shè)“海綿城市”是綜合解決城市水資源問題的重要舉措[2]，也是利用雨水經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)助力城市發(fā)展的重要一步[3]。在城市雨水資源的利用上，歐美等國進(jìn)行了長期的研究，并形成了豐富的成果[4]但不能直接運(yùn)用。沈陽建筑大學(xué)海綿校園改造方案，結(jié)合沈陽實(shí)際，尤其對于沈陽地區(qū)居民小區(qū)具有很高的參考價(jià)值。

2 案例分析

從方案設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、評價(jià)三個(gè)方面入手，介紹了改造計(jì)劃方案。運(yùn)用文獻(xiàn)分析法，對方案的細(xì)節(jié)進(jìn)行講解。

2.1 建設(shè)背景

大學(xué)所在地沈陽市，位于東北地區(qū)南部，遼寧省中部，以平原為主。屬溫帶半濕潤大陸性氣候，降水集中易發(fā)生內(nèi)澇。就年降水量和水需求量來說，沈陽是北方地區(qū)40個(gè)嚴(yán)重缺水的城市之一，人均水資源占有量僅為341 m3，約是全省與全國人均占有量的2/5和1/6。

沈陽市降水量見表1。

表1 沈陽市降水量 mm

大學(xué)位于沈陽市渾南新區(qū)，主校區(qū)占地面積1 500畝。校園按生態(tài)功能進(jìn)行分區(qū)，一邊是人工生態(tài)功能區(qū)，包括科研教學(xué)區(qū)等；另一邊是半自然生態(tài)區(qū)，由人工河、微型自然保護(hù)區(qū)等區(qū)域構(gòu)成；在校園北側(cè)為自然生態(tài)區(qū)。校園綠化覆蓋率在50%左右，水域面積35 000余平方米。由于建校之初地面多使用硬質(zhì)鋪裝，在下雨時(shí)易產(chǎn)生較大的地面徑流。

2.2 方案設(shè)計(jì)

方案運(yùn)用低影響開發(fā)(LID)技術(shù)思想，即通過模擬自然水文循環(huán)，結(jié)合源頭控制理念，來實(shí)現(xiàn)雨水資源的保護(hù)和可持續(xù)利用[5]，開發(fā)前后校園的水文特征保持不變。同時(shí)，可以有效減少和削減洪峰流量，使周圍生態(tài)環(huán)境的影響降到最低。

雨水存蓄方案：濕塘、雨水花園[6]、生態(tài)樹池[7](見圖1)、雨水濕地[8]及蓄水罐。雨水花園和生態(tài)樹池兼具儲(chǔ)水和促進(jìn)地下水補(bǔ)給的功能，通過將地面徑流引入生態(tài)樹池大大減小局部區(qū)域的地表徑流。其通常還被稱為生物滯留區(qū)域或生物過濾器，具有通過沉積、滲透、吸附、沉淀、生物轉(zhuǎn)化和分解程序降低污染物濃度的作用[9]。雨水濕地除有調(diào)蓄功能，還能增加生物多樣性，固定碳、去除總氮和文化服務(wù)。儲(chǔ)水罐(池)是雨水資源利用的主要措施，能將屋面等處雨水進(jìn)行收集再利用，設(shè)計(jì)簡單、便于安裝、易于操作。

生物滯留設(shè)施典型結(jié)構(gòu)見圖2。

開口路邊石見圖3，生態(tài)溝見圖4。

水文循環(huán)方案：校園中部有一片人工水系，其中種植了蘆葦?shù)人参?，還有多種水生動(dòng)物棲息在此；校園西南部有一片近200 m2的天然濕地，各種動(dòng)植物棲息于此；大學(xué)中南部有20余畝稻田景觀。收集到的雨水將匯集到中央水系，隨后通過暗渠引入稻田景觀，供稻米生長之用；校園西南部的雨水將直接匯入天然濕地中，作為水源補(bǔ)給。

2.3 參數(shù)計(jì)算

為得到參數(shù)及布置，主要進(jìn)行了五部分計(jì)算：地面徑流量、綠地下滲量、存蓄量、奔流量、棄流量，控制指標(biāo)為奔流量和棄流量。得出綠地臨界面積比、生態(tài)樹池和雨水花園深度及面積、截流溝及生態(tài)溝數(shù)量、尺寸及其布置。室外場地設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度為三年一遇，建筑屋頂設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度為五年一遇。

雨水徑流量：降雨時(shí)沿地面流行的雨水量，常稱雨水徑流量，是設(shè)計(jì)城市雨水收集利用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計(jì)算公式為：

W=10·ψ·hy·F。

下滲量：雨水通過土壤下滲值：

S=K·J·F·T。

分布上采用水量平衡分析：

Q0+U0=S+Z+D+U1+Q2。

學(xué)校各系統(tǒng)面積及徑流量見表2。

表2 學(xué)校各系統(tǒng)面積及徑流量

改造后，預(yù)計(jì)校園整體雨水利用率達(dá)到85%以上，完美達(dá)到國家海綿城市改造的目的，給沈陽提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

2.4 方案評價(jià)

方案有效利用了各處雨水，最大限度地避免了雨水的直接棄流；改造費(fèi)用低，適合于中國國情，易于推廣。以下是主要的幾個(gè)特點(diǎn)：

1)屋頂雨水利用。

在靠近中央水系處，將屋頂雨水匯集排入中央水系；在遠(yuǎn)離中央水系處，將屋頂雨水利用蓄水罐進(jìn)行收集，供清潔、綠化之用，有效利用了屋頂雨水。

2)地面排水。

利用原有地勢，加以引水溝槽，將地面的雨水引向生態(tài)樹池；當(dāng)原有樹池面積不能滿足蓄水需求時(shí)，擴(kuò)大樹池的面積或在周邊建造雨水花園，以滿足局部雨水排蓄需求。此舉在不影響景觀的前提下完成了雨水利用。

3)道路雨水利用。

在路邊石上開口，將道路雨水引入近處綠地，在避免使用昂貴透水路面材料的前提下，利用了道路雨水。

4)水循環(huán)。

原稻田澆灌用水與中央水系水源補(bǔ)給均來自于地下水，經(jīng)過改造之后，屋頂及中央水系周邊雨水補(bǔ)給中央水系，中央水系富余水源補(bǔ)給稻田景觀，在校園內(nèi)形成良性水循環(huán)，既達(dá)到水源充分利用的目的，又能夠充分利用稻田的凈化功能。

方案也存在以下缺點(diǎn)：

1)下雨時(shí)，雖能減少最終棄流量，但仍有可能在路面形成較大徑流。

2)利用蓄水罐收集的雨水未有凈化裝置，使用上存在問題。

3 結(jié)語

該改造方案避開了昂貴的透水材料和先進(jìn)的設(shè)備，運(yùn)用海綿城市理論，使用簡單的方法達(dá)到了良好的效果。小區(qū)中的景觀綠地及景觀水系都是改造的良好材料，如能參照案例進(jìn)行改造定能收獲頗豐。

[1] 林小如，曹 韻.我國城市雨洪管理困境解析與行動(dòng)應(yīng)對[J]．現(xiàn)代城市研究，2014(7)：14-18．

[2] 張 旺，龐靖鵬．海綿城市建設(shè)應(yīng)作為新時(shí)期城市治水的重要內(nèi)容[J]．水利發(fā)展研究，2014(9)：5-7．

[3] Vivian W Y Tam，Leena Tam，Zen S X．Cost Effectiveness and Trade off on the Use of Rainwater Tank：An Empirical Study in Australian Residential Decision-making[J].Resources，Conservation and Recycling，2010，54(3)：178-186．

[4] 趙 晶．城市化背景下的可持續(xù)雨洪管理[J]．國際城市規(guī)劃，2012(2)：114-119．

[5] Van M R, Greenaway A, Dixon J E, et al. Low Impact Urban Design and Development: scope,founding principles and collaborative learning[A].7th International Conference on Urban Drainage Modeling and the 4th International Conference on Water Sensitive Urban Design[C].Book of Proceedings. Monash University,2006:531.

[6] Sarah P Church．Exploring Green Streets and Rain Gardens as Instances of Small Scale Nature and Em,iranmental Loaming Tools[J].Landscape and Urban Planning，2015(134)：229-240.

[7] 胡國毅,王曉靜,王銀川.基于“海綿城市”理念的生態(tài)樹池對路面雨水排放的影響[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2015(26)：50-51.

[8] Isri B Mangangka，AnⅡu，Pinna Egodawatta，et al.Sectional Analysis of Stormwater Treatment Performance of Constructed Wetland[J]．Ecological Engineering，2015(77)：172-179．

[9] Hanbae Yang，WarrenA Dick，Edward LMcCoy，et al．Field Evaluation of a New Biphasic Rain Garden for Stormwater Flow Management and Pollutant Removal[J]．Ecological Engineering，2013(54)：22-31．

[10] 沈子欣.適用于上海地區(qū)的生態(tài)植草溝結(jié)構(gòu)篩選與應(yīng)用模式研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2015.

Discussion on sponge campus transformations plan and applicatiion of Shenyang Jianzhu University

Zeng Yanqin1Zhang Yaohuang2Hu Jizheng1Chen Mingrui1Liu Xiangyu1

(1.CollegeofCivilEngineering,ShenyangjianzhuUniversity,Shenyang110168,China;2.ChinaRailwayConstructionAcademy(Xiamen)Co.,Ltd,Xiamen361008,China)

This thesis based on the rise of “sponge city” uses documentary analysis to discovery the detail of Shenyang Jianzhu University’s “sponge campus”construction scheme, in order to state the power of low impact development under the background of “sponge city”theory in water absorption， water retaining， water seepage， water purification, according to the advantages and disadvantages of the plan, some reasonable suggestions for the sponge housing estate constructionof Shenyang were put forward.

sponge campus， rain, rain fall, low impact development

1009-6825(2016)13-0129-03

2016-04-15

曾彥欽(1996- )，男，在讀本科生； 張耀煌(1989- )，男，碩士，助理工程師； 胡繼崢(1995- )，男，在讀本科生

TU991.114

A