海綿城市下的高校 “海綿校園”建設(shè)

李力，丁琨，范卓越

(安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽 合肥 230061)

張建坤

(安徽華盛國際建筑設(shè)計工程咨詢有限公司，安徽 合肥 230061)

海綿城市下的高校 “海綿校園”建設(shè)

李力，丁琨，范卓越

(安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽 合肥 230061)

張建坤

(安徽華盛國際建筑設(shè)計工程咨詢有限公司，安徽 合肥 230061)

基于傳統(tǒng)校園建設(shè)存在因雨水徑流總量變化而引發(fā)的內(nèi)澇問題，按照低影響開發(fā)理念，建設(shè)“海綿校園”的構(gòu)想，闡述了海綿校園對城市化和生態(tài)環(huán)境的影響。根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)》的年徑流總量控制率分區(qū)，統(tǒng)計分析各區(qū)內(nèi)的代表高校，論述建設(shè)海綿校園的必要性。以安徽省合肥市某高校為例，在校園建設(shè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采用低影響開發(fā)措施，提高年徑流總量控制率，降低徑流污染，并結(jié)合綠色評價量化標(biāo)準(zhǔn)進行海綿校園改造設(shè)計，有效解決了校園內(nèi)雨水資源利用、排水防澇、景觀綠化和可持續(xù)發(fā)展等問題，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益，為相關(guān)高校 “海綿校園”建設(shè)提供參考。

高校；海綿城市；校園建設(shè)；綠色評價

高校是人才培養(yǎng)和科學(xué)研究的重要場所，隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，高等教育供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革不斷深入，招生規(guī)模日益擴大，不少高校校園基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)卻嚴(yán)重滯后，經(jīng)常出現(xiàn)“非旱即澇”現(xiàn)象，甚至產(chǎn)生“校園看海”奇觀，嚴(yán)重干擾了正常教學(xué)秩序[1]。原因雖然是多方面的，但主要還是規(guī)劃設(shè)計理念落后，如對校舍前后、道路、廣場、活動場所等地面盲目硬化，大范圍使用不透水性材料，從而改變了校園原有生態(tài)環(huán)境和水文特征。鑒于我國高校校園建設(shè)現(xiàn)狀和對城市生態(tài)環(huán)境的影響，筆者提出按照低影響開發(fā)理念建設(shè)“海綿校園”，統(tǒng)計分析海綿校園建設(shè)的必要性。并以安徽省合肥市某高校為例，結(jié)合《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50384-2014)中“節(jié)地與室外環(huán)境”和“節(jié)水與水資源利用”的相關(guān)量化指標(biāo)，提出校園改造設(shè)計要點，合理規(guī)劃地表與屋面雨水徑流，提高場地內(nèi)年徑流總量控制率，增加非傳統(tǒng)水資源利用率，綜合解決校園內(nèi)水資源、水生態(tài)、水環(huán)境等問題，為相關(guān)高校建設(shè)“海綿校園”提供借鑒。

1 高校與城市的關(guān)系

1.1高校校園對城市化的影響

高校和城市都是人類不斷發(fā)展的文明產(chǎn)物，高校的產(chǎn)生遠沒有城市歷史悠久，高校發(fā)展往往是城市發(fā)展的縮影。因此高校往往集中于發(fā)展速度相對較快的大中城市。高校一般具有占地面積大、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度高、社會影響力大等特點。高校建設(shè)會將周邊非城市建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為城市建設(shè)用地，其周邊休閑娛樂、餐飲、居宅、交通等促進城市化發(fā)展[2]。城市和高校的關(guān)系不僅僅只是整體和個體的包含關(guān)系，更重要的是相輔相成，相互促進，聯(lián)動發(fā)展的關(guān)系。

1.2高校校園對生態(tài)環(huán)境的影響

高校校園與城市存在密切的空間關(guān)系，城市環(huán)境質(zhì)量直接影響校園環(huán)境生態(tài)。校園綠地可以降低城市噪音，提高空氣質(zhì)量。中心城區(qū)建筑密度大，擴建受限，近年來，很多高校為了發(fā)展，紛紛到城市新區(qū)或市郊征地，建設(shè)新校區(qū)，明顯改變了原有的生態(tài)系統(tǒng)[3,4]。高校校園建設(shè)帶動了商業(yè)，娛樂業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，短時間內(nèi)形成的生態(tài)空間穩(wěn)定性差[4]。

表1 高校建設(shè)概況

高校校園建設(shè)用地面積較大，既有良田，也有荒地，還可能有山地和池塘、湖泊等，這些地域可以進行生態(tài)恢復(fù)建設(shè)，主要是對受到破壞的水體、山體以及富有重要意義的生態(tài)區(qū)域進行逐漸修復(fù)。如2003年，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)在校內(nèi)實施生態(tài)修復(fù)計劃，減少對湖泊水體污染物的排放，沿湖濕地禁止規(guī)劃建筑，拆除位于生態(tài)廊道范圍內(nèi)的建筑物，改善了校內(nèi)環(huán)境，進而改善了城市生態(tài)[4]。

1.3“海綿校園”對“海綿城市”的影響

在《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》中，將我國大陸地區(qū)年徑流總量控制率分為5個區(qū)，通過搜集整理相關(guān)資料，做出了區(qū)域、城市、高校及其建設(shè)面積的統(tǒng)計如表1所示。

由表1可知，在表1中所列的30所高校中，面積超過4000畝的有15所，面積在2000～4000畝的14所，面積在1000～2000畝的有1所，最小面積1531畝，最大面積13500畝，平均占地3479畝(約233×104m2)。

當(dāng)單位面積達到有效的調(diào)蓄容積時可實現(xiàn)年徑流總量控制指標(biāo)[5]，高校校園的占地面積較大，調(diào)蓄容量可觀，對建設(shè)“海綿城市”的影響力不容忽視。徑流控制模式包括2種，一種是場地內(nèi)控制，一種是場地外控制[5]。實現(xiàn)“海綿城市”的控制目標(biāo)需要通過這2種控制共同實現(xiàn)，建設(shè)“海綿校園”相當(dāng)于場地內(nèi)控制，是建設(shè)“海綿城市”密不可分的一部分。

2 “海綿校園”建設(shè)——以合肥某高校為例

2.1學(xué)校概況

合肥市屬于濕潤多雨帶，氣候溫和，多年平均降雨量為971.3mm, 多年平均蒸發(fā)量為812.7mm[6]。2mm以上降雨量占總降雨的比例為96.6%，一年一遇的日最大降雨量為45.3mm，2年一遇的日最大降雨量為82.1mm[7]。降水量和蒸發(fā)量季節(jié)性變化大，主要集中在夏季,冬季較少。

設(shè)計中的高校位于安徽省合肥市，校園規(guī)劃占地面積800畝，其校園規(guī)劃圖如圖1所示，校園內(nèi)包括教學(xué)、辦公、學(xué)生宿舍等樓宇、廣場、綠地、運動場、水體、道路及硬質(zhì)鋪裝。按照《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》中不同下墊面雨量徑流系數(shù)，采用加權(quán)法計算綜合徑流系數(shù),校園規(guī)劃面積及徑流系數(shù)統(tǒng)計如表2所示。

圖1 合肥某高校規(guī)劃圖

規(guī)劃用地面積/m2徑流系數(shù)屋面宿舍樓/辦公樓313810.8實驗樓/教學(xué)樓332040.8廣場普通硬質(zhì)廣場809890.5下沉式廣場116870.5道路人行道212500.4車行道525000.8活動場所529760.8綠地1846740.15水體646721綜合雨量徑流系數(shù)0.53

2.2在綠色評價標(biāo)準(zhǔn)下的海綿校園設(shè)計

2.2.1設(shè)計要點

1)按照低影響開發(fā)理念，結(jié)合自然與人文環(huán)境及現(xiàn)狀實際，在條件允許的情況下，將已建成的教學(xué)樓、實驗樓、辦公樓、食堂、學(xué)生宿舍等建筑物改造成綠色屋頂，新建的一律建成綠色屋頂(見圖2)。

2)校園內(nèi)優(yōu)先考慮雨落管斷接方式，將普通屋面和綠色屋面的雨水收集回收利用，同時考慮將硬化地面雨水引入周邊綠地下滲。

3)將教學(xué)樓北面綠地改造成下沉式綠地(見圖3)。

4)將機電樓南面池塘改造成生態(tài)塘。

5)人行道改造為透水鋪裝，新建機動車道建成透水瀝青路面(見圖4)。

6)辦公樓、教學(xué)樓、圖書館、食堂前的普通廣場改造為透水鋪裝(見圖5)。

7)校園內(nèi)100畝左右的水體(易海)內(nèi)構(gòu)建豐富的水生植物(荷花和茭白等經(jīng)濟作物和水生動物系統(tǒng),并作為調(diào)蓄水體充分利用。沿岸淺水區(qū)修建防腐濱水木棧道，并加固生態(tài)護坡。

8)除特殊情況外，一律不新建硬化地面，原有硬化地面逐漸改造成透水鋪裝。

校園部分改造前后效果圖如圖2～6所示。

圖2 綠色屋頂結(jié)構(gòu)層大樣圖 圖3 下沉式綠地結(jié)構(gòu)層大樣圖

圖4 人行道透水鋪裝結(jié)構(gòu)層大樣圖 圖5 教學(xué)、辦公等樓前透水鋪裝結(jié)構(gòu)層大樣圖

2.2.2技術(shù)措施

目前公共建筑采用海綿技術(shù)，沒有具體的量化指標(biāo)，因此根據(jù)《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50378—2014)中的“節(jié)地與室外環(huán)境”和“節(jié)水與水資源利用”等量化指標(biāo)，并結(jié)合校園現(xiàn)狀進行設(shè)計[8]。有關(guān)研究表明，屋頂綠化截留吸收部分天然雨水，減少徑流量，通過植物以及土壤中微生物的作用降解污染物濃度，杜絕瀝青材料對徑流雨水的二次污染[9]。在實驗樓與教學(xué)樓建設(shè)綠色屋頂，收集校園屋面雨水，經(jīng)雨水地埋式一體化處理設(shè)施處理后用于綠化澆灑，道路沖洗和水體補水。學(xué)校南大門左側(cè)綠地附近有2450m3水體，可改造成生態(tài)塘。

綜合改造后，下凹式綠地的面積和水體面積占校園綠地面積的60%，下凹式綠地面積為43682m2，硬質(zhì)鋪裝中透水鋪裝面積占70%，人行道及廣場中的透水面積為79748m2。年徑流總量控制率達55%，綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)下的海綿校園建設(shè)設(shè)施面積及徑流系數(shù)統(tǒng)計如表3所示。

表3 綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)下的海綿校園建設(shè)設(shè)施面積及徑流系數(shù)統(tǒng)計

2.3海綿校園非傳統(tǒng)水資源收集利用

海綿校園將雨水視為寶貴資源，灰綠建筑結(jié)合，優(yōu)化原始校園規(guī)劃，充分利用雨水資源。

屋面雨水與地面雨水污染程度不同，降落在屋面(綠色屋面和普通屋面)的雨水可通過雨落管斷接方式收集，經(jīng)地埋式一體化設(shè)備處理后用于景觀綠化、道路澆灑、易海補水等，當(dāng)旱季水量不能滿足要求時，采用市政管網(wǎng)水補充。降落在地面或道路的初期雨水污染較嚴(yán)重，通過初期雨水棄流裝置將前期雨水匯入市政污水管網(wǎng)，后期雨水利用滲透鋪裝、低勢綠地、生態(tài)塘等設(shè)施進行凈化、消納，多余部分排入市政雨水管網(wǎng)。海綿校園非傳統(tǒng)水源回用流程圖如圖7所示。

圖7 海綿校園非傳統(tǒng)水源回用流程圖

2.3.1用水量計算

設(shè)計景觀按照冷季型設(shè)計，根據(jù)《民用建筑節(jié)水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50555-2010)和《雨水綜合利用》國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集(10SS705)，綠化澆灑用水定額一級養(yǎng)護取0.5m3/(m2·a)，道路沖洗用水定額取0.5L/(m2·次)，年澆灑次數(shù)按照30次計。合肥的土壤地層多為粉質(zhì)黏土，滲透系數(shù)取5×10-8m/s。雨水處理裝置自用水量按日處理水量的5%，未預(yù)見用水量按平均日用水量的10%，日變化系數(shù)取1.4[7,10,11]。

表4 雨水用水量一覽表

雨水用水量如表4所示，由表4可知，平均日用水總量為855.74m3，最高日用水量為1198m3。根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》和《雨水綜合利用》(10SS705)，雨水收集回用系統(tǒng)中包含硬質(zhì)屋面的雨水收集，重現(xiàn)期取2a。合肥市一年重現(xiàn)期最大日降雨量為45.3mm，兩年重現(xiàn)期最大日降雨量為82.1mm。普通屋面雨水徑流系數(shù)取0.8，綠色屋面雨水徑流系數(shù)取0.3，可回收的降雨量系數(shù)取0.7[12,13]。

2.3.2設(shè)施規(guī)模配置

日雨水徑流量Wd：

Wd=0.7×10×ψc×ha×F

(1)

式中，Wd為日雨水徑流量，m3；ψc為雨水徑流系數(shù)；ha為重現(xiàn)期內(nèi)最大日降雨量，mm；F為匯水面積，hm2。

Wd=0.7×10×(0.8×82.1×3.1381+0.3×45.3×3.3204)=1758.64m3

(2)

考慮2mm初期徑流雨水棄流，則棄流雨水量Wq為：

Wq=10×2×(3.1381+3.3204)=129.17m3

(3)

雨水可利用量W:

W=Wd-Wq=1629.47m3

(4)

收集回用設(shè)施的供水能力配置必須滿足:

∑qinit>W

(5)

式中，q為用水定額；n為用水?dāng)?shù)量；t為用水時間，一般取3d。計算得:

3×1198m3=3549m3>W

雨水收集地埋式一體化設(shè)備如下:設(shè)備每日工作20h，處理能力Qy=1198/20=59.9(m3/h)，選取4臺設(shè)備,Q=20 m3/h，3用1備。

2.4效益分析

2.4.1社會效益

基于低影響開發(fā)理念，建設(shè)海綿校園充分利用雨水資源，確保校園雨澇調(diào)蓄正常，適應(yīng)環(huán)境變化、應(yīng)對自然災(zāi)害。同時對于改善教學(xué)、生活環(huán)境，營造良好育人氛圍，提高節(jié)水環(huán)保意識,促進和諧發(fā)展等具有重要意義。

2.4.2經(jīng)濟效益

根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》，參考北京地區(qū)低影響開發(fā)設(shè)施單價和市場上雨水收集地埋式一體化設(shè)備單價，總投資1111.02萬元，工程成本如表5所示。

表5 海綿校園低影響開發(fā)設(shè)施及設(shè)備造價表

合肥市水價為2.31元/m3，年雨水水源利用437270m3，可節(jié)約2.31×437270≈101萬元。據(jù)分析，為減輕污染每投入1元可減少環(huán)境損失為3元，即投入產(chǎn)出比1∶3[6]。國家環(huán)境保護部《排污費征收標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》規(guī)定：污水排污費按排污者排放污染物的種類、數(shù)量以污染當(dāng)量計征，每一污染當(dāng)量征收標(biāo)準(zhǔn)為0.7元。城市管網(wǎng)中每立方米的運行費用為0.08元[7]，故減少的環(huán)境損失費為30.6萬元，管網(wǎng)運行費為3.5萬元，雨水利用的年總效益為135.1萬元，靜態(tài)投資回收期8.22年。

3 結(jié)語

目前，國內(nèi)學(xué)者在低影響開發(fā)理念指導(dǎo)下建設(shè)海綿校園提出過景觀和規(guī)劃設(shè)計思路，但較少涉及對海綿校園建設(shè)的必要性分析以及在具體量化指標(biāo)下如何進行海綿校園設(shè)計。海綿校園建設(shè)是一項系統(tǒng)工程，應(yīng)在城市總體規(guī)劃的指導(dǎo)下，不斷優(yōu)化校園建設(shè)方案。對于老舊校園應(yīng)堅持以問題為導(dǎo)向，對于新建校園應(yīng)堅持以目標(biāo)為導(dǎo)向，科學(xué)合理建設(shè)海綿校園。當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)、規(guī)劃、環(huán)保、水利等有關(guān)部門應(yīng)出臺相應(yīng)政策措施或激勵機制，加大校園建設(shè)資金投入，確保海綿校園順利建設(shè)。

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[8] GB/T50378—2014，綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn) [S].

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[編輯] 計飛翔

TU991.33

A

1673-1409(2017)17-0032-07

2017-06-04

國家科技重大水專項(2014ZX07303-003-09)；安徽省教育廳自然科學(xué)基金資助項目(KJ2011z059)。

李力 (1993-)，女，碩士生，現(xiàn)主要從事城市給水排水工程方面的研究工作。

丁琨 (1968-)，男，碩士，副教授，現(xiàn)主要從事城市給水排水工程方面的教學(xué)與研究工作，874408959@qq.com。

[引著格式]李力，丁琨，范卓越，等.海綿城市下的高校 “海綿校園”建設(shè)[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版), 2017,14(17):32～38.