江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院海綿校園設(shè)計(jì)

曹 穎，費(fèi)文君，曹仁勇，張曉東，張 偉，周晉鋒

(1.南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，江蘇 南京 210037； 2.江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 句容 212400； 3.江蘇田園風(fēng)光環(huán)境建設(shè)有限公司，江蘇 句容 212400)

在快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，中國(guó)以大面積硬化為特征的城市建成面積急劇擴(kuò)張，帶來(lái)“逢雨必澇”與“城市看?！钡纫l(fā)廣泛關(guān)注的重大問(wèn)題，高校校園同樣存在這樣的問(wèn)題。綠色生態(tài)海綿城市建設(shè)是緩解城市洪澇災(zāi)害的有效途徑，它像海綿一樣將雨水集蓄起來(lái)，并在一定時(shí)間內(nèi)使雨水緩慢滲入地下以進(jìn)行充分循環(huán)利用，促進(jìn)資源均衡穩(wěn)定發(fā)展[1]。

1 “海綿校園”理念概述

“海綿城市(Sponge city)”是指整個(gè)城市能夠像一塊海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化、應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面有著良好的彈性，對(duì)雨水利用收放自如，在降雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，在城市缺水時(shí)將蓄存的水釋放出來(lái)并加以利用，從而改善城市生態(tài)環(huán)境[2]?；诤＞d城市的理論，筆者給出這樣的定義，“海綿校園”是以生態(tài)保護(hù)為核心營(yíng)造校園環(huán)境，秉承海綿的特征“凈化”、“滲透”和“吸收”，兼顧校園水環(huán)境的治理與校園日常生活的正常開(kāi)展，實(shí)現(xiàn)校園環(huán)境與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展，構(gòu)建一個(gè)具備良好“滲透”、“吸收”能力的生態(tài)校園。

2 “海綿校園”建設(shè)的2種適用技術(shù)措施

在海綿校園的建設(shè)中，應(yīng)建立尊重自然、順應(yīng)自然的低影響開(kāi)發(fā)模式，盡量減少校園內(nèi)不透水地面面積，連通地表水與地下水，加長(zhǎng)徑流流動(dòng)的通道，延長(zhǎng)匯流時(shí)間，利用土壤覆蓋物和植物群落對(duì)徑流進(jìn)行過(guò)濾并促使其下滲[3-5]，保護(hù)和再生自然景觀，最大限度地減少抗?jié)B性影響，使校園區(qū)域盡量接近于開(kāi)發(fā)前的自然水文循環(huán)狀態(tài)。

2.1 生態(tài)凈化技術(shù)措施

為改善和保護(hù)水質(zhì)，選用凈水性能強(qiáng)的植物材料(表1)和結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)適宜的植物配置模式，采用植物生態(tài)凈化技術(shù)修復(fù)水質(zhì)污染，保護(hù)校園環(huán)境。具體技術(shù)措施：在最高水位以上區(qū)域種植層次豐富的垂柳、木芙蓉、木槿、烏桕等耐旱植物；最高水位與常水位之間是屬于周期性淹沒(méi)的區(qū)域，在此邊界上種植池杉、落羽杉、花葉蘆葦、梭魚(yú)草等耐澇植物；在常水位以下區(qū)域種植荷花、黃菖蒲、睡蓮等水生植物，利用根系保持水土。

表1 蘇南地區(qū)常見(jiàn)濕地植物資源

2.2 雨水滲、滯、蓄技術(shù)措施

雨水滲、滯、蓄工程與短距離的市政管網(wǎng)相配合，使暴雨期雨水滯蓄、枯水期地下水回補(bǔ)，增強(qiáng)旱澇調(diào)蓄功能，形成良性雨水循環(huán)系統(tǒng)[6]，具體技術(shù)措施主要包括以下幾個(gè)方面。

2.2.1 綠色屋頂 綠色屋頂是指栽種植物的建筑屋頂、露臺(tái)、天臺(tái)等，其基本結(jié)構(gòu)包括防滲漏層、隔根層、保濕層、蓄排水層、過(guò)濾層、種植層和植被層。綠色屋頂在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮建筑的結(jié)構(gòu)，計(jì)算好建筑外加荷載的承載能力，做好建筑本身的防排水層，其次，在植物品種的選擇上應(yīng)以淺根性植物為主，在植物配植模式上做到高低疏密錯(cuò)落有致、色彩搭配和諧合理。

在高校校園內(nèi)進(jìn)行綠色屋設(shè)計(jì)時(shí)，在滿(mǎn)足綠色、游憩、生態(tài)的基礎(chǔ)上還應(yīng)兼具一些實(shí)用功能，如可在教學(xué)樓的屋頂空間開(kāi)辟室外教學(xué)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)所[7]。

2.2.2 透水道路 道路是場(chǎng)地規(guī)劃建設(shè)中不可缺少的構(gòu)成要素，是聯(lián)系各功能區(qū)的紐帶，具有交通和景觀功能。在校園道路景觀設(shè)計(jì)中，運(yùn)用植草溝、植物緩沖帶和下沉式綠地，形成“植草溝—人行道—下沉式綠地—機(jī)動(dòng)車(chē)道—下沉式綠地—人行道—植草溝”的模式[8]。

在高校校園中，使用透水鋪裝場(chǎng)地較多，根據(jù)不同的功能與等級(jí)要求，采用不同的鋪裝結(jié)構(gòu)形式。如園路、休閑廣場(chǎng)和人行道可采用10 cm厚的透水混凝土路面，空隙大，傳熱性低，可以起到良性透水的作用。雨水滲透到達(dá)約15 cm厚的碎石墊層，該層由駁岸裸露廢棄塊石填充，在其中進(jìn)行過(guò)濾，并在墊層中埋設(shè)與兩側(cè)的卵石滲水槽相通的排水管，進(jìn)行雨水消化[9]。車(chē)行道可采用透水瀝青，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地可采用透水塑膠。

2.2.3 景觀綠地 景觀綠地在校園中不僅起到美化環(huán)境的作用，更能為學(xué)校師生創(chuàng)建一個(gè)親切交往、知識(shí)碰撞的聚合空間，同時(shí)也是雨水最好的滲透場(chǎng)所，可實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的回收再利用。根據(jù)綠地下滲速度、滯留的雨水容量、雨量以及徑流速度等數(shù)據(jù)的科學(xué)分析和計(jì)算，應(yīng)用填方與挖方就地平衡原理，設(shè)計(jì)下凹式綠地、雨水花園等景觀，沿著綠地四周布置雨水進(jìn)水口，收集校園的雨水徑流，使其經(jīng)過(guò)沉淀、過(guò)濾和凈化后進(jìn)入生態(tài)濕地[10]。如某高校校園景觀綠地，在場(chǎng)地四周營(yíng)造出高低不一的微地形與深淺不同的雨水花園，形成藍(lán)綠交織的“海綿”帶，收集雨水，使其經(jīng)過(guò)沉淀、過(guò)濾和凈化后流入生態(tài)濕地。

2.2.4 景觀水體 美國(guó)設(shè)計(jì)大師威廉·懷特認(rèn)為“開(kāi)放空間內(nèi)水體運(yùn)用的好壞，取決于能否滿(mǎn)足人們的親水行為，提供高質(zhì)量的近水邊緣[11]?！彼切@空間中重要的設(shè)計(jì)元素之一。校園水體景觀的規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)其功能定位、水體現(xiàn)狀、岸線(xiàn)利用等，進(jìn)行合理保護(hù)、利用和改造，要與城市雨水管渠系統(tǒng)和超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng)有效銜接[11]。如江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院北校區(qū)景觀湖，梅雨季節(jié)主要通過(guò)下凹式綠地、雨水花園，經(jīng)過(guò)沉淀、過(guò)濾和凈化后來(lái)補(bǔ)充水分，如超過(guò)湖面的最高水位，可通過(guò)溢水口流入城市的排水管網(wǎng)，其他季節(jié)主要利用校園內(nèi)綠色建筑來(lái)收集雨水。

3 “海綿校園”建設(shè)—以江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院北校區(qū)為例

3.1 場(chǎng)地概況

江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院北校區(qū)位于江蘇省句容市城北，占地30 hm2。句容市位于江蘇省西南部，長(zhǎng)江下游南岸，北緯31°37′—32°12′、東經(jīng)118°57′—119°22′。屬于北亞熱帶中部季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明、雨水充沛，降雨季節(jié)分配不均勻，夏季雨量占全年雨量的47%左右。近10 a平均年降水量為1319.86 mm(表2)。

表2 句容地區(qū)近10 a(2008—2017年)降水量

3.2 場(chǎng)地高程分析

在谷地地理信息系統(tǒng)軟件中找出場(chǎng)地位置，并畫(huà)出場(chǎng)地紅線(xiàn)范圍(圖1 )，利用Arctool中高程分析功能對(duì)場(chǎng)地高程進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖2(顏色偏綠，則場(chǎng)地高程較低；顏色偏棕，則場(chǎng)地高程較高)。由圖2可以看出，整個(gè)場(chǎng)地呈現(xiàn)北低南高，西高東低的地形情況。

圖1 江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院北校區(qū)紅線(xiàn)范圍圖2 場(chǎng)地高程分析

3.3 場(chǎng)地設(shè)計(jì)

3.3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo) 年徑流總量控制率為55%以下，可滲透地面面積比例不小于40%，N、P指標(biāo)滿(mǎn)足景觀環(huán)境用水水質(zhì)要求(圖3、圖4)。

3.3.2 技術(shù)措施 ①在條件充許的情況下，將已建成的圖書(shū)館、實(shí)驗(yàn)樓等建筑物逐步改造成綠色屋頂，利用屋面完成對(duì)雨水的減排和凈化，新建的必須建成綠色屋頂(圖5)。②將校園內(nèi)的主干道和人行道改造成透水路面，以提高場(chǎng)地內(nèi)雨水自然滲入能力(圖6)。③將大學(xué)生活動(dòng)中心北面池塘營(yíng)造成景觀生態(tài)湖，湖內(nèi)種植豐富的水生植物來(lái)凈化水質(zhì)(圖7、圖8)。沿岸淺水區(qū)修建防腐濱水木棧道，并加固生態(tài)護(hù)坡。④將校園內(nèi)的籃球場(chǎng)、足球場(chǎng)改為透水性鋪裝材料，把周?chē)木坝^隔離帶改造為透水的生態(tài)滯留與吸收雨水的淺凹綠地或雨水花園(圖9)。⑤將校園內(nèi)花壇、樹(shù)池改造成滯留式雨水花壇、生態(tài)樹(shù)池(圖10)。⑥將圖書(shū)館南面的綠地改造為生態(tài)綠地，利用植物、卵石、細(xì)沙和土壤對(duì)雨水進(jìn)行沉淀、過(guò)濾和凈化，把干凈的雨水流入到中心水池。

綜合改造后，景觀生態(tài)湖面積為21806 m2，下凹式綠地面積為10293 m2，車(chē)行道、人行道與鋪裝廣場(chǎng)改造成透水鋪裝面積為35089 m2。年徑流總量控制率達(dá)60%，海綿校園建設(shè)設(shè)施面積和徑流系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

圖5 綠色屋頂雨洪收集示意圖

圖6 校園主干道雨洪收集示意圖

圖7 校園生態(tài)湖雨洪收集示意圖

圖8 校園生態(tài)湖雨洪收集剖面圖

圖9 校園足球場(chǎng)雨洪收集示意圖

圖10 校園生態(tài)樹(shù)池雨洪收集示意圖

項(xiàng)目低影響開(kāi)發(fā)措施面積/m2徑流系數(shù)屋面體育館、實(shí)訓(xùn)樓等現(xiàn)有建筑物234840.80圖書(shū)館、實(shí)驗(yàn)樓、工科樓、牧醫(yī)樓、留學(xué)生公寓、國(guó)際交流中心等(綠色屋面)134490.30廣場(chǎng)硬質(zhì)廣場(chǎng)404490.50滲透鋪裝266660.15道路人行道(滲透鋪裝)31250.15車(chē)行道(滲透鋪裝)52980.15車(chē)行道(普通)280980.80綠地綠化963000.15下凹式綠地102930.10水體生態(tài)塘、景觀水池218061.00綜合雨量徑流系數(shù)0.40

3.3.3 雨水收集利用的系統(tǒng)流程 雨水收集利用的系統(tǒng)流程見(jiàn)圖11。

圖11 雨水收集利用的系統(tǒng)流程圖

3.4 成效分析

3.4.1 社會(huì)效益 建設(shè)海綿校園在充分利用雨水資源的基礎(chǔ)上，不僅提高了校園自身對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力、確保校園雨澇調(diào)蓄的正常穩(wěn)定，也是學(xué)校節(jié)水、環(huán)保教育的重要平臺(tái)，使整個(gè)校園成為園林規(guī)劃設(shè)計(jì)、園林施工技術(shù)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)實(shí)訓(xùn)基地。同時(shí)，海綿校園的建設(shè)使校園成為整個(gè)海綿城市中的一個(gè)重要細(xì)胞，對(duì)整個(gè)城市的和諧發(fā)展具有重要意義。

3.4.2 經(jīng)濟(jì)效益

1)投資成本分析。根據(jù)住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》[12]中單項(xiàng)設(shè)施單價(jià)估算指導(dǎo)意見(jiàn)，總投資成本約為414.19萬(wàn)元。項(xiàng)目建設(shè)成本估算見(jiàn)表4。

2)節(jié)約用水量分析。江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院所在地句容市，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，呈現(xiàn)冬季干冷、夏季濕熱、四季分明的氣候特征，綠化景觀按冷季型設(shè)計(jì)。根據(jù)GB 50555—2010 民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[13]，綠化按一級(jí)養(yǎng)護(hù)考慮澆灑用水定額為0.5 m3·m-2·a-1，道路沖洗用水定額取0.5 L·m-2·次-1，年澆灑次數(shù)為30次。校園土壤表層主要為粉質(zhì)粘土層，土層厚度大于10 m，滲透系數(shù)取5×10-8m·s-1。根據(jù)句容市氣象局統(tǒng)計(jì)資料，多年平均蒸發(fā)量為1038 mm，多年平均降水量為1319.86 mm，可回收的降雨量系數(shù)取0.7。則：綠化澆灑年用水量=0.5×106569=53284.5 m3；道路沖洗年用水量=0.5×36521×30=547.8 m3；水體年用水量=年均蒸發(fā)量+年均滲透量=(1.038+5×10-8×365×24×3600)×21806=57018.3 m3；年均總用水量=53284.5+547.8+57018.3=110850.6 m3；年回收降雨量=(248162×0.4×0.7+21806)×1.31986=120491.8 m3>110850.6 m3。

句容市自來(lái)水價(jià)格3.17元·m-3，年雨水回收利用110850.6 m3，年節(jié)約水費(fèi)35.14萬(wàn)元；污水排放費(fèi)用為0.7元·m-3，城市管網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用為0.08元·m-3，年減少環(huán)境損失費(fèi)用7.76萬(wàn)元、管網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用0.89萬(wàn)元，雨水利用年總效益為43.79萬(wàn)元。靜態(tài)投資回收期為9.46 a。

4 小結(jié)

與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比，將“海綿城市”理念應(yīng)用于校園綠地設(shè)計(jì)中，更加強(qiáng)調(diào)低影響開(kāi)發(fā)技術(shù)體系與景觀設(shè)計(jì)的多層次融合關(guān)系，更加突出水與綠地的相互依存關(guān)系。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)從江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院的實(shí)際情況出發(fā)，通過(guò)構(gòu)建適應(yīng)蘇南地區(qū)海綿校園建設(shè)的雨洪管理優(yōu)化策略，提出校園綠地中生態(tài)樹(shù)池、雨水花壇、廣場(chǎng)鋪裝的結(jié)構(gòu)形態(tài)與雨水花園的空間形態(tài)布局，以及提出具有高雨水截留能力的園林植物群落構(gòu)建模式，系統(tǒng)解決校園水問(wèn)題，賦予校園“海綿”的功能。

表4 江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院北校區(qū)低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施設(shè)備造價(jià)