“海綿校園”理念下校園雨水管理建設(shè)模式研究

薛雨菲

(安徽工業(yè)大學(xué) 藝術(shù)與設(shè)計學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

一、研究背景

(一)海綿城市

隨著城市化腳步的加快，城市面臨著各種水環(huán)境問題，大量硬化的城市下墊面使得地表徑流大幅增加，暴雨來臨時，部分城市極易出現(xiàn)內(nèi)澇現(xiàn)象，伴隨而來的還有河流湖泊水質(zhì)污染愈發(fā)嚴(yán)重，如何有效管理雨水問題迫在眉睫[1]。2014年初，我國出臺了《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部城市建設(shè)司2014年工作要點(diǎn)》，此文件特別指出“各地應(yīng)在結(jié)合實際情況的基礎(chǔ)上積極開展雨污分流改造活動，使得城市排水防澇水平得到大幅提升，積極引入并廣泛應(yīng)用低影響開發(fā)建設(shè)模式，立足于具體深入探討有助于加快海綿性城市建設(shè)步伐的制度和方法”。隨著該文件的實施，海綿城市建設(shè)試點(diǎn)工作正式開展。《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》等一系列相關(guān)文件對海綿城市的內(nèi)涵進(jìn)行了詳細(xì)闡釋：城市在適應(yīng)氣候變化等相關(guān)方面可以具有海綿般理想的“彈性”，在降雨時節(jié)，能夠快速吸收、滲透并凈化水，在必要時，能夠?qū)⑾惹靶罘e的水及時“釋放”，從而使其價值得到充分發(fā)揮。“海綿城市”這一理念是人們基于“海綿”獨(dú)特的吸附功能而提出的?，F(xiàn)在，人們傾向于用其表示城市的雨澇調(diào)蓄能力。此理論形象客觀地闡釋了擁有“海綿特征”的城市。學(xué)者俞孔堅將“海綿”用于表達(dá)再染系統(tǒng)本身所具備的洪澇調(diào)控能力，并針對城市突出的雨水問題提出了利用生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行解決的途徑，長期以來應(yīng)用于多個城市的生態(tài)規(guī)劃中[2]。海綿城市理念備受人們認(rèn)可和青睞，對于規(guī)劃設(shè)計師而言，應(yīng)以此理念為指導(dǎo)，在立足于實際情況的基礎(chǔ)上構(gòu)建一個和諧、美觀的海綿城市。

(二)海綿城市與雨水管理

在2013～2015年中，國內(nèi)三百余座城市遭受到不同程度的降雨襲擊并形成內(nèi)澇現(xiàn)象，其中，單次內(nèi)澇持續(xù)時長多達(dá)12 h、水深為0.5 m及以上的城市不少于60個，濟(jì)南等地均出現(xiàn)過由于內(nèi)澇而致人員傷亡的問題[3]。為了全面有效地解決城市內(nèi)澇、水質(zhì)變差等各種現(xiàn)實問題，國家一方面持續(xù)加快海綿城市的建設(shè)，首批海綿城市建設(shè)投資額超過300億元，僅2015年就啟動了16個試點(diǎn)城市的海綿城市建設(shè)，另一方面積極汲取西方國家隨著相關(guān)實踐活動開展而積累和總結(jié)起來的成熟經(jīng)驗，在全國范圍內(nèi)大力推行和應(yīng)用低影響開發(fā)技術(shù)，以期通過打造海綿城市的方式創(chuàng)建一個和諧文明、科學(xué)合理且符合可持續(xù)發(fā)展理念的城市生態(tài)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)恢復(fù)和改善水生態(tài)系統(tǒng)的目標(biāo)。

歐美國家的城市雨水管理實踐起步較早，并推出了各種各樣的法律文件和獎懲措施。20世紀(jì)90年代，美國政府制定了《國家污染物排放削減許可制度》，采取了包括政府補(bǔ)助、調(diào)節(jié)稅收等在內(nèi)的多種經(jīng)濟(jì)措施，鼓勵市民擴(kuò)大透水性范圍，積極創(chuàng)建并完善雨水蓄積滲透設(shè)施，實現(xiàn)對雨水排放量的及時化、有效化調(diào)控。英國于2004年發(fā)布了《可持續(xù)城市排水系統(tǒng)的過渡期實踐規(guī)范》，提出了實施可持續(xù)城市排水系統(tǒng)的思路方法及技術(shù)規(guī)范[3]。

我國在引入歐美國家較為成熟的水循環(huán)體系等相關(guān)理念的過程中，一定要保持著具體問題具體分析的辯證態(tài)度，立足于氣候條件、地貌地質(zhì)、城市規(guī)劃等具體因素，結(jié)合城市降水特征、城市規(guī)劃體系、人口密度等情況，制定適合該地的雨水管理方式以及海綿城市的建設(shè)方案。

(三)雨水園

雨水園是提高雨水和雨洪管理質(zhì)量的關(guān)鍵因素[4]7。在我們城市中，大暴雨會造成洪澇災(zāi)害和河流污染，包含有硬質(zhì)的密封地面導(dǎo)致的雨水無法下滲、植被覆蓋的缺乏導(dǎo)致短期徑流增加、排水基礎(chǔ)設(shè)施導(dǎo)致未處理的污水被帶入自然河流中。面對這樣的城市洪水問題應(yīng)運(yùn)而生的解決方式有“可持續(xù)的城市排水系統(tǒng)”“水敏感設(shè)計”等，這些方法試圖恢復(fù)自然界中的水循環(huán)，盡可能地利用景觀中的水[4]36，從而產(chǎn)生雨水園的設(shè)計概念。

20世紀(jì)80年代末，雨水園的概念在美國馬里蘭州發(fā)源，并隨著庭院景觀的發(fā)展迅速運(yùn)用到實踐領(lǐng)域。不同于以犧牲個人利益為代價，要求人們改變?nèi)粘Ｉ罘绞降沫h(huán)保措施，雨水園不僅能使環(huán)境更加美觀，還能帶給人們大量的其他收益[4]13。在長期的實踐中，人們發(fā)現(xiàn)雨水園在暴雨時能夠在植被中貯存雨水，對比單一的草坪，雨水園能夠通過雨水種植池、雨水收集池等設(shè)施容納和聚集30%以上的地表水，通過滲透性鋪裝和濾水草帶來減緩地表徑流、阻滯污染物、凈化水質(zhì)，并且通過生物滯留池、景觀化洼地和特殊設(shè)計的樹池等減少污染物的擴(kuò)散。同時雨水園中的植物造景不僅能遮陰，而且能吸收太陽輻射，降低局部氣溫，植物改善小氣候的特點(diǎn)在屋頂綠化中得到證實。通常建造雨水園不需要對現(xiàn)有的排水系統(tǒng)重新設(shè)計，只要空間允許可以根據(jù)不同的場地類型進(jìn)行改造。

二、海綿校園的應(yīng)用案例——以賓夕法尼亞大學(xué)休梅克綠地為例

賓夕法尼亞大學(xué)是一所享譽(yù)世界、人才濟(jì)濟(jì)的私立大學(xué)。該校在最初生態(tài)校園規(guī)劃時，初步劃定了一個面積為43英畝的低影響開發(fā)技術(shù)應(yīng)用區(qū)域。該區(qū)域既有綠色屋頂，又設(shè)計了一個雨水花園，以此達(dá)到校園綠色生態(tài)發(fā)展之目標(biāo)。

位于賓夕法尼亞大學(xué)田徑運(yùn)動場中心區(qū)的休梅克綠地作為隨著社會發(fā)展、時代進(jìn)步而最新劃定并建設(shè)的一處公共綠地，其占地范圍為1.1公頃。這塊綠地的前身是廢棄的網(wǎng)球場和數(shù)條窄小的通道，逐漸失去公共使用價值。改造后的地塊將周圍的路緣石、建筑入口等予以科學(xué)合理的規(guī)劃及整合，將其作為大學(xué)主體步行系統(tǒng)的重要構(gòu)成要素，納入了校園公共綠色空間。改造后的休梅克綠地不僅能夠給師生和教工們提供一片心曠神怡的聚集空間，同時還可以舉辦一些校園內(nèi)的大型活動：戶外音樂會、畢業(yè)典禮及賓州接力賽等國際性比賽[5]。

該綠地的整體設(shè)計經(jīng)過系統(tǒng)化設(shè)計思路的考量，構(gòu)建了功能多元、設(shè)計合理的校園景觀空間，它既能夠為師生提供完善周到的校園公共空間服務(wù)功能，又能通過一個綜合性景觀系統(tǒng)的功能化運(yùn)行后，形成獨(dú)自完整的生態(tài)系統(tǒng)。這綠地具有較強(qiáng)的蓄水性，能夠蓄積全場地高達(dá)95%的雨水量，通過相關(guān)技術(shù)或者手段對雨水進(jìn)行傳輸、過濾等一系列處理之后即可用于灌溉(圖1)。其他水源需求可通過周圍建筑體的屋頂雨水徑流或者空調(diào)冷凝水進(jìn)行滿足。該生態(tài)系統(tǒng)以一種巧妙合理的方式將自然生態(tài)系統(tǒng)和人工構(gòu)建系統(tǒng)統(tǒng)一起來，打造一個科學(xué)完善的功能性整體。在此設(shè)計中，首要策略是一個大型雙層雨水花園的合理規(guī)劃，對收集到的雨水進(jìn)行傳輸、過濾等一系列處理之后將其用于灌溉；另一個策略是從周圍建筑體內(nèi)收集雨水和空調(diào)冷凝水，通過合理手段將其傳輸至綠地，再經(jīng)過過濾，滲入到地下蓄水臺中，進(jìn)行循環(huán)利用；最后一部分是場地中的植被層，無需使用的水資源直接通過地下排水系統(tǒng)進(jìn)行收集，一旦經(jīng)歷短期暴雨等極端氣候?qū)е氯到y(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行，較多的雨水溢流于市政下水道之中，避免引發(fā)嚴(yán)重的積水問題。

圖1 休梅克綠地雨水園分析圖

設(shè)計及完工后的休梅克綠地已成為罕見的綠色基礎(chǔ)設(shè)施典范，榮獲了可持續(xù)場地倡議組織的二星榮譽(yù)，另外，在2014年，被授予了ASLA通用設(shè)計獎。這是一個經(jīng)過嚴(yán)格檢測的高效能景觀項目，更為難得的是，參與該項目的景觀設(shè)計師們與校園內(nèi)的教職人員及學(xué)生代表共同對完工后的場地進(jìn)行了長達(dá)五年的檢測。這些持續(xù)性監(jiān)測不僅對后期大學(xué)校園的景觀設(shè)計大有裨益，也能夠在一定程度上促進(jìn)美國及時修訂和完善其國家可持續(xù)性景觀設(shè)計指南。

三、安徽工業(yè)大學(xué)秀山校區(qū)海綿校園建設(shè)

(一)基本情況

馬鞍山市位于安徽省東部，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候。每年夏季受臺風(fēng)影響，會短時間內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)降雨，帶來嚴(yán)重排水不暢的情況，常常形成洪澇災(zāi)害，城市積水現(xiàn)象嚴(yán)重。例如2015年，該年降水總量為1 306 毫米，較常年偏多，年降水日數(shù)為 130 天，其中大于 50 毫米的暴雨日數(shù)為 5 天，日降水量達(dá)到50毫米的暴雨日數(shù)是3天(市區(qū))。2015年7月13日，市區(qū)日降水量達(dá)到本年度最高值，為107毫米，多地出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的積水問題。本市整體地勢東高西低，地下水由地勢高的東部向地勢低的西部流入長江。 安徽工業(yè)大學(xué)現(xiàn)有佳山、秀山兩個校區(qū)，學(xué)校占地總面積2 555.15畝，秀山校區(qū)位于城市東部，鄰近馬鞍山東站。

(二)現(xiàn)存雨水管理的問題

校園是人才培養(yǎng)和科學(xué)研究的重要場所，但是由于安徽工業(yè)大學(xué)校園建設(shè)周期較長，且多地點(diǎn)多時段建設(shè)，在幾次極端強(qiáng)降雨天氣下，秀山校區(qū)發(fā)生了“校園看?！钡钠嬗^，在一定程度上影響了正常的教學(xué)秩序，例如暴雨天同學(xué)們卷褲腿上課，或者在雨停后，由于道路積水排水不暢，戶外教學(xué)活動依然無法進(jìn)行等。

校園內(nèi)用到海綿城市理念的設(shè)施較少，通過分析，校園內(nèi)發(fā)生短期嚴(yán)重積水的主要原因是：

1.滲水方面。秀山校區(qū)建設(shè)時間較晚，大部分路面為水泥混凝土，在校舍前后、圖書館、學(xué)生活動中心等區(qū)域設(shè)有大型硬質(zhì)鋪裝廣場，施工過程中采用了不透水材料(圖2)。某些車行路段兩側(cè)布設(shè)了綠化帶，道路管道排水壓力較大，難以承受短時強(qiáng)暴雨天氣狀況的考驗。同時部分路段屬于第一批建設(shè)開發(fā)區(qū)域，道路路面狀況較差，部分地段有輕微沉陷等。校園建筑屋頂未配備相關(guān)設(shè)施收集雨水。

圖2 “光”石雕車行道路

2.滯水方面。該校內(nèi)的花園主要以平地、小丘為主，另外，下沉廣場中規(guī)劃了綠化帶(圖3)，均無法進(jìn)行雨水收集，無法緩解地表水積水狀況，更不可能實現(xiàn)植物的雨水凈化功能，缺少雨水花園，生物滯留池等設(shè)施。

圖3 大學(xué)生活動中心下沉廣場

(三)建設(shè)海綿校園的對策

1.道路工程改造

一是道路排水改造工程。針對校園內(nèi)水泥混凝土道路，應(yīng)在以海綿城市設(shè)計理念為指導(dǎo)的基礎(chǔ)上立足于實際情況，在條件允許的情況下將多數(shù)車行道路修整為瀝青路面。同時，要結(jié)合具體情況將路面雨水以科學(xué)合理的方式迅速導(dǎo)入相鄰的下沉式綠地等各種相關(guān)海綿設(shè)施之中，經(jīng)過滲、滯、蓄、凈等一系列處理之后將其輸送至雨水管網(wǎng)內(nèi)。

二是路面排水改造。在現(xiàn)有條件下，人們主要通過下述兩種方式進(jìn)行路面排水：第一，在鋪設(shè)瀝青之后，路面依舊略低于相鄰綠地，那么可利用雨水口實現(xiàn)對車行道內(nèi)雨水的快速收集，而后利用雨水口橫向排水管合理安全地連接縱向雨水管檢查井；第二，在鋪設(shè)瀝青之后，路面比鄰近綠地更高一些，那么可利用開孔路緣的方式將路面雨水快速排入附近的植草溝等相關(guān)海綿設(shè)施，待經(jīng)過滲、滯、蓄等一系列處理操作之后將其輸送至雨水管網(wǎng)之中。

三是原有水泥混凝土路面病害處理。在加鋪瀝青混凝土之前，務(wù)必要按照相關(guān)規(guī)范或者要求對當(dāng)前路面作進(jìn)一步拉毛處理：若存在病害，則需采取科學(xué)合理的措施將其進(jìn)行妥善處理，而后鋪設(shè)瀝青；對于破損度比較高的路段，需重新澆筑水泥路面，而后鋪設(shè)瀝青。以上各種操作均需保證符合國家相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。

(二)植被綠化

一是構(gòu)建雨水花園。它一般設(shè)計為淺凹式綠地，利用沙土、植物等相關(guān)元素實現(xiàn)對雨水的有效收集。在改善生態(tài)效益、降低城市雨洪災(zāi)害影響等方面，雨水花園發(fā)揮著不可或缺的重要作用。

二是設(shè)置植被淺溝。它是由人工挖設(shè)并鋪設(shè)植被而成的溝槽，利用土壤及植被過濾、蓄積雨水等，能夠防止地表污水再次受到“污染”。另外，它可以輸送雨水，具有雨水管之效。當(dāng)前，它憑借著施工便捷、經(jīng)濟(jì)性、便于控制等一系列優(yōu)勢而在雨水收集方面得到大力推廣和積極應(yīng)用。

三是構(gòu)建屋頂花園。在符合條件的建筑體頂部科學(xué)合理地規(guī)劃并建造屋頂花園。在降雨時，它能夠匯聚雨水，但若降水量過高，超出其負(fù)荷水平，應(yīng)利用排水管將雨水輸送至周圍的雨水花園之中。

四、結(jié)語

本文在以西方海綿校園成功案例為借鑒，將目光聚焦于安徽工業(yè)大學(xué)秀山校區(qū)，在充分考慮各方面因素的前提下采取了建設(shè)屋頂花園等一系列合理適宜的海綿措施，以期打造一個和諧舒適的海綿校園。打造和建設(shè)海綿校園有助于師生貼近美麗的大自然，自行感知和體會大自然獨(dú)特的魅力。另外，作為城市海綿體的重要構(gòu)成要素，海綿校園的設(shè)計能夠良好地促進(jìn)海綿城市建設(shè)和發(fā)展。