基于低影響開發(fā)的校園雨洪管理系統(tǒng)的研究

王文芬 張 羽

（1．江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院建筑智能學院，江蘇 徐州 221000；2．江蘇鹽城水利建設有限公司，江蘇 鹽城 224000）

0 引言

校園作為城市建成環(huán)境中綠色生態(tài)系統(tǒng)，具備管理雨洪的巨大潛力，但是在校園的整體設計的過程中卻往往忽略了對自然水文循環(huán)過程的考慮以及對形成校園雨洪的管理，因此很多校園內(nèi)部經(jīng)常出現(xiàn)積水和洪澇等現(xiàn)象。在當前我國大力推進以低影響開發(fā)系統(tǒng)為核心的海綿城市建設背景下，將建設海綿城市的基本理論應用到校園建設中，使校園成為海綿城市建設中的“海綿體”[1-4]?；诤＞d城市的建設理念，把生態(tài)優(yōu)先原則貫穿于校園規(guī)劃、建設和管理的全過程，將自然途徑與人工措施相結(jié)合，在利用低影響開發(fā)技術(shù)減輕校園內(nèi)澇危害的同時，最大限度地實現(xiàn)雨水的自然積存、自然滲透和自然凈化，并將收集的雨水可作為景觀湖的重要補給水源和校園澆灑道路、消防等公共用水，促進雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境保護，實現(xiàn)環(huán)境與水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展，使校園能夠像海綿一樣，在適應環(huán)境變化和應對自然災害等方面具有良好的彈性，雨季時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水釋放并加以利用[5-8]。

1 校園雨洪管理現(xiàn)狀分析

1.1 區(qū)位

江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院坐落于江蘇省三大都市圈之一、淮海經(jīng)濟區(qū)中心城市——徐州。學校坐落于南區(qū)大學城，地處徐州市泉山風景區(qū)，毗鄰云龍湖、泉山森林公園，占地0.8 km2，建筑面積40 萬 m2。

1.2 用地條件分析

江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院占地總面積720 400m2，匯水面主要涉及教學樓、行政樓、宿舍樓等建筑屋面，籃球場、小廣場等硬質(zhì)廣場，機動車道、步行道等校園道路，綠地、水體等。經(jīng)測算，建筑屋頂面積為40 萬m2，硬質(zhì)廣場（含西籃球場）面積12 900m2，道路面積56 900m2，綠地面積243 000 m2，永久性水體（校內(nèi)景觀河道）面積7 600 m2。在校園中，建筑屋面、硬質(zhì)廣場、道路為不透水面，面積約為469 800 m2，約占總面積的65%。學?？傮w地形為西北高東南低，地面高程為46 m～68 m。

學?？傮w地形為西北高東南低，地面高程為46 m～68 m。具體高程如圖1、表1 所示。

表1 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院校區(qū)GPS 控制點成果表

1.3 降雨規(guī)律分析

采用實測資料法計算不同頻率下的設計雨量。

目前，徐州中心城區(qū)及周邊的雨量站有藺家壩雨量、解臺閘雨量站、三堡雨量站和徐州站，從各站分布位置分析唯有徐州站位于城區(qū)中心位置，其余各站均位于城區(qū)周邊之外，而且各站中徐州站系列最長，從地理位置及系列長度來看，徐州站的代表性相對較好。該研究收集了徐州站1981年～2015 年（35 年）逐年最大24 h 降雨，采用皮爾遜Ⅲ型曲線法（圖2）求算不同頻率下的設計雨量，具體見表2。

表2 徐州站各頻率下最大24 h 降雨量分析一覽表

1.4 徑流規(guī)律分析

江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院可形成雨水徑流的匯水面有建筑屋面、硬質(zhì)廣場、道路及綠地，其中建筑屋面匯水面面積約為400 000 m2，相應的徑流系數(shù)φc為0.85；硬質(zhì)廣場匯水面面積約為12 900 m2，相應的徑流系數(shù)φc為0.5；道路匯水面面積為約56 900 m2，相應的徑流系數(shù)φc為0.8；綠地匯水面面積約為243 000 m2，相應的徑流系數(shù)φc為0.15，各類匯水面面積及相應徑流系數(shù)統(tǒng)計見表3。

雨水徑流總量可按式（1） 計算：

圖1 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院GPS 控制點布置示意圖

圖2 皮爾遜Ⅲ型曲線法計算圖

表3 現(xiàn)有各匯水面及相應徑流系數(shù)統(tǒng)計表

式中：W—雨水徑流總量，m3。

h—降雨量，m。

A—匯水面面積，m2。

φc—徑流系數(shù)，即同一時段內(nèi)徑流量與降水量之比；依據(jù)《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范（GB 50400—2016） 》，綠地徑流系數(shù)為0.15，硬質(zhì)不透水面綜合徑流系數(shù)取0.7。

徐州市地處暖溫帶濕潤、半濕潤季風氣候區(qū)，全市多年平均降雨量860.8 mm，其中汛期6～9 月份降雨量為575 mm，降雨集中、強度大、歷時短且多暴雨，屬于雨水徑流較大及集雨高效的地區(qū)[9]。由公式（1） 可計算出不同降雨條件下江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院各匯水面的雨水徑流量，將計算結(jié)果列入表4。由表4 中的計算結(jié)果分析可知，對于6～9 月的汛期來說，時間雖短，但是徑流總量較大，占全年徑流總量的70%左右；校園場地中建筑屋面、硬質(zhì)廣場及道路等不透水面的年徑流量占整個校園場地的90%以上，該部分場地為形成校園雨水徑流的主要誘發(fā)地。

表4 各匯水面徑流量統(tǒng)計表

2 現(xiàn)狀校園雨洪管理存在的問題

目前校園在雨水源頭管理、徑流污染控制、調(diào)節(jié)區(qū)域水文循環(huán)以及景觀多樣性等方面考慮不夠全面。

對于整個校園來說，其中綠地和水體面積約達到250 600 m2，占校園占地總面積的35%，基本達到《江蘇省學校建設用地指標》中規(guī)定的要求。但是學校大多數(shù)綠地仍舊為傳統(tǒng)的方式，其作用僅是單純地增加校園綠化率，給教職工帶來景觀體驗，綠地的生態(tài)功能效益未得到最大程度的發(fā)揮。同時學?；疚磳⒕G地納入管理校園雨水的范疇，整個校區(qū)雨水的排放還是通過地下雨水管網(wǎng)匯集后排向城市管網(wǎng)。當遭遇大暴雨時，校園內(nèi)尤其是硬質(zhì)地面匯集的雨水往往不能及時地排放，坡面匯流形成大大小小的積水，給教職工的工作學習帶來不便。

校園雖然利用雨水管網(wǎng)收集部分雨水進行綠化澆灌，但是除連接噴頭的豎管外其余灌溉設施均埋于地下，管理不便且措施相對單一。

3 改造效果

對局部場地進行雨洪管理典型改造設計后，各匯水面面積統(tǒng)計對比見表5。其中道路改造后有透水混凝土路面、碎石路面等，采用綜合徑流系數(shù)0.55。

表5 局部改造前后各水面面積統(tǒng)計表

高校平均每年可收集徑流雨水總量可采用公式（2） 進行計算。

式中：W1為場地平均可收集徑流雨水總量，m3。

α為季節(jié)折減系數(shù)，徐州為0.84。

β為初期雨水棄流系數(shù)，取0.86。其余字母含義同前。

代入公式計算可得該部分場地平均每年可收集管理徑流雨水總量為5 740 m3。

對于該區(qū)域，主要涉及公共建筑用水量、消防用水量、澆灑道路和綠地用水量。其中公共建筑用水量主要涉及辦公樓用水量，依據(jù)《建筑給水排水設計標準》（GB 50015—2019） ，辦公樓（坐班制辦公）用水按25 L/（人·班）～40 L/（人·班）計算；依據(jù)《室外給水設計標準》（GB 50013—2018） ，澆灑道路、廣場和綠地用水量應根據(jù)路面、綠化、氣候和土壤等條件確定。澆灑道路和廣場用水可根據(jù)澆灑面積按2.0 L/（m2·d）～3.0 L/（m2·d）計算，澆灑綠地用水可根據(jù)澆灑面積按1.0 L/（m2·d）～3.0 L/（m2·d）計算。

每年工作日250 d。冬季、雨天不需澆灑道路和綠地，冬季平均天數(shù)91 d，由江蘇氣象發(fā)布1981～2019 年氣象資料統(tǒng)計計算徐州地區(qū)每年平均降雨日83 d，則每年平均需要澆灑道路、綠地為365-91-83=191d。由此計算可知：該區(qū)域平均每年辦公樓用水量為625 m3；該區(qū)域平均每年澆灑道路用水量為1 890 m3；該區(qū)域平均每年澆灑綠地用水量為3 330 m3。

該部分場地平均每年收集雨水5 740 m3，平均每年用水量為5 845 m3，其中辦公樓用水量為625 m3，澆灑道路用水量為1 890 m3，澆灑綠地用水量為3 330 m3。由此可見，該部分場地每年收集的雨水基本可覆蓋澆灑道路、綠地用水及辦公樓沖廁用水。改造后，在減少學校的市政用水量的同時，延長雨水排放路徑，減少雨水外排量，削減洪峰流量，有效減輕市政排水管網(wǎng)的負荷；此外，通過綠地對雨水的管理，一定程度上彌補了雨水的自然循環(huán)過程，也降低了非點源污染。