校園規(guī)劃設(shè)計中的低影響開發(fā)設(shè)計研究

張成龍 金 蘭（吉林建筑大學(xué)，吉林 長春 130117）

校園規(guī)劃設(shè)計中的低影響開發(fā)設(shè)計研究

張成龍 金 蘭（吉林建筑大學(xué)，吉林 長春 130117）

近年來，隨著高校規(guī)模的不斷擴張，各高校開始進行新校區(qū)的建設(shè)。低影響開發(fā)作為新型的雨水管理模式，越來越多的應(yīng)用在城市建設(shè)中，也成為了一種新趨勢。本文以吉林建筑大學(xué)南校區(qū)為例，結(jié)合校園總體規(guī)劃設(shè)計，通過計算機模擬，詳細介紹低影響開發(fā)對新校區(qū)建設(shè)的水文與生態(tài)效應(yīng)，并提出適用于新校區(qū)建設(shè)低影響開發(fā)的設(shè)計原則與規(guī)劃策略，為我國高校的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提出一些可參考性的啟發(fā)與借鑒。

校園規(guī)劃；低影響開發(fā)；規(guī)劃設(shè)計

由于傳統(tǒng)的城市開發(fā)建設(shè)與雨水管理存在一些弊端，引發(fā)一些列城市內(nèi)澇問題。為解決城市內(nèi)澇問題，我國進行了大量的探索與實踐，并提出建設(shè)海綿城市的要求以及相關(guān)的指導(dǎo)意見。而作為海綿城市的重要內(nèi)容的低影響開發(fā)在建設(shè)過程中面臨著在維持開發(fā)建設(shè)中不透水率的情況下，利用低影響開發(fā)措施有效的控制徑流量的增加成了關(guān)鍵。高校具有教學(xué)科研活動多、良好的人文環(huán)境、面積大、綠地比例高等特點，更適合在校園中進行低影響開發(fā)建設(shè)。縱觀國內(nèi)外，低影響開發(fā)技術(shù)已經(jīng)在高校中普遍推廣，如馬里蘭大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)等高校都結(jié)合低影響開發(fā)設(shè)計建設(shè)生態(tài)景觀；華僑大學(xué)、沈陽建筑大學(xué)等引用生態(tài)理念并在改造過程中利用雨水收集等措施建設(shè)了綠色生態(tài)校園。本文借鑒國內(nèi)外對校園雨洪控制利用的相關(guān)規(guī)劃設(shè)計經(jīng)驗，以吉林建筑大學(xué)南校區(qū)為例，對布置低影響開發(fā)措施之后的雨洪效果進行模擬，通過對模型的應(yīng)用效果進行評估，以期為吉林建筑大學(xué)建設(shè)海綿校園提供可參考的理論依據(jù)。

1 吉林建筑大學(xué)概況

吉林建筑大學(xué)作為由省人民政府與住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部共建的建筑類學(xué)校，多年來一直注重綠色校園的建設(shè)，在進行南校區(qū)建設(shè)方案中，也在提倡綠色生態(tài)校園的建設(shè)理念。吉林建筑大學(xué)位于吉林省長春市凈月高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，南校區(qū)規(guī)劃總用地面積為30.15公頃。其中不透水面積15.74公頃（占總用地面積的52.2%），主要由建筑、道路、廣場組成。透水面積14.41公頃（占總用地面積的47.8%），主要由河流、綠地組成[3]。

長春市年均降雨量為498mm，且降雨主要集中在7,8月份占年降雨量的65%以上，夏季降雨又集中在幾場降雨強度較大的暴雨。根據(jù)長春市的近30年的降雨數(shù)據(jù)統(tǒng)計，本文采用芝加哥雨型，設(shè)計暴雨類型選取120min，暴雨公式如下[6]：

式中：q為平均暴雨強度，mm/min；P為設(shè)計降雨重現(xiàn)期，a；t為暴雨歷時，min。

利用ArcGIS對吉林建筑大學(xué)進行高程分析和坡度分析，分析結(jié)果中可以看出吉林建筑大學(xué)南校區(qū)的地形呈南北高、中間低的折疊式地形，南北校區(qū)中間部分有一條自東向西的天然溝渠，平均坡度為3.44。

圖1 ArcGIS高程分析

2 水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計

表1 SWMM模擬結(jié)果

根據(jù)吉林建筑大學(xué)的高程分析，可以看出南校區(qū)呈現(xiàn)北高南低的地形地貌。結(jié)合豎向設(shè)計，使雨水從北到南流出，最后直接匯入到中間部分的天然溝渠進行收集和補給。雨水的滲、滯、蓄、凈、用、排運用低影響開發(fā)措施，有效的緩解雨水管網(wǎng)的壓力，延緩洪峰出現(xiàn)，最終排入天然溝渠。

圖2 ArcGIS坡度分析

3 低影響開發(fā)布設(shè)方案

基于低影響開發(fā)模式的海綿校園，結(jié)合規(guī)劃設(shè)計布設(shè)低影響開發(fā)的基本原則有：以地塊的水文要素構(gòu)思整理設(shè)計框架[1]，結(jié)合豎向設(shè)計充分利用雨水資源，盡量減少不透水面積，延長徑流路徑，結(jié)合校園規(guī)劃設(shè)計提高雨水系統(tǒng)的總體效益，豐富校園水景觀。

本文結(jié)合吉林建筑大學(xué)南校區(qū)規(guī)劃設(shè)計，遵循低影響開發(fā)布設(shè)原則，提出以下3種低影響開發(fā)布設(shè)方案[5]。

1）滲透鋪裝。滲透鋪裝是指用各種透水良好、孔隙率較高的人工材料鋪設(shè)的地面，包括多孔的嵌草磚（草皮磚）、碎石地面、透水性混凝土路面等。中心廣場的設(shè)計中，將通向南北的硬質(zhì)鋪裝的中心部分改為10米寬的透水鋪裝并降低高程，使雨水流進透水鋪裝。布設(shè)的透水鋪裝面積為0.74公頃，其中面層厚度為100mm、孔隙比為0.15。

2）植草溝。植草溝是一種種植有植被的地表雨水排放溝渠，一般建于道路、廣場等硬質(zhì)地面旁。考慮到北高南低的地貌性質(zhì)，在三條南北向的道路設(shè)計中，在單側(cè)或雙側(cè)設(shè)計3米寬的植草溝，最終流進北部的天然溝渠。布設(shè)的植草溝面積為0.31公頃，其中蓄水深度為200mm，寬度為3m，糙率為0.2。

圖3 吉林建筑大學(xué)南校區(qū)低影響開發(fā)示意圖

3）下凹式綠地。將中心廣場的西側(cè)被建筑圍繞的宅間綠地和地塊最西側(cè)的宅中綠地改成下凹式綠地，調(diào)整綠地和雨水口的高程關(guān)系，使建筑、道路的雨水流進下凹式綠地。布設(shè)的下凹式綠地面積為0.64公頃，其中蓄水深度為100mm。

4 低影響開發(fā)措施的水文效應(yīng)分析[4]

為有效避免開發(fā)建設(shè)帶來的盲目性，本文采用由美國國家環(huán)保署開發(fā)的雨水管理模型SWMM，主要用于模擬單一降水事件或長期降雨系列的動態(tài)降雨——徑流模擬計算機程序[1]，對吉林建筑大學(xué)南校區(qū)進行模擬。

結(jié)合SWMM模型以及對吉林建筑大學(xué)南校區(qū)的規(guī)劃設(shè)計方案進行模型概化，共劃分14個子匯水區(qū)、62條雨水管線。透水表面的曼寧系數(shù)為0.15，不透水表面的曼寧系數(shù)為0.11。降雨入滲過程采用Horton入滲模型進行模擬，模擬需要輸入的最大入滲率為80mm/h、最小入滲率為12mm/h[1]。本文利用重現(xiàn)期為1年、2年、5年的設(shè)計降雨,時間間隔t=5min，對傳統(tǒng)開發(fā)后和實施低影響開發(fā)方案的兩種情況進行模擬。其中采用徑流系數(shù)、洪峰時刻、洪峰流量兩個指標(biāo)來分別評價上訴三種低影響開發(fā)措施的布設(shè)方案。

如表1所示，實施低影響開發(fā)后很大程度上改變了徑流系數(shù)和洪峰流量，尤其在小降雨事件中。實施低影響開發(fā)后，徑流系數(shù)和洪峰流量削減率隨著設(shè)計暴雨的增大而減小，例如在重現(xiàn)期為1年的設(shè)計暴雨中，實施低影響開發(fā)后較傳統(tǒng)開發(fā)后削減率為18.75%，洪峰流量削減率分別為4.9%、0.17%、48.1%；重現(xiàn)期為2年的設(shè)計暴雨中，削減率為15.4%，洪峰流量削減率分別為0.1%、0%、25.05%；重現(xiàn)期為5年的設(shè)計暴雨中，削減率為12.28%，洪峰流量削減率分別為0%、0%、7.5%。洪峰時刻隨著實施低影響開發(fā)后也隨即延遲，延遲時間的長短取決于布設(shè)低影響開發(fā)措施的面積。

從徑流系數(shù)、洪峰流量、洪峰時刻這三個指標(biāo)來看，實施低影響開發(fā)能夠起到雨水調(diào)控作用，尤其對于小降雨事件效果突出。因此，在規(guī)劃設(shè)計中結(jié)合豎向規(guī)劃進行低影響開發(fā)對于雨洪管理和調(diào)序起著至關(guān)重要的作用[2]。

5 結(jié) 語

本文通過結(jié)合吉林建筑大學(xué)南校區(qū)方案設(shè)計，借鑒國內(nèi)外對低影響開發(fā)的相應(yīng)措施，從場地降雨的源頭進行調(diào)控，應(yīng)用多樣的技術(shù)措施，對南校區(qū)進行低影響開發(fā)設(shè)計。研究結(jié)果表明，低影響開發(fā)模式應(yīng)用于校園，可以為我國建設(shè)綠色生態(tài)校園起到一定的指導(dǎo)性作用，并為我國高校建設(shè)海綿校園的規(guī)劃設(shè)計提供借鑒與參考。

[1]何爽，劉俊，朱嘉祺．基于SWMM模型的低影響開發(fā)模式雨洪控制利用效果模擬與評估[J]．水電能源科學(xué)，2013,12

[2]???,???,???,???,???,???.????????????????????????????????????[J].?????????,?5 1?,2009,6

[3]丁年，李子富，胡愛兵，任心欣．深圳前海合作區(qū)低影響開發(fā)目標(biāo)及實現(xiàn)途徑[J]．中國給水排水，2013,11

[4]李彧．綠色校園景觀中的低影響開發(fā)設(shè)計[J]．建筑節(jié)能與綠色建筑，2014,09

[5]馬競一，王錦．基于LID開發(fā)模式的云南工商學(xué)院海綿校園規(guī)劃設(shè)計[J]．林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2016,04

[6]李晶，劉志生，薛喜權(quán)，于相國，張波，岳奕彤．長春市降雨特征及雨型分析研究[J]．中國給水排水，2015,3

Research on the campus planning and design based on low impact development

Recently, with expanding the scale of the university, universities has been beginning the new campus construction．Low impact development(LID) approach will be widely applied in more and more cities since it became an innovation approach for stormwater management which has become a new trend in China． This article takes Jilin Jianzhu University as an example, combining campus master planning design with computer modeling, introducing the hydrological and ecological effects caused from low impact development of campus construction． It purposed some design principles and planning strategy which is suitable for new campus construct low impact development． Moreover, it put some inspiration and learning for the ecological sustainable development of campus in China．

campus planning; Low impact development; planning and design

TU98文獻辨識碼：B

1003-8965(2017)01-0015-02