基于綠色基礎設施理論的高校校園雨洪管理研究
——以威斯康辛大學麥迪遜分校為例

姜 濤， Ahmad Hassan, 楊羽嶠

(1. 貴州大學林學院，貴州貴陽 550025; 2. 四川省建筑設計研究院，四川成都 610017; 3. 四川農業大學林學院，四川成都 611130)

1 綠色基礎設施概況

綠色基礎設施(Green Infrastructure ,GI)是起源于美國的一種城市設計理念，其在保護自然系統和進程、減少建成區的環境影響等方面發揮著重要作用。綠色基礎設施是由水道、濕地、林地、野生動植物棲息地和其他自然區域(如綠道、公園等自然保護地；農場、牧場、森林和荒野等開放空間)構成的相互聯系的生態網絡，該網絡可以有效改善社區和人類的健康和生活品質、維持鄉土物種生存和自然生態進程、保持空氣和水資源的安全[1]。美國環保署(EPA)對其定義還包括了模仿自然進程的工程化系統[2]。雨洪管理是綠色基礎設施的一項重要功能，一些小型的分散化的雨水最佳管理實踐(BMP)如綠色屋頂、雨水花園、透水性鋪地等都屬于綠色基礎設施的實踐類型。這些實踐類型的組合應用可以有效地截留、滲透和過濾場地的雨水，從而可以起到控制雨洪、減少徑流污染、回補地下水、改善下游水系環境等作用。在美國環保署不斷倡導將綠色基礎設施作為雨洪管理的生態可持續方法的背景下，美國很多城市如費城、波特蘭、紐約等已經將綠色基礎設施建設作為城市雨洪管理的重要手段和途徑[3-5]。

2 美國高校綠色基礎設施的相關研究和案例

美國很多高校都制定了校園可持續發展規劃甚至專門的雨洪管理規劃，這些規劃能夠立足學校發展的實際情況，具有很強的指導性和可操作性，對于校園綠色基礎設施的建設有著較大的推動作用。美國環保署也鼓勵高校校園的雨洪管理創新，其在2012年起發起的年度高校競賽項目(campusrainworks challenge)旨在通過綠色基礎設施的設計途徑來管理校園的雨水徑流并提供多方面的綜合效益。該競賽明確了高校在雨洪管理的設計、創新和研究以及新技術和新理念傳播方面的重要地位。研究方面，一些高校設有專門的綠色基礎設施研究機構，為GI的科研、教學、實踐和合作提供平臺。如華盛頓大學的綠色未來實驗室，致力于培養社區伙伴關系。通過公共機構、規劃設計顧問和科研人員的合作，給學生提供通過GI設計直接解決西雅圖城市實際問題的機會；新罕布什爾大學的雨洪中心致力于為寒冷天氣下GI的設計提供科學依據，該中心通過對比研究不同GI設施的績效并提供基礎支撐數據。

實踐方面，如波特蘭州立大學Shattuck生態學習廣場，強調可持續景觀的可視化，該廣場集合了垂直花園、透水鋪地、綠色屋頂等GI設施，持續的監測既可以提供GI績效的研究數據，又可以為師生提供教學與實踐場地。

3 威斯康辛大學麥迪遜分校的綠色基礎設施內容

威斯康辛大學麥迪遜分校建于1848年，是美國歷史悠久的世界著名高校。其校園歷史文化內涵豐富，尤其以各個時代建設的建筑為特色。目前，校園很多建筑是二戰后興建的，已經接近其設計使用壽命。在該校總體規劃和其他校園政策等都強調可持續校園建設的背景下，該校投入了大量資金進行校園基礎設施的維護、替換和更新，這也為校園綠色基礎設施的實踐提供了機遇。2015年該校設施與管理部門官網公布了《綠色基礎設施/雨洪管理總體規劃》的文件，該文件為該校未來實施、評估和分享新的可持續校園建設方案奠定了良好的基礎。通過對該文件的分析，可以得出以下主要內容[6]。

3.1 雨洪管理的標準和政策

威斯康辛大學麥迪遜分校除了要遵守聯邦、州和所在城市相關雨洪管理法規外，其還結合校園情況制定了更詳細、更有針對性的校園雨洪標準和政策。如城區績效標準要求校園的總磷(TP)要減少61 %以上，并在公共教育和外聯、公眾參與、非法排放檢測和消除、施工場地徑流控制、施工后場地雨洪管理、污染預防等方面采取相應的策略和措施。又如校園場地設計標準要求項目建設后場地的年平均總懸浮固體(TSS)要減少80 %以上，施工侵蝕控制和沉積物標準要求所有項目都要制定侵蝕控制規劃并實施最佳管理實踐(BMP)等。這些標準和政策能夠很大程度上為該校GI的有效實施提供制度上的保障。

3.2 綜合性的綠色基礎設施實踐

威斯康辛大學麥迪遜分校的GI實踐包括校園(多站點)和場地兩個層面，前者側重于場地開發程度低、服務集水區面積大的BMP設施布局，后者則側重于場地可利用條件有限、中小尺度BMP設施的設計。校園尺度的實踐目的是截留和處理已經通過現有的基礎設施收集的雨水，并將其轉移到具體的GI設施或區域進行集中的處理，這就為處理來自校園街道和其他空間的雨水徑流而不僅僅是單一建筑場地的雨水徑流提供了機遇。借助于 Win SLAMM等雨洪模擬軟件可以很好地指導GI在校園規劃設計中的應用。在綜合分析基礎上該校采取的多站點實踐包括Marsh Lane生物過濾區域、Horse Barn生物過濾區域、Willow Creek濕地、靠近東娛樂場地的地下雨水調蓄室(Detention Chamber)等。場地層面的實踐包括土地利用調整、雨水利用和收集、綠色街道、透水鋪地、綠色屋頂、過濾和滲透、植被洼地、濕式滯留地、人工濕地、可替代傳輸方法(Alternative Conveyance Methods)、路基儲存和城市樹冠等。

3.3 基于未來土地利用變化的機遇

該校2015年校園總體規劃為其未來20年的校園發展和建設道路指明了方向，也為未來土地變化和重建提供了實施GI的機遇。這些機遇包括Lot 60附近地區對新建的綜合娛樂場地和改造的停車場，通過GI的設計和排水系統改造來實現減少污染物的目的；Willow Creek廊道的修復；肌肉生物學與肉品科學實驗室的拆除和重建以及林登大道的改造等都為未來將該區域建設成為綠色社區提供了現實需求；Near East運動場和游泳館的重建盡管沒有增加額外的地上空間，但其靠近雨水管道交匯處的優勢可以為地下雨水設施建設提供機遇；Lot 34的拆除和Observatory Hill的景觀提升為建造可見的雨水徑流處理設施奠定了基礎；通過“大街區”(super block )建設提供充足的開放空間和庭院并與GI設施充分結合；南校區高密度的城市化條件則適合小型分散的兼具娛樂和社交功能的GI設施；公共設施和交通設施改造等。

3.4 綠色基礎設施實踐的影響

根據政府相關要求，威斯康辛大學麥迪遜分校需要對校園下墊面采取措施以減少其雨水徑流中的污染物，從而達到保護Rock River流域的目的。為滿足相關TMDL(最大日污染負荷)政策要求的73 %的TSS年削減量，通過WinSLAMM軟件模擬可以得出校園在2015年基線情況下的TSS產生量為168 000磅(約76 203 kg)，其中可以進行削減的包括校園現狀BMP設施削減52 000磅(約23 586 kg)，校園總體規劃土地利用調整削減8 000磅(約3 628 kg)，區域層面的BMP設施規劃削減24 000磅(約10 886 kg)，尚未達到TMDL的要求。因此，在此基礎上，該校提出通過建設適應性管理項目來削減至少39 000磅(約17 690 kg)TSS以滿足TMDL的具體要求。

4 對我國海綿高校建設的啟示

4.1 制定校園雨洪管理相關政策和規劃文件，并嚴格執行

美國聯邦、州和地方政府都制定了較為完善的雨洪管理政策體系，這些政策內容詳實，并且將法律強制性和激勵性很好地結合。在此基礎上，為滿足相關雨洪管理硬性要求，改善校園綜合水環境，許多美國高校也制定了校園范圍內的雨洪管理規劃文件或相關的景觀規劃手冊和標準等，這些校園規劃文件對校園內的建設項目具有重要的實踐指導作用。如威斯康辛大學麥迪遜分校編制的校園總體規劃、景觀總體規劃、雨洪管理規劃、設計導則等文件，都對校園項目的雨洪管理有著一定的要求，共同實現校園可持續性、美觀性、功能性、連貫性等目標。我國高校應該抓住海綿高校、綠色校園、節約型校園建設等契機，積極制定校園雨洪管理規劃文件，或在校園總體規劃、建筑規劃或景觀規劃編制中增加相應雨洪管理專項規劃內容，并使其能夠與校園建設項目進行銜接，使校園綠色基礎設施建設真正能夠落到實處。

4.2 以校園更新改造和科研、教育為契機，建設GI示范項目

鑒于資金、場地和環境等多方面原因，我國有很多高校尚不具備全面實施綠色基礎設施建設的條件，鑒于此這些高校可以嘗試在單一項目改造(如建筑改造、綠地改造或水體修復等項目)或科研項目中建設具有示范意義的GI設施，如綠色屋頂、雨水花園、透水鋪裝、人工濕地或池塘等。這些設施經過藝術化的設計可以實現美學、教育、科研、娛樂和公共關系等多種功能。如威斯康辛大學麥迪遜分校對南校區Distribution Loop的綠色街道改造，對Lot 60拆除并改造為Marsh Lane生物滯留區域等。我國高校目前已經積極開展相關的實踐，如華中科技大學王通老師團隊從2013年開始實施的綠色屋頂科研項目，清華大學的勝因院雨水花園建設項目等，但總體還處于探索階段。

4.3 對校園雨水相關基礎設施進行調查、維護和管理

校園雨水相關基礎設施的調查是開展海綿校園建設的基礎，也是進行綠色基礎設施設計的前提和依據。加強對這些設施的維護和管理對于校園的雨洪管理也有著重要的作用，屬于校園雨洪管理非結構措施的重要組成部分。美國高校采用的常用方法包括注重繪制并更新校園雨水基礎設施的地圖；保持定期雨洪管理的記錄與報告；校園街道清掃；落實雨水基礎設施維護責任；校園基礎數據收集(如用水情況、不透水面、土壤、水系污染、雨水污染等)統計；雨水蓋標記；校園BMP設施運行評估；施工場地廢物控制等。如威斯康辛大學麥迪遜分校要求對地下滯留設施要每年至少檢查2次，并根據需要進行清潔；生物過濾區域每月檢查一次，檢查內容包括檢查沉積物是否堆積、堵塞和侵蝕，垃圾、有機物和碎片是否堆積以及植物健康情況等；對透水鋪裝應每年至少檢查一次，評估內容包括路面狀況、排水和排水口情況、表面滲透狀況和是否堵塞等。

4.4 加強對校園水文情況的前期科學分析，并進行GI規劃后的效果評估

前期水文分析是影響海綿校園建設成功與否的重要因素，對于掌握校園的實際水文情況和評估校園的雨洪問題都有著重要的意義。我國高校校園應積極借鑒國外的雨洪管理分析軟件，加強對校園實際水文情況的科學分析，并對規劃后的綠色基礎設施進行雨洪管理軟件模擬以評估規劃前后校園在雨水徑流量、污染物的變化以及不同BMP設施的具體效果等。如威斯康辛大學麥迪遜分校由于要實現對進入Rock River流域TSS和P的削減要求，因此需要借助計算機模擬現狀和不同發展情景下未來校園污染物的負荷情況等，評估結果可以為海綿校園建設決策提供科學依據。該校采用的是所在威斯康辛州廣泛應用的WinSLAMM軟件，該軟件可以模擬城市非點源污染物和其下游污染物負荷輸出之間的關系，還可以評估不同BMP設施的具體控制效果，如多孔路面、生物過濾區域、帶有排水系統的集水池、濕滯留塘、滲透設施等。

4.5 積極開展多部門、多學科合作，并重視校園師生對雨洪管理實踐的參與

校園雨洪管理是一項綜合性的工作，需要多部門、多學科的合作，也需要校園師生對雨洪管理的積極支持和參與。美國很多高校都重視合作，也重視師生對校園雨洪管理規劃的支持，并注重將其科研成果和建議應用到實際校園決策中。我國高校在合作、教育和師生參與方面可以借鑒美國方面的一些經驗。如美國天普大學可持續社區中心和維拉諾瓦城市雨水合作伙伴的跨機構合作，其目的是促進相關的研究協作(主要是監測規劃的標準化)，支持各種綠色基礎設施的推廣形式(如研討會、咨詢委員會、參觀等)，推進BMPs示范項目的建設；美國路易斯安那州立大學在風景園林課程中對雨洪管理專項教育課程的開設，并與實際的景觀規劃項目結合，以提高在校學生的雨洪管理理論和實踐知識；又如威斯康辛大學麥迪遜分校撥款支持了多個校園雨洪管理科研項目，其中2014年由James LaGro等撰寫的《邁向2025年的示范校園—用于雨洪管理的綠色基礎設施》報告文件(Green Infrastructure for Stormwater Management:Toward a Model Campus by 2025)對該校實施綠色基礎設施的現狀與建議等做了詳細的剖析，內容涉及設計、交流、教育、問責、規劃、資金等多個內容，很多建議如在設計階段就考慮納入GI的可能性；增進校園規劃決策部門和師生之間的溝通，讓其能夠參與進來等都被校園決策部門采納。