低影響開發理念下海綿校園改造設計

魏馳原

（南京工業大學浦江學院 江蘇南京 211200）

引言

在水資源匱乏及城市雨水排放不通暢問題日益嚴重下，如何緩解用水壓力及排水壓力顯得尤為重要。“海綿校園”概念雖早已提出，但目前國內高校踐行力度較小。高校占地面積大，綠化多，校園內教學樓、公寓樓、圖書館等大型屋面建筑較多，通過低影響開發改造，在雨天可便捷、高效地將地面、屋面雨水收集，減少路面積水，經過處理達標后供給校園中水回用用水。雨水是自然水循環的重要組成部分，雨水的回收與利用與景觀結合是海綿校園建設的主要內容。

1 國內外研究概述

1.1 國內外發展現狀

目前國內的雨水利用主要有以下兩種方式：（1）綠化截留雨水。城市綠化中設置凹形綠地，低于地面高度，綠地中安裝雨水截留設施[1]。（2）建造人工雨水貯存構筑物。利用建筑物屋頂、庭院等防滲表面收集雨水，建設雨水儲存設施收集和儲存城市雨水，可用于周邊沖廁、洗車、消防、綠化和洗衣。國內海綿校園建設方面，天津農學院通過雨水花園、綠色屋頂、下凹式綠地等方式對校園道路、停車場、運動場、建筑等進行規劃設計[2]。廣州中醫藥大學通過摸查校園現有排水管道，進行雨水分流和海綿設施改造，并制定了日常監管維護制度[3]。

國外雨水利用的現狀如下：（1）日本在建筑屋頂設置“空中花園”，有效降低城市地表雨水量，增加城市的綠化面積，美化外部環境，凈化室外空氣，減少城市噪音以及城市熱島效應。另外建設儲存雨水設施，一方面控制了汛期的剩余徑流，此外還緩解了城市供水壓力。（2）在英國，以世紀穹頂為例。該建筑穹頂高50m，屋頂種植植被面積100000m2。雨水通過屋頂植被再被收集，為建筑提供100m3/d 的再生水作用于建筑內的廁所沖洗。（3）作為雨水利用設施規模較好的德國，在上世紀初就已經出版未受污染雨水的回用標準。新建住宅時必須設計雨水利用設施，否則將被征收相關費用。（4）美國雨水利用的目的是提高自然滲透能力，以應對城市化引起的河流下游洪水。普遍應用推廣技術是綠色屋頂系統和由植被、透水路面等組成的地表回灌系統[4]。國外海綿校園建設較為成熟，賓夕法尼亞大學通過校園綠地景觀系統可收集場地內95%的雨水；塞勒姆州大學將校園雨水回用與生態環境修復配合設計，運用濕地走廊設計，打造自然人文循環系統[5]。

1.2 發展趨勢

雨水的收集回用一方面減輕了排水壓力，減少路面積水，另一方面為非飲用水問題提供供水水源，可以緩解部分用水資源緊張現狀。雖然前期投資較大，但雨水利用減少了傳統排放中統一收集、處理的長距離管道投資[1]。近年來，隨著海綿城市概念的提出，雨水回用逐漸被關注，其未來發展趨勢主要有以下幾點[4][6]：（1）雨水回用正朝向標準化、產業化發展，出臺相關設施標準，讓雨水回用成為城市供水系統的重要輔助工程。（2）雨水回用設施的集成化，形成定型、組裝式成套設備。（3）雨水回用是一門綜合技術。雨水回用不是一個狹義的雨水資源利用和節約用水，它還可以包括減緩洪澇、補充地下水、控制雨水徑流污染、改善生態環境等，完善整個城區水循環系統。

2 研究區域概況

南京工業大學浦江學院溧水校區，總建筑面積約32 萬m2，由綜合樓、教學樓、實驗樓、宿舍樓、食堂、大學生活動中心、體育館、圖書館組成。在海綿城市的理念下，從綠色校園與海綿校園角度出發，對浦江學院校園進行海綿校園改造、雨水回用方案設計。針對校園地形、建筑、景觀綠化特點，在雨天可便捷、高效地將雨水收集，經過相關雨水處理系統后達到雜用水回用標準；亦可將校園中的湖泊水進行有效水質凈化；提高校園地面滲水面積，減小地面徑流，減少路面積水。

3 海綿校園改造探索

3.1 校園地面區域改造

由于校園地面多是不透水鋪裝，改變了原有的自然生態本底，因此自然滲透放在第一位。加強地表的滲透性可以減少地面積水、減小地表徑流，減輕降雨管道排水負擔。另外通過地下滲流補充地下水量，通過土壤凈化水質，改善區域微氣候。主要采用改變路面、地面鋪裝材料，通過下滲將雨水留下來。通過對綠化改造，根據校園現有綠化、地形地貌、功能區域劃分，采用植草溝、下凹式綠地、雨水花園進行海綿校園改造。

以浦江學院宿舍區為例，宿舍中庭作為學生宿舍生活的主要場所，必須保證它在雨雪等天氣下的干燥整潔，所以選擇透水地磚與人造草坪的結合。透水地面主要包含有透水面、透水找平層、透水基層、透水底基層和土基，在透水基層中還埋有PVC 排水管，以備水量過大時排出基層無法滲透的水。

運動場區域浦江學院為塑膠跑道塑料草坪，雨水滲透性差，所以改造以自然徑流為主。除了前期建設已經鋪設的跑道內側的內環排水溝，規劃在觀眾看臺一側設置外環排水溝，在足球場兩端設置端邊排水溝，以此來減少區域積水。排水溝就近接入周邊植草溝或校園雨水排水系統。在道路及廣場每隔一段距離設置縫隙式排水溝，分別連接到對應草坪上的植草溝處，在地面上形成網狀線性縫隙式排水溝，提高雨水徑流的收集，轉輸效率在道路與綠化邊界區域增加滲透性干式植草溝設施，采用倒拋物線形。中心綠化區域改造成下凹式綠地，它的理念是利用開放空間接收和儲存雨水，從而減少徑流排放。與植被淺溝相比，可以接收更多的雨水。下凹式綠地雨水口設置在綠地內且高于綠地高程。綠地采用百慕大草，其在小雨條件下滲透能力較高，達到73.197%。再配上馬尼拉，種植蔥蘭和高羊茅以提升觀賞性。另外在小面積綠化區域減少不透水路面鋪設，采用嵌草路面，常見的形式有花崗巖嵌草路、空心磚嵌草路、冰裂紋嵌草路等，提高區域的滯水性和滲水性。

浦江學院校園內有湖泊，其周圍可建設雨水花園，種植層、營養土層、碎石層和凈化層，所述凈化層內設有凈化裝置和滲水管，滲水管與雨水回收利用管道相連接。利用高差地形條件設置階梯式綠地，將雨水流行時間延長，同時雨水中的泥砂、樹葉等雜物截留在綠地內，凈化雨水的同時減小了雨水徑流對雨水花園種植層的沖刷；通過碎石層的過濾以及凈化層內凈化裝置的再次凈化，提升雨水水質條件，得到更廣范圍的利用[9]。在湖岸處建立過渡地帶護坡，上面可以種植適合護坡上生長的植物，低于湖岸路面。平時可作為湖岸綠色景觀，當水位上漲時，可作為第二階河床，以免湖水漲上岸。湖中加入適當的生態景觀浮島，既可改善水質也有觀賞效果。

3.2 校園屋面區域改造

建筑屋面改造是綠色建筑的重要組成部分，利用自然資源讓建筑與環境相融合，達到可持續發展、節能減排的目標。以浦江學院教學樓、實驗樓、圖書館為例，分為普通屋面雨水收集改造和綠色屋頂改造。坡面傾斜超過15 度、不適宜種植植物或未覆蓋綠化部分的屋面，增加雨水斗，方便雨水收集，防止樓頂積水。并安裝初期屋面雨水棄流裝置，雨水管接入校園雨水處理系統。屋面平整、面積大，適合設置綠色屋頂的建筑，通過在屋頂鋪設防水層、保護層、排水層、過濾層、土壤層以及植被層，可以達到保護建筑表層的目的。表面種植不同植被，可以延長屋面雨水徑流時間，達到滯留效果；并且雨水經由植物根系凈化過濾可直接進入雨水回用系統儲存利用。綠色植被層一方面可以作為景觀融入生態校園建設，另一方面可以吸收建筑熱量，改善校園空氣質量。

4 校園雨水收集回用系統

結合海綿校園改造建設，綠色屋面、可滲透地面、下凹綠地等進行雨水收集，通過現有或新建雨水管輸送，雨水回用系統分為兩條技術路線：（1）回用水只用于道路沖洗與綠化灌溉，因其對于水質要求低，直接采用具有“管道過濾的蓄水池”即可。（2）用于包括建筑沖廁、景觀用水和補充雜用水等。對初期雨水棄流，初處理、二次處理等步驟進行雨水處理，最終使雨水達到利用標準。以下雨水回用系統針對第2 條技術路線進行講解。

采用雨水的“收集–調蓄–處理–利用”整體思路，統籌解決雨水的“入”到“出”問題。雨水管網收集屋面雨水和地表徑流雨水，通過初期雨水棄流，一體化設備對雨水進行截污、沉淀、過濾、紫外消毒達到回用水水質要求，最后進行雨水利用。綠色屋頂、下凹式綠地和雨水花園因設施具有凈化裝置，采用分布式調蓄一體化裝置，可直接經調蓄消毒后進行利用。

此外，一體化設備與校園內部湖泊連通，在強降雨天氣可直接溢流至湖內，減輕市政管網排水壓力，亦可排盡替換回用池中的儲蓄雨水。在非汛期晴天天氣或校園湖泊水質較差的情況下，一體化雨水處理裝置可用于簡易水處理，凈化校園湖泊水質。技術路線如圖1所示。

圖1 校園雨水回用系統圖

雨水處理調蓄回用一體化設備通過現有機制、管網體系與新型雨水設計系統、工藝設備相結合，打造全新“低碳”設備，選用低阻力管材，降低水損，減少污水提升泵和加壓泵站的建設。現有的雨水收集裝置系統的維護操作復雜，并且對于藥劑的投加量難以控制，導致工作效率低下，對于投加量所造成系統的維修也是一筆大開支。本項目設計的一體化雨水收集回用裝置有著智能監測系統，對于藥劑的投加量有著很好的控制，遠程監控設備狀態，采集運行數據。

一體化雨水處理回用設備包括分流裝置、調蓄裝置、處理裝置、消毒裝置以及回用裝置。分布式調蓄回用設備包括調蓄裝置、消毒裝置及回用裝置。

（1）初期雨水分流。安設雨水計對雨水量進行監測，根據雨水量確定棄流初期雨水量。U 型分隔池采用高低擋板分隔，配設自動閥門，對初期雨水進行棄流，同時U 型分隔池不同于方形水池存在死角、池內細菌不易滋生，避免“死水”現象。

（2）粗過濾。一體化設備安裝粗過濾設施，粗格柵、濾網，截污掛籃、對初處理雨水進行粗過濾，并對濾物進行收集處理。

（3）絮凝沉淀單元。對粗過濾雨水進行絮凝沉淀，使用絮凝劑、通過設計管道液體流量采用射流方式將液體與藥物充分混合，減少機械攪拌后使用斜板沉淀池進行沉淀。

（4）活性炭吸附。活性炭比表面積較大、空隙較多，吸附性能強，可有效吸附水中大小不同的污染物，以達到凈化水質的目的。

（5）過濾消毒。一體化設備中配設雨水過濾器，紫外消毒裝置，對雨水精過濾、消毒進行不同程度的處理，使雨水滿足多方向利用。

（6）回用池。一體化設備配設液位計、水質分析儀；通過液位儀監控回用池水位變化解決晴天、雨天雨水蓄存問題，同時起到調蓄作用。

結語

在海綿城市的理念下，以浦江學院高校校園為研究對象，從綠色校園與海綿校園角度出發，進行海綿校園改造和雨水回用方案設計。針對浦江校園地形、建筑、景觀綠化特點，提高校園地面滲水面積，減小地面徑流，減少路面積水。在雨天可便捷、高效地將雨水收集，經過一體化低碳雨水處理系統后達到雜用水回用標準，亦可將校園中的湖泊水進行有效水質凈化。