校園海綿城市設(shè)計(jì)方案

校園海綿城市設(shè)計(jì)方案海綿城市建設(shè)中的綠色基礎(chǔ)設(shè)施本質(zhì)上是改變傳統(tǒng)城市建設(shè)理念，使城市具備彈性適應(yīng)環(huán)境變化與自然災(zāi)害的能力，通過海綿城市建設(shè)手段，實(shí)現(xiàn)開發(fā)前后水文特征保持不變。西寧市于2016年開始海綿城市建設(shè)，是全國第二批海綿城市試點(diǎn)中西北地區(qū)典型城市，具有鮮明的氣候特征。此類特殊氣候條件要求海綿設(shè)施考慮凍土層厚度，并需在凍土季前排空調(diào)蓄型海綿設(shè)施中的雨水。同時(shí)，針對(duì)濕陷性黃土等不利地質(zhì)條件嚴(yán)格控制雨水花園、植草溝等生物滯留設(shè)施距離校園建筑物的距離，防止引起局部沉降。西寧七中文博校區(qū)位于青海省西寧市海湖新區(qū)，是西寧市海綿城市示范區(qū)內(nèi)的改造項(xiàng)目。校園海綿城市建設(shè)面臨兩方面難點(diǎn)。其一是地表徑流產(chǎn)生量大，本項(xiàng)目需達(dá)到西寧市海綿城市規(guī)劃中年徑流總量控制率為76%的目標(biāo)，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量為8.5mm。校園鋪裝場地等面積較大，綜合徑流系數(shù)較高，雨水徑流量較大，導(dǎo)致設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積較大。其二是海綿城市建設(shè)的同時(shí)需要滿足校方的教學(xué)需求，需對(duì)教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)與海綿城市設(shè)施相融合的方案進(jìn)行探討，并保障場地與學(xué)生安全。本文以學(xué)校教學(xué)生活特征和現(xiàn)狀問題為導(dǎo)向，進(jìn)行多目標(biāo)的海綿城市建設(shè)設(shè)計(jì)，解決雨水控制利用，將長廊、廣場等學(xué)習(xí)生活場景與海綿設(shè)施和諧融于一體，將綠色交流空間構(gòu)建與海綿戶外觀察融于一體，將自然調(diào)蓄與自然美育結(jié)合。1

現(xiàn)狀分析1.1

下墊面與豎向分析由于學(xué)生活動(dòng)及教學(xué)需要，校園內(nèi)廣場與操場面積較大，主要為不透水鋪裝(占67.86%)，綠化面積相對(duì)較小，面積占比僅為21.59%，綜合徑流系數(shù)約為0.82(表1)。校園范圍內(nèi)整體平坦，呈現(xiàn)北高南低、西高東低的豎向特征。北側(cè)局部坡向北側(cè)綠地，東側(cè)室外操場低于西側(cè)區(qū)域約為2m。1.2

現(xiàn)狀校園排水方式屋面雨水排放：綜合教學(xué)樓采用內(nèi)排水方式，其他校園建筑均采用雨落水管外排雨水的排水方式。地面雨水排放：在西側(cè)機(jī)動(dòng)車車道、學(xué)生活動(dòng)廣場、室外操場均分布雨水口，收集地面雨水徑流?，F(xiàn)狀雨水管網(wǎng)：沿西側(cè)機(jī)動(dòng)車道、中央景觀軸線分別布設(shè)雨水排水主管，管坡由北向南，與綜合教學(xué)樓內(nèi)排雨水管網(wǎng)相接；室外操場雨水排水至綜合教學(xué)樓東南側(cè)，接入學(xué)校南側(cè)美麗水街市政雨水管網(wǎng)。1.3

現(xiàn)狀雨水排水問題分析(1)現(xiàn)狀教學(xué)樓建筑的散水出現(xiàn)破損、反坡現(xiàn)象，一方面影響雨水徑流收集，造成局部積水；另一方面易造成建筑外墻局部凍漲、破損。(2)雨水徑流直接匯入排水管網(wǎng)，未經(jīng)生物滯留源頭凈化，一方面造成短時(shí)徑流量較大；另一方面雨水徑流未經(jīng)源頭凈化，為區(qū)域地表水質(zhì)量造成一定壓力。(3)校園硬質(zhì)下墊面面積較大，導(dǎo)致綜合徑流系數(shù)較大。2

海綿校園目標(biāo)與措施分析進(jìn)行問題導(dǎo)向改造，達(dá)成4個(gè)建設(shè)目標(biāo)。(1)海綿城市建設(shè)，調(diào)蓄與凈化雨水徑流。針對(duì)校園特征進(jìn)行適應(yīng)性海綿設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目達(dá)成年徑流總量控制率為76%的目標(biāo)，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量為8.5mm。(2)生態(tài)綠地，打造野趣的海綿花園，雨水花園內(nèi)植物配置充分滿足生態(tài)性與景觀性，參考高原植物配置，打造具有地域生態(tài)特色的近自然綠地。(3)學(xué)生參與，增加戶外研習(xí)體驗(yàn)，學(xué)校海綿城市建設(shè)需提升公眾參與度，擴(kuò)大科學(xué)科普。在本次海綿設(shè)施細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中，增加設(shè)施可視性、海綿設(shè)施的承重能力，為學(xué)生提供近距離觀察條件。同時(shí)，新增的下凹綠地等開辟為學(xué)生實(shí)驗(yàn)田，形成利用雨水、觀察自然的戶外實(shí)踐用地。(4)校園回憶，構(gòu)建綠色交流空間，將雨水調(diào)蓄、自然美育、學(xué)生活動(dòng)結(jié)合，豐富海綿設(shè)施的使用層次，為學(xué)生提供多樣的戶外課堂。相似建設(shè)案例和相關(guān)研究顯示，校園海綿城市建設(shè)目標(biāo)具有多樣性特征，對(duì)雨水徑流的調(diào)蓄與凈化僅為多樣目標(biāo)之一，針對(duì)此特征設(shè)定兩方面措施：海綿城市建設(shè)、“海綿+”改造，具體改造措施如圖1所示。(1)海綿城市建設(shè)：以水生態(tài)、水環(huán)境、水安全、水資源為目標(biāo)，通過灰色設(shè)施與綠色設(shè)施結(jié)合，有組織地收集雨水，促進(jìn)雨水滲透，增加源頭調(diào)蓄凈化，豐富雨水利用，減輕末端管網(wǎng)排水負(fù)擔(dān)。(2)“海綿+”提升：以師生“獲得感”和“參與感”為目標(biāo)，結(jié)合海綿設(shè)施增加學(xué)生實(shí)踐用地，提升景觀效果，將自然調(diào)蓄與自然美育結(jié)合，打造海綿綠色空間。3

海綿城市建設(shè)方案3.1

設(shè)計(jì)依據(jù)本項(xiàng)目參照《西寧市海綿城市建設(shè)項(xiàng)目系統(tǒng)性方案詳細(xì)規(guī)劃(2016～2018年)》中年徑流總量控制率在76%以上，年徑流污染物削減率在40%以上的建設(shè)目標(biāo)，且將《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(試行)》、《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50014—2006)、《雨水控制與利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(DB11/685—2013)、《城市雨水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)暴雨徑流計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》(DB11/T969—2013)作為主要設(shè)計(jì)依據(jù)。3.2

雨水徑流路線針對(duì)現(xiàn)狀問題，將雨水管理對(duì)象劃分為屋面雨水、道路雨水、場地雨水，相較于海綿城市建設(shè)提出的“滲、滯、蓄、凈、用、排”方針，西北地區(qū)海綿城市建設(shè)更強(qiáng)調(diào)“滲”和“滯”的源頭減排思路，將雨水有組織收集后優(yōu)先排入綠地進(jìn)行調(diào)蓄。雨水徑流路線如圖2所示。(1)屋面雨水：雨落水管斷接至蓋板排水溝排入生物滯留設(shè)施(雨水花園、下凹綠地等)。(2)場地雨水：鋪裝改造與增加綠地面積，以減少雨水徑流；雨水徑流就近匯入綠地調(diào)蓄，或經(jīng)蓋板排水溝收集后排入下凹式綠地或雨水花園進(jìn)行調(diào)蓄與凈化。(3)道路雨水：調(diào)整修復(fù)路面，使其坡向單側(cè)蓋板排水溝，雨水經(jīng)有組織收集后排入雨水實(shí)踐田，或排入校園雨水管網(wǎng)。3.3

設(shè)計(jì)分區(qū)根據(jù)現(xiàn)狀校園的雨水管網(wǎng)和場地豎向分析，校園可分為4個(gè)排水分區(qū)，如圖3所示。其中，室外塑膠操場現(xiàn)狀排水管網(wǎng)完好，與場地教學(xué)樓區(qū)存在明顯的豎向關(guān)系，其雨水徑流不會(huì)對(duì)其他教學(xué)樓區(qū)產(chǎn)生影響。同時(shí)，考慮操場使用功能與學(xué)生活動(dòng)安全，對(duì)塑膠操場不進(jìn)行源頭改造。降低操場南側(cè)綠地豎向，種植土完成面低于操場10cm，調(diào)控部分徑流。3.4

設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積計(jì)算根據(jù)《西寧市海綿城市建設(shè)項(xiàng)目系統(tǒng)性方案詳細(xì)規(guī)劃(2016～2018年)》及修正意見，該改造項(xiàng)目確定年徑流總量控制率目標(biāo)為76%，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量為8.5mm。根據(jù)計(jì)算，校園的綜合徑流系數(shù)為0.82，則設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積應(yīng)為259.6m3。各排水分區(qū)分別為84.6、37.6、65.3、44.1m3(表2)。4

“海綿+”提升方案(1)增加綠地面積增加校園內(nèi)綠地面積約400m2，設(shè)計(jì)為下凹式綠地，可調(diào)蓄場地雨水徑流。同時(shí)，將校園外北側(cè)待建地塊6000m2劃為校園附屬綠地，其中綠地面積為2500m2，結(jié)合設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積計(jì)算，設(shè)計(jì)1100m2為下凹綠地。(2)增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)田于原有鋪裝廣場增加下凹實(shí)驗(yàn)田，下凹深度為15cm，供師生種植農(nóng)作物及蔬菜，用于科學(xué)試驗(yàn)觀察，同時(shí)調(diào)蓄周邊廣場徑流，發(fā)揮綠地海綿作用。于校園外北側(cè)綠地，增加學(xué)生航?；亍?shí)驗(yàn)田、旱溪，分區(qū)二的道路雨水徑流由蓋板排水溝有組織收集后，排入校園外北側(cè)旱溪及實(shí)驗(yàn)田，其中實(shí)驗(yàn)田為1100m2，航?；貫?00m2。(3)增加交流空間拆除原有景觀座椅，并安置在由新增下凹綠地與雨水花園合圍的廣場，形成座椅上的“發(fā)現(xiàn)之旅”，升級(jí)一片可觀察、可交流的活動(dòng)空間，構(gòu)建一個(gè)充斥著一系列學(xué)校故事、社會(huì)動(dòng)態(tài)和個(gè)人回憶的文化長廊。5

指標(biāo)校核與建設(shè)效果分析5.1

年徑流總量控制率指標(biāo)校核建設(shè)后，綜合徑流系數(shù)由0.82降低為0.81?？傉{(diào)蓄容積為330.78m3，滿足年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積需求，如表3所示。5.2

建設(shè)效果項(xiàng)目建設(shè)后，雨水徑流有組織收集率顯著提高，雨水有組織收集后優(yōu)先排入雨水花園等生物調(diào)蓄凈化設(shè)施，局部由豎向問題產(chǎn)生的積水點(diǎn)消除；原大面積硬質(zhì)廣場中增加了下凹綠地，既可調(diào)蓄廣場產(chǎn)生的地表徑流，又豐富了校園景觀?？⒐ず?，已經(jīng)歷多場大雨考驗(yàn)，雨水花園等海綿設(shè)施運(yùn)行正常，雨水管網(wǎng)徑流明顯減少，校園內(nèi)沒有出現(xiàn)積水內(nèi)澇現(xiàn)象。新增下凹實(shí)驗(yàn)田(圖4)是本次建設(shè)的創(chuàng)新點(diǎn)，將“占用”校園空間進(jìn)行海綿城市建設(shè)，轉(zhuǎn)化為利用海綿城市建設(shè)增加教學(xué)實(shí)踐場地，并在下凹實(shí)驗(yàn)田入水口設(shè)計(jì)可承擔(dān)成年人行走的石籠，同時(shí)減緩短時(shí)暴雨徑流對(duì)種植土壤的沖刷，亦方便學(xué)生觀測雨水徑流路徑、雨水量、水質(zhì)變化，鼓勵(lì)學(xué)生參與校園管理。6

討論(1)校園海綿城市建設(shè)目標(biāo)應(yīng)具有多樣性校園海綿設(shè)施對(duì)雨水徑流的管理、調(diào)蓄與凈化為多樣目標(biāo)之一，應(yīng)結(jié)合學(xué)生實(shí)踐、教學(xué)活動(dòng)等需求對(duì)校園景觀環(huán)境進(jìn)行提升改造。首先，達(dá)到海綿城市建設(shè)目標(biāo)，即以水生態(tài)、水環(huán)境、水安全、水資源為目標(biāo)，通過灰色設(shè)施與綠色設(shè)施結(jié)合，有組織地收集雨水，促進(jìn)雨水滲透，增加源頭調(diào)蓄凈化，豐富雨水利用，減輕末端管網(wǎng)排水負(fù)擔(dān)。同時(shí)，應(yīng)達(dá)到提升師生“獲得感”和“參與感”的目標(biāo)，將自然調(diào)蓄與自然美育結(jié)合，結(jié)合雨水花園、下凹綠地等海綿設(shè)施，提供觀察實(shí)踐空間，提升校園景觀效果。(2)校園海綿城市建設(shè)需要注重安全性校園內(nèi)學(xué)生活動(dòng)密集，海綿城市建設(shè)中需重視公共安全。冬季前，應(yīng)與海綿設(shè)施進(jìn)行排空維護(hù)，防止凍漲引起鋪裝破損。需嚴(yán)格控制雨水花園、植草溝與校園建筑物的距離，此類生物滯留設(shè)施與建筑的最小距離應(yīng)大于6m，防止由于可能的沉降影響建筑安全。設(shè)計(jì)雨水花園進(jìn)水石籠應(yīng)由承重外網(wǎng)包裹，防止學(xué)生出于好奇進(jìn)入雨水花園觀察時(shí)踩落。下凹綠地下凹深度不宜超過10cm，