基于低影響開發的校園雨洪管理系統的研究

王文芬 張 羽

（1．江蘇建筑職業技術學院建筑智能學院，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境中綠色生態系統，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過程的考慮以及對形成校園雨洪的管理，因此很多校園內部經常出現積水和洪澇等現象。在當前我國大力推進以低影響開發系統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]。基于海綿城市的建設理念，把生態優先原則貫穿于校園規劃、建設和管理的全過程，將自然途徑與人工措施相結合，在利用低影響開發技術減輕校園內澇危害的同時，最大限度地實現雨水的自然積存、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環境保護，實現環境與水資源的協調發展，使校園能夠像海綿一樣，在適應環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 校園雨洪管理現狀分析

1.1 區位

江蘇建筑職業技術學院坐落于江蘇省三大都市圈之一、淮海經濟區中心城市——徐州。學校坐落于南區大學城，地處徐州市泉山風景區，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

江蘇建筑職業技術學院占地總面積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、小廣場等硬質廣場，機動車道、步行道等校園道路，綠地、水體等。經測算，建筑屋頂面積為40 萬m2，硬質廣場（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（校內景觀河道）面積7 600 m2。在校園中，建筑屋面、硬質廣場、道路為不透水面，面積約為469 800 m2，約占總面積的65%。學校總體地形為西北高東南低，地面高程為46 m～68 m。

學校總體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 江蘇建筑職業技術學院校區GPS 控制點成果表

1.3 降雨規律分析

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中心位置，其余各站均位于城區周邊之外，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 徑流規律分析

江蘇建筑職業技術學院可形成雨水徑流的匯水面有建筑屋面、硬質廣場、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φc為0.85；硬質廣場匯水面面積約為12 900 m2，相應的徑流系數φc為0.5；道路匯水面面積為約56 900 m2，相應的徑流系數φc為0.8；綠地匯水面面積約為243 000 m2，相應的徑流系數φc為0.15，各類匯水面面積及相應徑流系數統計見表3。

雨水徑流總量可按式（1） 計算：

圖1 江蘇建筑職業技術學院GPS 控制點布置示意圖

圖2 皮爾遜Ⅲ型曲線法計算圖

表3 現有各匯水面及相應徑流系數統計表

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，即同一時段內徑流量與降水量之比；依據《建筑與小區雨水控制及利用工程技術規范（GB 50400—2016） 》，綠地徑流系數為0.15，硬質不透水面綜合徑流系數取0.7。

徐州市地處暖溫帶濕潤、半濕潤季風氣候區，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[9]。由公式（1） 可計算出不同降雨條件下江蘇建筑職業技術學院各匯水面的雨水徑流量，將計算結果列入表4。由表4 中的計算結果分析可知，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地。

表4 各匯水面徑流量統計表

2 現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、調節區域水文循環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》中規定的要求。但是學校大多數綠地仍舊為傳統的方式，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，綠地的生態功能效益未得到最大程度的發揮。同時學校基本未將綠地納入管理校園雨水的范疇，整個校區雨水的排放還是通過地下雨水管網匯集后排向城市管網。當遭遇大暴雨時，校園內尤其是硬質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0.55。

表5 局部改造前后各水面面積統計表

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為季節折減系數，徐州為0.84。

β為初期雨水棄流系數，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《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《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91 d，由江蘇氣象發布1981～2019 年氣象資料統計計算徐州地區每年平均降雨日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：該區域平均每年辦公樓用水量為625 m3；該區域平均每年澆灑道路用水量為1 890 m3；該區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過程，也降低了非點源污染。