高校新建校園雨水收集與利用探討分析★

張 偉，溫佳斌，徐志霄

(江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212400)

0 引言

高校是社會(huì)的重要組成部分，高校校園占地面積廣、建筑面積大、人口密集，擁有大量的教學(xué)、科研、行政及生活建筑物及配套設(shè)施，是社會(huì)的能耗大戶。同時(shí)，高校作為高知人群密集、肩負(fù)高等人才培養(yǎng)的重要陣地，在為社會(huì)培養(yǎng)和輸送人才的同時(shí)，也肩負(fù)著引領(lǐng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重任。如何建設(shè)且建好資源節(jié)約的、環(huán)境友好的校園，對(duì)人才培養(yǎng)、社會(huì)引領(lǐng)都具有重要的意義。

1 高校綠色校園建設(shè)發(fā)展情況

我國(guó)開(kāi)始高校綠色校園建設(shè)的標(biāo)志性文件是1996年 教育部頒布的《全國(guó)環(huán)境宣傳教育行動(dòng)綱要》，第一次提出了推進(jìn)高等學(xué)校開(kāi)展環(huán)境教育，組織開(kāi)展“綠色大學(xué)”創(chuàng)建活動(dòng)。

2008年以來(lái)，國(guó)家發(fā)改委、教育部等多部委聯(lián)合編制頒布了《高等學(xué)校節(jié)約型校園建設(shè)及管理技術(shù)導(dǎo)則(試行)》《關(guān)于推進(jìn)高等學(xué)校節(jié)約型校園建設(shè)進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校節(jié)能節(jié)水工作的意見(jiàn)》《關(guān)于印發(fā)<高等學(xué)校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則>及有關(guān)管理辦法的通知》等一系列文件，建立了節(jié)約型校園建設(shè)的長(zhǎng)效管理機(jī)制。

繼2011年同濟(jì)大學(xué)、浙江大學(xué)等10家單位發(fā)起成立了中國(guó)綠色大學(xué)聯(lián)盟之后，2016年在教育部牽頭下，由同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)等7家知名高校設(shè)計(jì)院發(fā)起成立了中國(guó)綠色校園設(shè)計(jì)聯(lián)盟，通過(guò)多年的不懈研發(fā)和推廣，最終于2016年完成了《綠色校園評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的編制并通過(guò)審查，填補(bǔ)了我國(guó)綠色校園評(píng)價(jià)工作的技術(shù)空白。

根據(jù)江蘇省水利廳數(shù)據(jù)顯示，江蘇省120所高校中有80余所高校建成節(jié)水型高校，占比超過(guò)70%；2021年江蘇省教育廳聯(lián)合省發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境廳、住房城鄉(xiāng)建設(shè)廳印發(fā)了《江蘇省綠色學(xué)校創(chuàng)建行動(dòng)方案》，計(jì)劃到2025年全省85%以上的學(xué)校達(dá)到綠色學(xué)校創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)。

2 海綿城市建設(shè)發(fā)展情況

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化發(fā)展速度的逐年攀升，城市內(nèi)澇問(wèn)題變得愈發(fā)凸顯。2013年習(xí)近平總書(shū)記在《中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議》的講話中強(qiáng)調(diào)：“提升城市排水系統(tǒng)時(shí)要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來(lái)，優(yōu)先考慮更多利用自然力量排水，建設(shè)自然存積、自然滲透、自然凈化的海綿城市”“海綿城市”概念成為現(xiàn)代城市建設(shè)的焦點(diǎn)。仇保興發(fā)表的《海綿城市(LID)的內(nèi)涵、途徑與展望》對(duì)“海綿城市”的概念給出了明確的定義，即城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，其核心是對(duì)雨水的吸收、存蓄、緩釋[1]。

我國(guó)全面開(kāi)始海綿城市建設(shè)的標(biāo)志性文件是2013年 國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于做好城市排水防澇設(shè)施建設(shè)工作的通知》。住建部于2014年發(fā)布了《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》，2015年公布首批海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市，正式開(kāi)展海綿城市建設(shè)試點(diǎn)示范工作，在防止城市內(nèi)澇、保障城市生態(tài)安全等方面取得了積極的成效。

2017年“海綿城市”首次寫(xiě)進(jìn)《政府工作報(bào)告》，海綿城市建設(shè)成為所有城市重視的“里子工程”。全國(guó)各省市相繼結(jié)合地區(qū)水文地質(zhì)特點(diǎn)，編制了地區(qū)性《海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》等文件。

3 高校校園建設(shè)雨水收集與利用存在的問(wèn)題

從節(jié)水型高校建設(shè)到節(jié)約型高校建設(shè)再到綠色校園建設(shè)，高校對(duì)節(jié)水、節(jié)能工作的重視程度不斷提高。在對(duì)標(biāo)考核標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，高校建設(shè)過(guò)程中對(duì)雨水收集與利用存在的問(wèn)題也愈發(fā)突出，主要體現(xiàn)為重收集、輕利用。

海綿城市建設(shè)的根本目的是增加區(qū)域?qū)τ晁奈铡⒋嫘睢⒕忈屇芰ΑＭㄟ^(guò)透水性鋪裝、下沉式綠地等措施，增加區(qū)域雨水調(diào)蓄能力、實(shí)現(xiàn)緩釋功能，從而實(shí)現(xiàn)城市內(nèi)澇防治目的。

而綠色校園建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)注的重點(diǎn)是對(duì)雨水年徑總量的控制率，這點(diǎn)和海綿城市建設(shè)的目的是一致的，而對(duì)雨水的利用情況，僅停留在有無(wú)階段。

這就導(dǎo)致高校在建設(shè)過(guò)程中，更多的關(guān)注于雨水的有效收集與校園節(jié)約用水宣傳，忽略了通過(guò)對(duì)雨水的有效二次利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效能。

4 以農(nóng)林類(lèi)高校為例的校園雨水收集與再利用方案

4.1 高校占地與建筑面積指標(biāo)

為限制高校超規(guī)模建設(shè)、減少高校負(fù)債率，科學(xué)規(guī)劃建設(shè)、提高國(guó)有資金的使用效率，教育部于2018年完成了《普通高等學(xué)校建筑面積指標(biāo)》(建標(biāo)191—2018)編制工作，經(jīng)住建部、發(fā)改委批準(zhǔn)發(fā)布，明確規(guī)定高校在建設(shè)項(xiàng)目的審批、核準(zhǔn)、設(shè)計(jì)和建設(shè)過(guò)程中，要嚴(yán)格執(zhí)行建標(biāo)規(guī)定。

《普通高等學(xué)校建筑面積指標(biāo)》以高校辦學(xué)規(guī)模(學(xué)生人數(shù))作為測(cè)算基準(zhǔn)，根據(jù)不同高校的辦學(xué)、科研及實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)需求，對(duì)各類(lèi)用房指標(biāo)進(jìn)行了明確規(guī)定。普通高等學(xué)校校舍總建筑面積指標(biāo)詳見(jiàn)表1[2]。

表1 普通高等學(xué)校校舍總建筑面積指標(biāo)

高校校園容積率指標(biāo)為：一般院校0.5、體育院校0.45、藝術(shù)院校0.6。

高校新建校園占地面積=辦學(xué)規(guī)模×生均校舍指標(biāo)÷容積率

(1)

4.2 海綿城市與綠色校園建設(shè)指標(biāo)

2019年3月住建部發(fā)布了GB/T 51356—2019綠色校園評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，2020年11月發(fā)布了《海綿城市建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(征求意見(jiàn)稿)》(以下簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo)征詢稿)。此外，大部分省市亦制定了城市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則。

以鎮(zhèn)江市地區(qū)為例，高校新校園海綿城市與綠色校園建設(shè)主要設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 鎮(zhèn)江地區(qū)海綿城市建設(shè)(新建)主要設(shè)計(jì)指標(biāo)參照表

鑒于高校要同時(shí)遵守上級(jí)行政主管部門(mén)與屬地行政管理雙重要求，故鎮(zhèn)江地區(qū)新建高校校園雨水年徑總量控制率應(yīng)不低于80%，硬化地面透水鋪裝率不低于70%，校園綠地率不低于35%且人均綠地面積不小于2 m2，雨水收集范圍不宜小于50%。

4.3 校園建設(shè)主要參數(shù)計(jì)算

以鎮(zhèn)江地區(qū)辦學(xué)規(guī)模25 000人的農(nóng)林類(lèi)普通高校為例，其師生人數(shù)與新校園建設(shè)規(guī)模參數(shù)計(jì)算如下:

1)師生人數(shù)測(cè)算。

根據(jù)《普通本科學(xué)校設(shè)置暫行規(guī)定》教發(fā)[2006]18號(hào)文件規(guī)定，專(zhuān)任教師生師比不高于18∶1、兼任教師人數(shù)不超過(guò)專(zhuān)任教師總數(shù)的1/4。

考慮到行政人員及后勤用工，教職工總?cè)藬?shù)約為1 700 人，在校總?cè)藬?shù)為26 700人。

2)校園占地面積與建筑面積測(cè)算。

根據(jù)《普通高等學(xué)校建筑面積指標(biāo)》，校園生均校舍中建筑面積為26.49 m2/生，校園容積率為0.5，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 校園占地面積與建筑面積測(cè)算一覽表

3)校園綠地面積測(cè)算。

依據(jù)校園綠地率不低于35%且人均綠地面積不小于2 m2的要求，校園綠化面積測(cè)算見(jiàn)表4。

表4 校園綠化面積測(cè)算表

4.4 校園綠化灌溉與沖廁用水量計(jì)算

1)校園綠化灌溉用水量測(cè)算。

根據(jù)GB 50555—2010民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中綠化年均灌溉定額的規(guī)定，鎮(zhèn)江地區(qū)綠化類(lèi)型為暖季型，年均降水天數(shù)為45 d。按一級(jí)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，則年綠化灌溉定額為0.28 m3/m2。

校園綠化灌溉用水量如表5所示。

表5 校園綠化灌溉用水量測(cè)算表

2)校園沖廁用水量測(cè)算。

根據(jù)GB 50555—2010民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中各類(lèi)建筑物用水定額與分項(xiàng)給水百分率的規(guī)定，辦公樓及教學(xué)樓用水定額取40 L/(人·d)、沖廁用水占比取60%；宿舍用水定額取120 L/(人·d)、沖廁用水占比30%。大學(xué)生年均在校時(shí)間約為240 d[3]。

則校園沖廁用水量如表6所示。

表6 校園沖廁用水量測(cè)算表

4.5 校園設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積與雨水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

鎮(zhèn)江市地處江蘇省西南部，位于長(zhǎng)江下游南岸。地貌走勢(shì)為西高東低、南高北低，多低山丘陵。氣候?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候。地區(qū)多年平均年降雨量為1 063.1 mm，年最大降雨量1 601.1 mm，年最小降雨量457.6 mm，日最大降雨量262.5 mm。

1)海綿城市調(diào)蓄容積測(cè)算。

依據(jù)鎮(zhèn)江市地區(qū)近30年日降雨數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)推求法，建立Excel數(shù)據(jù)表格，統(tǒng)計(jì)推求出年徑總量控制率與設(shè)計(jì)降雨量的關(guān)系。鎮(zhèn)江市地區(qū)年徑流總量控制率與設(shè)計(jì)降雨量關(guān)系如圖1所示。

由圖1可知，年徑總量控制率為80%時(shí)，設(shè)計(jì)降雨量H=28.6 mm。

按容積法計(jì)算，設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積V計(jì)算公式如下：

V=10HφF

(6)

其中，H為設(shè)計(jì)降雨量，mm；φ為綜合徑流系數(shù)；F為匯水面面積，hm2。

由于φ理論數(shù)值范圍為0.15～1，文中取最小值0.15。

V=10×28.6×0.15×
(132.45-46.357 5)=1 988.74 m3

(7)

2)雨水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

高校校園雨水收集方案是通過(guò)海綿城市雨水收集系統(tǒng)，將雨水收集到分區(qū)濕塘(景觀水池)與樓宇中水利用雨水罐中[4-8]。

中水利用雨水罐主要供樓宇沖廁用水使用，其用水不足由分區(qū)濕塘通過(guò)穩(wěn)壓管道補(bǔ)充。

分區(qū)濕塘儲(chǔ)水經(jīng)水質(zhì)處理泵站凈化后，通過(guò)穩(wěn)壓遠(yuǎn)程控制噴灌系統(tǒng)，進(jìn)行綠化噴灌。

雨水收集設(shè)計(jì)工藝流程圖如圖2所示。

4.6 效益分析

1)調(diào)蓄能力增加。

校園設(shè)計(jì)調(diào)蓄能力為1 988.74 m3，而校園日沖廁用水量為1 540.8 m3。

強(qiáng)降雨天氣校園實(shí)際調(diào)蓄能力為3 529.54 m3，遠(yuǎn)大于同等海綿城市建設(shè)方案調(diào)蓄能力，為高校建設(shè)過(guò)程中節(jié)約海綿城市建設(shè)投資提供了可行方案。

2)節(jié)水減排效果明顯。

鎮(zhèn)江地區(qū)年均日降水量為1 063.1 mm，通過(guò)海綿城市系統(tǒng)校園實(shí)際年均收集雨水量計(jì)算如下：

V雨=10×1 063.1×0.15×
(132.45-46.357 5)=137 287.41 m3。

校園年綠化灌溉用水與沖廁用水總量為499 593 m3>137 287.41 m3，可實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水137 287.41 m3。

3)校園運(yùn)行費(fèi)用顯著減少。

鎮(zhèn)江地區(qū)自來(lái)水價(jià)為3.05元/m3，年節(jié)約用水137 287.41 m3。

則年節(jié)約費(fèi)用達(dá)41.87萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 結(jié)語(yǔ)

高校常駐人口數(shù)量眾多、占地面積大、用水量大、雨水匯流面積大、節(jié)能節(jié)水的潛力很大，加強(qiáng)高校校園雨水的回收與再利用，是海綿城市、節(jié)約型校園以及綠色校園建設(shè)的重要內(nèi)容。通過(guò)構(gòu)建有效的雨水再利用系統(tǒng)，能大幅節(jié)約校園水資源的使用、提高校園雨水調(diào)蓄能力，在取得明顯經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也為在高校綠色教育、城市綠色發(fā)展方面發(fā)揮引領(lǐng)作用，具有極大的社會(huì)效益。