海綿校園中雨水調蓄與凈化對策研究

陳露瑩 江蘇龍騰工程設計股份有限公司 江蘇省雨污水資源化利用工程技術研究中心南京市生態(tài)河道工程技術研究中心

海綿校園是依據“海綿城市”的理念應運而生、是新一代城市雨洪管理概念，是指校園能夠像海綿一樣，在適應環(huán)境變化和應對雨水帶來的自然災害等方面具有良好的“彈性”，稱之為“水彈性校園”。校園作為一個相對獨立的系統，通過海綿校園建設，可以有效應對暴雨災害，減少其對師生安全、學校設施的影響，降低面源污染，提升景觀環(huán)境，使師生教學生活更安心、更省心、更舒心。

1 海綿校園規(guī)劃指導思想及原則

海綿校園規(guī)劃總要求是借助自然力量排水進行源頭分散和慢排緩釋，就近收集、存蓄、滲透、凈化雨水，在盡可能保留原有生態(tài)格局的條件下，通過合理布置海綿設施，優(yōu)化校園水生態(tài)系統，提升校園的生態(tài)效益，讓校園的地面形成如同“海綿”一樣的吸水功能，實現雨水的自然遷移和凈化。

在規(guī)劃建設過程中，堅持因地制宜原則，結合區(qū)域條件，科學選用雨水設施，根據需求進行技術優(yōu)選，根據氣候特征甄選植物種類；堅持生態(tài)優(yōu)先原則，按照先綠色后灰色、先地上后地下的思路，雨水先通過地上綠色基礎設施進行滲透、滯蓄、凈化，多余的再通過地下管網進行排放，多改少建，合理利用地形、管網條件，充分發(fā)揮綠色雨水設施、管網等不同設施的耦合功能。

2 海綿校園建設對策探索

2.1 校園概況

陶吳幼兒園位于南京市江寧區(qū)橫溪街道獅山路北側、陶楊路西側，用地功能為公建用地，地塊用地面積約10453m2，其中，現狀綠化面積2424.4m2，綠地率23.19%，屋頂和硬質面積為4716.2m2，鋪裝面積為3312.1m2。學校位于長江下游中部地區(qū)，屬于北亞熱帶濕潤氣候，四季分明，雨水充沛。常年平均降雨117d，平均降雨量1106.5mm，相對濕度76%，在春末夏初多有梅雨發(fā)生，夏季炎熱多雨，且降雨時空分布不均，時常出現突發(fā)性強的短歷時強降雨，易出現局部的洪澇災害。

2.2 雨水調蓄與凈化指標

綜合考慮道路和建筑因素，結合下墊面的分布、雨水管網及總體的景觀效果等，根據《南京市海綿城市專項規(guī)劃（2015-2030）》及用地性質分析，將該校區(qū)劃分為14個匯水分區(qū)，從水生態(tài)、水環(huán)境和水資源三方面確定了海綿校園建設的基本指標體系目標，以此改善校園生態(tài)環(huán)境、提高校園雨水資源利用率，具體指標數值如表1所示。

表1 陶吳幼兒園海綿設施建設指標

2.3 海綿校園規(guī)劃

2.3.1 整體規(guī)劃

以實現上述海綿校園建設各項目標為出發(fā)點，綜合考慮各海綿設施的適用性、功能性、經濟性及景觀效果，以先綠色后灰色、先地上后地下的原則，采用雨水管理“導流、滲透、凈化、調蓄”4步走方案進行海綿技術的實施落地。主要收集校園屋面、地表徑流雨水，雨水徑流通過傳輸植草溝、開口路沿石等導流設施進入附近生物滯留池、雨水花園進行自然生態(tài)凈化處理，同時通過綠色屋頂、透水鋪裝進行滲透，超量雨水溢流排至市政管網，最終匯入下游水體。

2.3.2 導流海綿措施

傳輸植草溝通過打造景觀性地表溝渠排水系統代替?zhèn)鹘y的溝渠排水系統，同時兼具滯留、過濾、吸附功能，減緩徑流流速，去除徑流中的污染物，利用彈性的排蓄空間降低雨水對校園排水造成的壓力和污染。在幼兒園西側、南側的草坪外圍設置植草溝，將屋面和道路雨水徑流導流至雨水花園、生物滯留池集中處理，共設置植草溝125m。傳輸草溝底部無需換土，僅下凹10～15cm，坡向末端低影響開發(fā)設施，種植高度為50～70mm的常綠草皮。同時，在幼兒園西側設置蓋板溝，收集屋面、道路溢流雨水。

路緣石開口是將路面雨水徑流引入綠化隔離帶、周邊綠化區(qū)域進行凈化和調蓄的一種方式。在生物滯留池、雨水花園等海綿設施與道路相接處鋪設開口路緣石，通過橫向開槽的方式導流路面雨水形成封閉開口，確保小孩的行路安全。

2.3.3 滲透海綿措施

建筑屋頂產生的雨水徑流是導致校園內澇的重要原因之一，因此有必要采用綠色屋頂，部分雨水滯留在土壤中，減少外排；此外，綠色屋頂還可以改善校園空氣質量和氣候，在夏季，綠色屋頂通過光吸收、光反射和水分蒸發(fā)來降溫，在冬天，綠色屋頂提供了抵御寒冷的絕緣層，幫助建筑節(jié)能降噪。陶吳幼兒園在主教學樓屋頂依次鋪設種植層、輕質土層、防根系穿透層、排水層以及防水層等多層結構保護，面積約500m2。

采用透水鋪裝代替硬質路面，可及時減輕雨天校園排水負擔，還原地下水，保持土壤濕度，防止路面積水，并且夜間路面不反光，降低車輛行駛時路面噪音，營造一個安靜優(yōu)美的校園環(huán)境。選用彩色鋪裝，保證實用性的同時，增強美觀性，透水地坪以不同顏色呈現多樣的圖案，將整個學校設計成“第二課堂”，構造無聲的教學環(huán)境，激發(fā)孩子活力。幼兒園操場、東西側地面和教學樓間通行道進行透水鋪裝，共鋪設2060m2，采用新工藝—生態(tài)彩色透水地坪，其透水混凝地坪孔隙率為15%～25%，排出速率高，能夠使透水速度達到31～52L·m-1·h-1。透水地坪的承載力達到C20～C25混凝土的承載標準，高于一般透水磚的承載力。

2.3.4 凈化海綿措施

生物滯留池是低影響開發(fā)(LID)設施的一種常見形式，可通過植物、土壤和微生物系統蓄滲、凈化雨水徑流。在幼兒園東南側地勢較低區(qū)域建設2座多功能生物滯留池，占地面積約55m2，從上至下依次設置種植土層、過濾層、碎石層，排水管涵。過濾層采用換填土和鋁污泥，換填土有機質含量8%～10%，滲透系數約150mm/h，鋁污泥體積占比25%，增強過濾層對氮磷的吸附能力。排水管涵居中埋設在碎石層內部，溢流裝置頂部穿過過濾層及種植土層，改善了土壤透氣性能和滲透性能，既能凈化滲流雨水和部分超標雨水，又能快速排出過量雨水，同時多個溢流管構造營造噴泉景觀，增添校園樂趣。

雨水花園既是一種有效的雨水收集和凈化系統，也是裝點環(huán)境的景觀系統，幼兒園內陽光充足、周圍無高大喬木處共建設6座雨水花園，總面積達364m2。雨水花園內植物的選擇既要具有去污性又要兼顧觀賞性，選用金森女貞、毛鵑、茶梅、紅葉石楠，以花灌木和草本花卉為主，合理的季相搭配保證雨水花園內的四季色彩。選用頑強耐旱的金邊黃楊，沿雨水花園周邊密集種植，以形成一個防止行人踏入的保護邊界。在大量徑流通過時，這些植物也能被沖平，使洪峰順利通過。在道路交叉口處種植海桐，植物的大小和形式充分考慮交通視線問題。同時，設置有趣的植物銘牌，激發(fā)孩子們探索美妙植物世界的欲望。

2.3.5 蓄水海綿措施

下沉式綠地在空間高程上與高位花壇相反，利用開放空間承接和貯存雨水，與植草溝的“線狀”相比，整體“面狀”可以增強蓄水容量。幼兒園圍墻內各角落設置4處下凹式綠地，占地面積約110m2，自上而下依次設置種植土層、多級凈化裝置、碎石排水層，強化對雨水水量和水質的控制。多級凈化裝置由多個凈化模塊組成，凈化模塊可預制裝配，內部為中空結構，通過滲透孔、出水孔和溢流口可以將雨水臨時動態(tài)存儲于模塊內部，既能短時間內大量容納蓄積的過量雨水，又能持續(xù)凈化過濾存儲的雨水。下沉式綠地在選址時，應優(yōu)先考慮已有的凹地，因地制宜， 同時與周圍的綠化景觀相銜接。

3 規(guī)劃指標達成分析

依據劃分的排水分區(qū)及各個分區(qū)的海綿設施分布情況，通過軟件模型分析，雨水徑流控制和污染控制指標如表2所示。

從表2中可以看出，通過綠色屋頂、透水鋪裝、下沉式綠地等措施，年徑流總量控制率達到76.0%，有效控制雨水徑流，防止內澇積水；通過雨水花園進行面源污染物削減、生物滯留池進行深度凈化，雨水徑流SS平均去除率60.8%。建成后，經學校使用反饋，在連續(xù)5h強降雨，日降雨總量達95.6 mm的情況下，學校無明顯積水現象，可供正常使用；通過雨水回用系統，將凈化后的雨水收集用于綠化澆灌、地面沖洗、水池補水，節(jié)約用水量27.4%，提高水資源利用效率。

表2 海綿設施指標統計表

4 結論

海綿校園建設在遵循海綿城市理念規(guī)劃建設的同時，需結合學校特性及場地因地制宜，在原有雨水排放系統的基礎上進行改造設計，充分發(fā)揮海綿設施對雨水的積納、蓄滯和凈化作用，有效控制雨水徑流，削減市政雨水管網洪峰，提高校園生態(tài)環(huán)境。海綿校園在校園內澇治理方面具有明顯的優(yōu)勢，也將成為未來可持續(xù)發(fā)展的必然要求。