該文以江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院雨洪管理為例進(jìn)行應(yīng)用研究,從區(qū)位、用地條件、降雨規(guī)律和徑流規(guī)律等方面分析了校園雨洪管理現(xiàn)狀,解剖了校園雨洪管理存在的問題并提出具體的改造方案。改造后,減少了學(xué)校的市政用水量,延長(zhǎng)了雨水排放路徑,削減了洪峰流量,有效地減輕了市政排水管網(wǎng)的負(fù)荷;同時(shí)通過綠地對(duì)雨水的管理,一定程度上彌補(bǔ)了雨水的自然循環(huán)過程,降低了非點(diǎn)源污染。可以為校園雨洪管理設(shè)計(jì)及類似項(xiàng)目提供參考,為實(shí)現(xiàn)綠色校園建設(shè)與校園的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提供一些啟發(fā)與借鑒。
關(guān)鍵詞:低影響開發(fā);校園;雨洪;排水
校園作為城市建成環(huán)境中綠色生態(tài)系統(tǒng),具備管理雨洪的巨大潛力,但是在校園的整體設(shè)計(jì)的過程中卻往往忽略了對(duì)自然水文循環(huán)過程的考慮以及對(duì)形成校園雨洪的管理,因此很多校園內(nèi)部經(jīng)常出現(xiàn)積水和洪澇等現(xiàn)象。在當(dāng)前我國(guó)大力推進(jìn)以低影響開發(fā)系統(tǒng)為核心的海綿城市建設(shè)背景下,將建設(shè)海綿城市的基本理論應(yīng)用到校園建設(shè)中,使校園成為海綿城市建設(shè)中的“海綿體”[1-4]。基于海綿城市的建設(shè)理念,把生態(tài)優(yōu)先原則貫穿于校園規(guī)劃、建設(shè)和管理的全過程,將自然途徑與人工措施相結(jié)合,在利用低影響開發(fā)技術(shù)減輕校園內(nèi)澇危害的同時(shí),最大限度地實(shí)現(xiàn)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(bǔ)給水源和校園澆灑道路、消防等公共用水,促進(jìn)雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù),實(shí)現(xiàn)環(huán)境與水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展,使校園能夠像海綿一樣,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,雨季時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水,需要時(shí)將蓄存的水釋放并加以利用[5-8]。
1校園雨洪管理現(xiàn)狀分析
1.1區(qū)位
江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院坐落于江蘇省三大都市圈之一、淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)中心城市——徐州。學(xué)校坐落于南區(qū)大學(xué)城,地處徐州市泉山風(fēng)景區(qū),毗鄰云龍湖、泉山森林公園,占地0.8km2,建筑面積40萬(wàn)m2。
1.2用地條件分析
江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院占地總面積720400m2,匯水面主要涉及教學(xué)樓、行政樓、宿舍樓等建筑屋面,籃球場(chǎng)、小廣場(chǎng)等硬質(zhì)廣場(chǎng),機(jī)動(dòng)車道、步行道等校園道路,綠地、水體等。經(jīng)測(cè)算,建筑屋頂面積為40萬(wàn)m2,硬質(zhì)廣場(chǎng)(含西籃球場(chǎng))面積12900m2,道路面積56900m2,綠地面積243000m2,永久性水體(校內(nèi)景觀河道)面積7600m2。在校園中,建筑屋面、硬質(zhì)廣場(chǎng)、道路為不透水面,面積約為469800m2,約占總面積的65%。學(xué)校總體地形為西北高東南低,地面高程為46m~68m。學(xué)校總體地形為西北高東南低,地面高程為46m~68m。具體高程如圖1、表1所示。
1.3降雨規(guī)律分析
采用實(shí)測(cè)資料法計(jì)算不同頻率下的設(shè)計(jì)雨量。目前,徐州中心城區(qū)及周邊的雨量站有藺家壩雨量、解臺(tái)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(qū)中心位置,其余各站均位于城區(qū)周邊之外,而且各站中徐州站系列最長(zhǎng),從地理位置及系列長(zhǎng)度來看,徐州站的代表性相對(duì)較好。該研究收集了徐州站1981年~2015年(35年)逐年最大24h降雨,采用皮爾遜Ⅲ型曲線法(圖2)求算不同頻率下的設(shè)計(jì)雨量,具體見表2。
1.4徑流規(guī)律分析
江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院可形成雨水徑流的匯水面有建筑屋面、硬質(zhì)廣場(chǎng)、道路及綠地,其中建筑屋面匯水面面積約為400000m2,相應(yīng)的徑流系數(shù)φc為0.85;硬質(zhì)廣場(chǎng)匯水面面積約為12900m2,相應(yīng)的徑流系數(shù)φc為0.5;道路匯水面面積為約56900m2,相應(yīng)的徑流系數(shù)φc為0.8;綠地匯水面面積約為243000m2,相應(yīng)的徑流系數(shù)φc為0.15,各類匯水面面積及相應(yīng)徑流系數(shù)統(tǒng)計(jì)見表3。雨水徑流總量可按式(1)計(jì)算:(1)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(shù),即同一時(shí)段內(nèi)徑流量與降水量之比依據(jù)《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范(GB50400—2016)》,綠地徑流系數(shù)為0.15,硬質(zhì)不透水面綜合徑流系數(shù)取0.7。徐州市地處暖溫帶濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū),全市多年平均降雨量860.8mm,其中汛期6~9月份降雨量為575mm,降雨集中、強(qiáng)度大、歷時(shí)短且多暴雨,屬于雨水徑流較大及集雨高效的地區(qū)[9]。由公式(1)可計(jì)算出不同降雨條件下江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院各匯水面的雨水徑流量,將計(jì)算結(jié)果列入表4。由表4中的計(jì)算結(jié)果分析可知,對(duì)于6~9月的汛期來說,時(shí)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(chǎng)地中建筑屋面、硬質(zhì)廣場(chǎng)及道路等不透水面的年徑流量占整個(gè)校園場(chǎng)地的90%以上,該部分場(chǎng)地為形成校園雨水徑流的主要誘發(fā)地。
2現(xiàn)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(diào)節(jié)區(qū)域水文循環(huán)以及景觀多樣性等方面考慮不夠全面。對(duì)于整個(gè)校園來說,其中綠地和水體面積約達(dá)到250600m2,占校園占地總面積的35%,基本達(dá)到《江蘇省學(xué)校建設(shè)用地指標(biāo)》中規(guī)定的要求。但是學(xué)校大多數(shù)綠地仍舊為傳統(tǒng)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(yàn),綠地的生態(tài)功能效益未得到最大程度的發(fā)揮。同時(shí)學(xué)校基本未將綠地納入管理校園雨水的范疇,整個(gè)校區(qū)雨水的排放還是通過地下雨水管網(wǎng)匯集后排向城市管網(wǎng)。當(dāng)遭遇大暴雨時(shí),校園內(nèi)尤其是硬質(zhì)地面匯集的雨水往往不能及時(shí)地排放,坡面匯流形成大大小小的積水,給教職工的工作學(xué)習(xí)帶來不便。校園雖然利用雨水管網(wǎng)收集部分雨水進(jìn)行綠化澆灌,但是除連接噴頭的豎管外其余灌溉設(shè)施均埋于地下,管理不便且措施相對(duì)單一。
3改造效果
對(duì)局部場(chǎng)地進(jìn)行雨洪管理典型改造設(shè)計(jì)后,各匯水面面積統(tǒng)計(jì)對(duì)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(shù)0.55。高校平均每年可收集徑流雨水總量可采用公式(2)進(jìn)行計(jì)算。代入公式計(jì)算可得該部分場(chǎng)地平均每年可收集管理徑流雨水總量為5740m3。對(duì)于該區(qū)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(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50015—2019),辦公樓(坐班制辦公)用水按25L/(人·班)~40L/(人·班)計(jì)算;依據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50013—2018),澆灑道路、廣場(chǎng)和綠地用水量應(yīng)根據(jù)路面、綠化、氣候和土壤等條件確定。澆灑道路和廣場(chǎng)用水可根據(jù)澆灑面積按2.0L/(m2·d)~3.0L/(m2·d)計(jì)算,澆灑綠地用水可根據(jù)澆灑面積按1.0L/(m2·d)~3.0L/(m2·d)計(jì)算。每年工作日250d。冬季、雨天不需澆灑道路和綠地,冬季平均天數(shù)91d,由江蘇氣象發(fā)布1981~2019年氣象資料統(tǒng)計(jì)計(jì)算徐州地區(qū)每年平均降雨日83d,則每年平均需要澆灑道路、綠地為365-91-83=191d。由此計(jì)算可知:該區(qū)域平均每年辦公樓用水量為625m3;該區(qū)域平均每年澆灑道路用水量為1890m3;該區(qū)域平均每年澆灑綠地用水量為3330m3。該部分場(chǎng)地平均每年收集雨水5740m3,平均每年用水量為5845m3,其中辦公樓用水量為625m3,澆灑道路用水量為1890m3,澆灑綠地用水量為3330m3。由此可見,該部分場(chǎng)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(xué)校的市政用水量的同時(shí),延長(zhǎng)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(wǎng)的負(fù)荷;此外,通過綠地對(duì)雨水的管理,一定程度上彌補(bǔ)了雨水的自然循環(huán)過程,也降低了非點(diǎn)源污染。
作者:王文芬 張羽
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