校园海绵城市设计方案

校园海绵城市设计方案海绵城市建设中的绿色基础设施本质上是改变传统城市建设理念，使城市具备弹性适应环境变化与自然灾害的能力，通过海绵城市建设手段，实现开发前后水文特征保持不变。西宁市于2016年开始海绵城市建设，是全国第二批海绵城市试点中西北地区典型城市，具有鲜明的气候特征。此类特殊气候条件要求海绵设施考虑冻土层厚度，并需在冻土季前排空调蓄型海绵设施中的雨水。同时，针对湿陷性黄土等不利地质条件严格控制雨水花园、植草沟等生物滞留设施距离校园建筑物的距离，防止引起局部沉降。西宁七中文博校区位于青海省西宁市海湖新区，是西宁市海绵城市示范区内的改造项目。校园海绵城市建设面临两方面难点。其一是地表径流产生量大，本项目需达到西宁市海绵城市规划中年径流总量控制率为76%的目标，对应设计降雨量为8.5mm。校园铺装场地等面积较大，综合径流系数较高，雨水径流量较大，导致设计调蓄容积较大。其二是海绵城市建设的同时需要满足校方的教学需求，需对教学实践活动与海绵城市设施相融合的方案进行探讨，并保障场地与学生安全。本文以学校教学生活特征和现状问题为导向，进行多目标的海绵城市建设设计，解决雨水控制利用，将长廊、广场等学习生活场景与海绵设施和谐融于一体，将绿色交流空间构建与海绵户外观察融于一体，将自然调蓄与自然美育结合。1

现状分析1.1

下垫面与竖向分析由于学生活动及教学需要，校园内广场与操场面积较大，主要为不透水铺装(占67.86%)，绿化面积相对较小，面积占比仅为21.59%，综合径流系数约为0.82(表1)。校园范围内整体平坦，呈现北高南低、西高东低的竖向特征。北侧局部坡向北侧绿地，东侧室外操场低于西侧区域约为2m。1.2

现状校园排水方式屋面雨水排放：综合教学楼采用内排水方式，其他校园建筑均采用雨落水管外排雨水的排水方式。地面雨水排放：在西侧机动车车道、学生活动广场、室外操场均分布雨水口，收集地面雨水径流。现状雨水管网：沿西侧机动车道、中央景观轴线分别布设雨水排水主管，管坡由北向南，与综合教学楼内排雨水管网相接；室外操场雨水排水至综合教学楼东南侧，接入学校南侧美丽水街市政雨水管网。1.3

现状雨水排水问题分析(1)现状教学楼建筑的散水出现破损、反坡现象，一方面影响雨水径流收集，造成局部积水；另一方面易造成建筑外墙局部冻涨、破损。(2)雨水径流直接汇入排水管网，未经生物滞留源头净化，一方面造成短时径流量较大；另一方面雨水径流未经源头净化，为区域地表水质量造成一定压力。(3)校园硬质下垫面面积较大，导致综合径流系数较大。2

海绵校园目标与措施分析进行问题导向改造，达成4个建设目标。(1)海绵城市建设，调蓄与净化雨水径流。针对校园特征进行适应性海绵设计。本项目达成年径流总量控制率为76%的目标，对应设计降雨量为8.5mm。(2)生态绿地，打造野趣的海绵花园，雨水花园内植物配置充分满足生态性与景观性，参考高原植物配置，打造具有地域生态特色的近自然绿地。(3)学生参与，增加户外研习体验，学校海绵城市建设需提升公众参与度，扩大科学科普。在本次海绵设施细节设计中，增加设施可视性、海绵设施的承重能力，为学生提供近距离观察条件。同时，新增的下凹绿地等开辟为学生实验田，形成利用雨水、观察自然的户外实践用地。(4)校园回忆，构建绿色交流空间，将雨水调蓄、自然美育、学生活动结合，丰富海绵设施的使用层次，为学生提供多样的户外课堂。相似建设案例和相关研究显示，校园海绵城市建设目标具有多样性特征，对雨水径流的调蓄与净化仅为多样目标之一，针对此特征设定两方面措施：海绵城市建设、“海绵+”改造，具体改造措施如图1所示。(1)海绵城市建设：以水生态、水环境、水安全、水资源为目标，通过灰色设施与绿色设施结合，有组织地收集雨水，促进雨水渗透，增加源头调蓄净化，丰富雨水利用，减轻末端管网排水负担。(2)“海绵+”提升：以师生“获得感”和“参与感”为目标，结合海绵设施增加学生实践用地，提升景观效果，将自然调蓄与自然美育结合，打造海绵绿色空间。3

海绵城市建设方案3.1

设计依据本项目参照《西宁市海绵城市建设项目系统性方案详细规划(2016～2018年)》中年径流总量控制率在76%以上，年径流污染物削减率在40%以上的建设目标，且将《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)》、《室外排水设计规范》(GB50014—2006)、《雨水控制与利用工程设计规范》(DB11/685—2013)、《城市雨水系统规划设计暴雨径流计算标准》(DB11/T969—2013)作为主要设计依据。3.2

雨水径流路线针对现状问题，将雨水管理对象划分为屋面雨水、道路雨水、场地雨水，相较于海绵城市建设提出的“渗、滞、蓄、净、用、排”方针，西北地区海绵城市建设更强调“渗”和“滞”的源头减排思路，将雨水有组织收集后优先排入绿地进行调蓄。雨水径流路线如图2所示。(1)屋面雨水：雨落水管断接至盖板排水沟排入生物滞留设施(雨水花园、下凹绿地等)。(2)场地雨水：铺装改造与增加绿地面积，以减少雨水径流；雨水径流就近汇入绿地调蓄，或经盖板排水沟收集后排入下凹式绿地或雨水花园进行调蓄与净化。(3)道路雨水：调整修复路面，使其坡向单侧盖板排水沟，雨水经有组织收集后排入雨水实践田，或排入校园雨水管网。3.3

设计分区根据现状校园的雨水管网和场地竖向分析，校园可分为4个排水分区，如图3所示。其中，室外塑胶操场现状排水管网完好，与场地教学楼区存在明显的竖向关系，其雨水径流不会对其他教学楼区产生影响。同时，考虑操场使用功能与学生活动安全，对塑胶操场不进行源头改造。降低操场南侧绿地竖向，种植土完成面低于操场10cm，调控部分径流。3.4

设计调蓄容积计算根据《西宁市海绵城市建设项目系统性方案详细规划(2016～2018年)》及修正意见，该改造项目确定年径流总量控制率目标为76%，对应设计降雨量为8.5mm。根据计算，校园的综合径流系数为0.82，则设计调蓄容积应为259.6m3。各排水分区分别为84.6、37.6、65.3、44.1m3(表2)。4

“海绵+”提升方案(1)增加绿地面积增加校园内绿地面积约400m2，设计为下凹式绿地，可调蓄场地雨水径流。同时，将校园外北侧待建地块6000m2划为校园附属绿地，其中绿地面积为2500m2，结合设计调蓄容积计算，设计1100m2为下凹绿地。(2)增加学生实验田于原有铺装广场增加下凹实验田，下凹深度为15cm，供师生种植农作物及蔬菜，用于科学试验观察，同时调蓄周边广场径流，发挥绿地海绵作用。于校园外北侧绿地，增加学生航模基地、实验田、旱溪，分区二的道路雨水径流由盖板排水沟有组织收集后，排入校园外北侧旱溪及实验田，其中实验田为1100m2，航模基地为400m2。(3)增加交流空间拆除原有景观座椅，并安置在由新增下凹绿地与雨水花园合围的广场，形成座椅上的“发现之旅”，升级一片可观察、可交流的活动空间，构建一个充斥着一系列学校故事、社会动态和个人回忆的文化长廊。5

指标校核与建设效果分析5.1

年径流总量控制率指标校核建设后，综合径流系数由0.82降低为0.81。总调蓄容积为330.78m3，满足年径流总量控制率对应的设计调蓄容积需求，如表3所示。5.2

建设效果项目建设后，雨水径流有组织收集率显著提高，雨水有组织收集后优先排入雨水花园等生物调蓄净化设施，局部由竖向问题产生的积水点消除；原大面积硬质广场中增加了下凹绿地，既可调蓄广场产生的地表径流，又丰富了校园景观。竣工后，已经历多场大雨考验，雨水花园等海绵设施运行正常，雨水管网径流明显减少，校园内没有出现积水内涝现象。新增下凹实验田(图4)是本次建设的创新点，将“占用”校园空间进行海绵城市建设，转化为利用海绵城市建设增加教学实践场地，并在下凹实验田入水口设计可承担成年人行走的石笼，同时减缓短时暴雨径流对种植土壤的冲刷，亦方便学生观测雨水径流路径、雨水量、水质变化，鼓励学生参与校园管理。6

讨论(1)校园海绵城市建设目标应具有多样性校园海绵设施对雨水径流的管理、调蓄与净化为多样目标之一，应结合学生实践、教学活动等需求对校园景观环境进行提升改造。首先，达到海绵城市建设目标，即以水生态、水环境、水安全、水资源为目标，通过灰色设施与绿色设施结合，有组织地收集雨水，促进雨水渗透，增加源头调蓄净化，丰富雨水利用，减轻末端管网排水负担。同时，应达到提升师生“获得感”和“参与感”的目标，将自然调蓄与自然美育结合，结合雨水花园、下凹绿地等海绵设施，提供观察实践空间，提升校园景观效果。(2)校园海绵城市建设需要注重安全性校园内学生活动密集，海绵城市建设中需重视公共安全。冬季前，应与海绵设施进行排空维护，防止冻涨引起铺装破损。需严格控制雨水花园、植草沟与校园建筑物的距离，此类生物滞留设施与建筑的最小距离应大于6m，防止由于可能的沉降影响建筑安全。设计雨水花园进水石笼应由承重外网包裹，防止学生出于好奇进入雨水花园观察时踩落。下凹绿地下凹深度不宜超过10cm，