海绵城市理念在某山地城市校园综合改造中的应用

海绵城市理念在某山地城市校园综合改造中的应用

孙翊

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西安林隐溪涧工程规划设计有限公司

摘要：以某山地城市校园海绵化改造提升工程为案例，通过源头消减（源头海绵改造）、过程控制（雨水系统整体设计）、末端净化（水环境整治）等海绵措施进行系统性海绵设计，以达到调蓄地表径流量、削减面源污染、降低项目开发对水文和水环境的影响的目标。通过指标核算满足海绵城市专项规划管控要求，系统阐述了湖体水系和校园相结合的海绵设计在生态景观和地表径流面源污染控制方面的协调关系。

关键词：校园改造，海绵城市，水体连通

1.项目概况

本次海绵设计，校园红线面积约为57.9公顷，内部共有3座水体湖泊，缺乏有效连通及溢流措施；东侧山体高差明显，山体坡度均大于10％，暴雨时校区排水系统需承受大量山洪水，外围客水对校园及周边市政道路均有较强冲击。

2.现状及问题分析

2.1  竖向及排水系统

校区场地地势由西向东逐步提升，靠近山体的宿舍区为场地最高点。西北大门处恩泽湖附近为场地最低点，雨量较大时，有轻微积水现象。场地平均高程在 361.6-425.1m，呈现东高西低、南高北低的特点。目前学院内已建设有雨水管网系统，中部及北侧区域的现状雨水主干管及排水沟渠沿地势敷设，自东向西布置，末端接入现状市政d1000雨水管。

2.2  下垫面

学校现状下垫面类型为硬屋面、地面硬质铺装地面、水体及绿化。其中屋面面积为 99020m2（占比约 17.1%），硬质铺装地面面积 184165m2（占比约 31.8%），水体面积 12743m2（占比约 2.2%），绿化面积 283738m2（占比约 48.9%），经测算，学校现状雨量径流系数约为0.52。

2.3 现状问题分析

1、东侧桃心湖缺乏水流出口，且雨天有部分山体径流携带大量泥沙进入，导致水体常年呈黄色，面源污染严重。

2、学校的内湖属于半封闭水体，缺乏流动性，周边区域生态空间相对匮乏，生态环境脆弱。校园三个人工湖缺水，水体循环不足，水质较差且无法调蓄雨水。

3、山地城市多属于季风性湿润气候，降雨充沛，单场降雨总时间较短，暴雨强度从降雨开始到达到峰值的时间较短，达到峰值后暴雨强度又迅速跌落，雨水总量主要集中在峰值周边[1]，下垫面产流系数高，特别对于原本管段的排水能力不足，容易形成内涝。

3.设计目标与理念

3.1  设计目标

结合上位规划对本地块的指标要求，并结合校园现状分析，最终确定海绵设计目标分为以下几个方面：

（1）通过雨水系统整体设计，降低项目开发对水文和水环境的影响，本次项目设计目标确定为年径流总量控制率达75%以上，对应设计降雨量25.2mm。

（2）赋予地块内绿地景观以生态系统服务功能，有效降低雨水径流污染，面源污染削减率达55.8%以上。

3.2  设计理念

本次设计在源头分散布置lid设施，突显源头处理的理念；桃心湖—鹤池段通过设置潜水泵、压力管及生态沟渠进行湖体连通；桃心湖—恩泽湖段通过排水沟渠及管网转输，管网入恩泽湖前布置前置塘、高效生物滤池等末端净化设施。通过“源头削减＋过程控制＋末端净化”，有效降低入湖的点、面源污染负荷[2]。充分发挥湖体调蓄能力，有效降低山洪及超标大雨等极端天气造成的恶劣影响。

4.海绵城市设计

4.1  源头削减

本次设计考虑硬质铺装的雨水通过地表径流转输，输送至分区内雨水花园等lid设施调蓄处理。屋面雨水接至四周边沟，断接排至附近雨水花园滞蓄、净化处理；主环线道路通过透水化改造，转输路面雨水至周边LID设施，净化处理。汇水分区的确定综合考虑了场地内地表竖向径流、地下雨水管线流向及屋顶雨水排放组织，将产流区域根据汇水流向分为若干汇水分区，以便于分块研究，分别计算设计径流量，已设定雨水径流控制目标。根据这一原则本项目共分为 57个雨水组织单元。

4.2  过程控制

学院内现状共有3座水体，分别为桃心湖、鹤池及恩泽胡，水体总面积约为1.27公顷。桃心湖现状补水依靠自然降水，暂无排水通道；恩泽湖及鹤池通过学院内部雨水管网就近排入周边市政管网。

本次设计，主要通过以下方式实现水体连通：①在桃心湖与鹤池之间，新增潜水泵、连通管道及雨洪通道实现水系贯通，充分发挥桃心湖引水活水功能，若遇超标降雨通过桃心湖现有溢流管，向西接至学院内部现状雨水管。②在桃心湖与恩泽湖之间、奇迈大道末端新增连通管引入恩泽湖，实现桃心湖与恩泽湖水系连通，保证水安全。③在鹤池与恩泽湖之间，新增连通管，实现水系连通。

其中，桃心湖至鹤池末端设置的雨洪通道，是因为东侧山体含泥沙雨水直接进入桃心湖，水质较差。因此本次设计雨洪通道采用生态沟渠形式，以便于削减悬浮物质及泥砂量。生态拦截型沟渠系统能减缓水速，促进流水携带颗粒物质的沉淀，有利于构建植物对沟壁、水体和沟底中逸出养分的立体式吸收和悬浮物拦截控制。

4.3  末端净化

本次设计中，恩泽湖是最末端湖体，承担着较大的面源污染风险负荷，故考虑对其水体进行末端净化，保证排入市政管网的雨水水质达标

[3]。恩泽湖水量约为6960m³，经计算设计后进入恩泽湖的初雨量约为865.5m³，因此需要处理的水量约为7825.5m³。恩泽湖水环境处理选择高效生物滤池，水力负荷在10m³/ m2·d，因此高效生物滤池设计面积约为200m2，4天一循环。处理后的湖水通过泵抽入雨水回用池，预留场地绿化浇洒用水。

高效生物滤池利用高效的生物介质和填料，通过吸附、吸引、离子交换、生物降解等多种处理手段对来水进行深度净化。此外，在恩泽池东边与新建雨水管排口相交处利用石笼墙设置前置塘，同时将其余排口引入前置塘[4]。

5.结语

（1）本次项目通过海绵化设施的改造有效的控制径流污染，削减进入学校湖体及市政管网的水量，改善水质，减少因径流污染而带来的城市水环境污染；

（2）山地城市地形坡度大，土壤缓排能力小，短时间内山洪流量大，传统径流规模计算不适用；

（3）应考虑从源头削减、过程控制、末端净化全流程实施管控，对水量水质耦合管理，充分利用湖体调蓄容积。

参考文献

[1]陈泳帆,毛伟,张华廷,王索.阶梯型雨水花园在山地城市海绵设计中的应用[J].城市与建筑,2019,18(191):36-38.

[2] 黄丽娇,王川涛. 山地高度水敏感地区海绵城市系统规划方法探索[J]. 水利规划与设计,2018,44(1):44-49.

[3]祁祖尧,由阳,刘广奇,吴泽春,张洋.城市公园及河谷地带海绵城市规划设计技术方法探索—以贵安新区“两湖一河”项目为例[J].给水排水,2018,44(1):44-49.

[4] 魏映彦,雷晓玲,申亚,刘宁.山地海绵城市建设规划策略与案例分析[J].中国给水排水,2021,33(15):110-115.