雨水管理技術(shù)下的校園景觀設(shè)計(jì)
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摘要：通過藝術(shù)化的景觀手法把雨水基礎(chǔ)設(shè)施與校園景觀相結(jié)合，不僅可以解決場(chǎng)地的雨水問題，還可以營(yíng)造生態(tài)宜居的大學(xué)校園環(huán)境。文章以蘇州大學(xué)金螳螂建筑學(xué)院為例，將雨水管理技術(shù)運(yùn)用到大學(xué)校園景觀中，通過多次調(diào)研并運(yùn)用GIS軟件對(duì)場(chǎng)地地形與雨水徑流進(jìn)行全面評(píng)估，因地制宜地設(shè)置了多種雨水基礎(chǔ)設(shè)施；并且針對(duì)更新設(shè)計(jì)后的場(chǎng)地運(yùn)用年徑流量總量控制率的計(jì)算方法得到量化的數(shù)據(jù)支撐，然后與場(chǎng)地現(xiàn)狀的評(píng)估數(shù)據(jù)相對(duì)比，進(jìn)而論證更新設(shè)計(jì)后雨水管理技術(shù)的科學(xué)性與合理性。
關(guān)鍵詞：雨水管理技術(shù)；校園景觀設(shè)計(jì)；GIS徑流
近年來，許多國(guó)外學(xué)者針對(duì)城市雨水管理做出了諸多的理論研究和實(shí)踐，比較有影響力的有美國(guó)的低影響開發(fā)和最佳管理措施、澳大利亞的水敏感城市設(shè)計(jì)、英國(guó)的可持續(xù)排水設(shè)計(jì)、新西蘭的低影響城市設(shè)計(jì)與開發(fā)等，這都對(duì)城市雨水循環(huán)利用進(jìn)行了有益的探索[1]。在國(guó)內(nèi)，隨著住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部門出臺(tái)關(guān)于海綿城市建設(shè)的相關(guān)指南，許多城市也聚焦在海綿城市的建設(shè)上，通過源頭削減、過程轉(zhuǎn)輸和終端調(diào)蓄等多種手段，最終實(shí)現(xiàn)城市良好的雨水循環(huán)[2]。大學(xué)校園景觀作為城市雨水管理建設(shè)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)在場(chǎng)地開發(fā)中，模擬自然界雨水循環(huán)過程，把自然界的雨水當(dāng)作一種寶貴資源，通過景觀化的營(yíng)造，讓雨水管理的每一個(gè)過程融入大學(xué)校園景觀中[3]。
1研究背景
文章選取的案例是蘇州大學(xué)金螳螂建筑學(xué)院，建成后的場(chǎng)地與大多數(shù)校園景觀一樣，缺乏師生公共活動(dòng)與交流的空間；植物景觀缺乏層次與季相變化；休息設(shè)施也因?yàn)殚L(zhǎng)期沒有師生使用而落滿灰塵；每到梅雨季節(jié)，學(xué)院門口的道路總是有積水，妨礙師生進(jìn)出。為了有效改善目前存在的問題，打造豐富多彩的校園生活，文章將研究雨水管理的景觀設(shè)計(jì)策略，利用場(chǎng)地周圍寶貴的自然雨水資源，進(jìn)而恢復(fù)場(chǎng)地自身的水文循環(huán)。與此同時(shí)，文章將具體介紹雨水管理基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)及其運(yùn)用，把雨水管理的理念融入校園景觀中，最終提升校園景觀品質(zhì)，為師生提供豐富的休閑娛樂設(shè)施。
2基于雨水管理技術(shù)的蘇州大學(xué)金螳螂建筑學(xué)院景觀優(yōu)化策略
2.1優(yōu)化豎向設(shè)計(jì)
雨水管理的核心是模仿自然界雨水依靠重力流動(dòng)的過程，在設(shè)計(jì)之初，需要熟悉現(xiàn)狀自然地形地貌。針對(duì)低洼的部分，適當(dāng)拓寬挖深，作為雨水生物滯留池或者生態(tài)排水溝；屋頂平整的區(qū)域，可以營(yíng)造微地形，形成像水波一樣的連續(xù)隆起的緩坡，這樣既可以增加坡面雨水滯留的時(shí)間，也避免了雨水快速向一個(gè)方向匯集，延長(zhǎng)雨水滯留時(shí)間；在道路和廣場(chǎng)等硬質(zhì)廣場(chǎng)區(qū)域，優(yōu)化道路和廣場(chǎng)區(qū)域的橫縱坡度，把原來不透水的材料改為透水性優(yōu)良的材料[4]。
2.2增強(qiáng)植物搭配的多樣性
在植物設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要考慮到構(gòu)建自然生態(tài)多樣性的植物景觀群落；在植物選擇方面，選擇當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土植物，不僅考慮到鄉(xiāng)土植物本身具有不錯(cuò)的觀賞價(jià)值，而且更加注重這些鄉(xiāng)土植物對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)程度和后期管理維護(hù)[5]。種植在生態(tài)滯留池等位置的植物，還需要考慮植物對(duì)場(chǎng)地雨水的滯留能力和對(duì)雨水的過濾凈化能力。在花灌木的選擇上，可以選擇蒲葦、桔梗、鳶尾、美人蕉、黃菖蒲、福祿考、繡線菊等耐水濕植物；在喬木的選擇上，由于闊葉喬木對(duì)雨水滯留效果十分突出，因此場(chǎng)地中的主干樹種將采用冠幅比較大的樹種，比如香樟、欒樹等[6]。為了豐富校園景觀的季相變化，增加一些色葉樹種，如烏桕、銀杏、紫葉李等喬木。
2.3豐富多樣的雨水基礎(chǔ)設(shè)施
雨水降落到地面歷經(jīng)以下三個(gè)環(huán)節(jié)，包括源頭環(huán)節(jié)、過程環(huán)節(jié)和終端環(huán)節(jié)；把這三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)一步劃分為五個(gè)步驟，包括減速、過濾、凈化、吸收、下滲[7]。最后把流經(jīng)場(chǎng)地的五個(gè)水文環(huán)節(jié)，通過藝術(shù)化的景觀設(shè)計(jì)手法把雨水基礎(chǔ)設(shè)施與校園景觀相結(jié)合，進(jìn)而形成極具創(chuàng)意的校園空間，包括生態(tài)滯留池、雨水滲透園、透水性鋪裝、路緣擴(kuò)展帶、屋頂花園、建筑墻面垂直綠化等雨水基礎(chǔ)設(shè)施。
3基于雨水管理的蘇州大學(xué)金螳螂建筑學(xué)院景觀設(shè)計(jì)
3.1場(chǎng)地區(qū)位與自然條件
基址位于蘇州大學(xué)獨(dú)墅湖校區(qū)二期中部，緊鄰學(xué)校田徑場(chǎng)，占地面積約10720m2，地勢(shì)比較平坦，如圖1所示。蘇州市屬于亞熱帶季風(fēng)海洋學(xué)氣候，四季分明，雨量充沛；年均降雨量為1100毫升，降雨集中在6～8月份。
3.2場(chǎng)地GIS徑流分析
為了準(zhǔn)確獲得場(chǎng)地的地形，運(yùn)用BIGMAP軟件，下載了地形數(shù)據(jù)和等高線等信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，得到高程數(shù)據(jù)信息，然后導(dǎo)入GIS軟件做地形和雨水徑流可視化分析，如圖2所示。地塊區(qū)域地形呈現(xiàn)東北高、西南低，在地表徑流分析圖上面顯示雨水由東北流向西南方向。在學(xué)院教學(xué)樓的東南側(cè)綠地有較大的匯水區(qū)，因此把集中的雨水收集池放在教學(xué)樓東南側(cè)綠地上。場(chǎng)地雨水集中匯集到教學(xué)樓東南側(cè)綠地中，經(jīng)過植物和土壤的凈化與沉降，最終流入教學(xué)樓西南角的蓄水箱中，凈化后的雨水可以作為教學(xué)樓廁所用水和日常澆灌用水。當(dāng)遇到特大暴雨，超出蓄水箱容量的雨水將通過溢流管道匯入西側(cè)河流，聯(lián)通整個(gè)城市水網(wǎng)。
3.3雨水基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)及其應(yīng)用
研究中涉及的類型有建筑屋頂、建筑立面、廣場(chǎng)、道路、停車場(chǎng)、綠地等。因此，針對(duì)不同的用地環(huán)境，需要利用不同的雨水基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)雨水進(jìn)行凈化處理，如圖3所示。場(chǎng)地運(yùn)用雨水管理技術(shù)總共有13處，包括路緣擴(kuò)展池、生態(tài)滯留池、下凹綠地、屋頂綠化、旱溪景觀、透水鋪裝、建筑垂直綠化等，如圖4所示。學(xué)院教學(xué)樓的東南側(cè)綠地作為集中的匯水面，與其他部分的匯水區(qū)連接形成一個(gè)完整的雨水循環(huán)體系，如圖5所示。（1）建筑屋頂和立面綠化：屋頂原本為硬質(zhì)屋頂，為了滿足建筑屋頂承載和減緩雨水滯留的作用，將屋頂改造為波浪起伏的草坪，方便滯留雨水，延長(zhǎng)雨水下滲的時(shí)間，多余的屋頂雨水將通過建筑屋頂邊緣處的一圈火山巖進(jìn)行過濾后，最后排放到旱溪；場(chǎng)地建筑立面保留原有的爬山虎綠化，在建筑立面設(shè)置噴灌設(shè)施，夏季可以對(duì)墻面進(jìn)行降溫。（2）景觀旱溪：在學(xué)院建筑的東南側(cè)綠地是集中的匯水面，因此，在學(xué)院東南側(cè)綠地設(shè)置景觀旱溪。在梅雨季節(jié)時(shí)，周圍的雨水將通過旱溪周圍植物進(jìn)行初步過濾后，然后流入景觀旱溪之中，形成集中的水體景觀；與此同時(shí)，旱溪景觀也作為沉淀池和瀑氧池，對(duì)雨水進(jìn)行初步凈化。凈化后的雨水將流入末端的集水箱儲(chǔ)存，儲(chǔ)存的雨水便可以通過屋頂?shù)奶?yáng)能水泵系統(tǒng)將凈化后的雨水抽取用來作為廁所用水。在旱季時(shí)，景觀旱溪由于沒有雨水匯集，便作為另外一種旱溪景觀，也可以當(dāng)作學(xué)院師生的活動(dòng)場(chǎng)地。隨著季節(jié)性的變化，景觀旱溪的水位與景觀空間也在發(fā)生變化，綜合考慮空間、水位、時(shí)間三者之間的關(guān)系，形成有縮有放的校園景觀，如圖6所示。（3）透水鋪裝：原有鋪裝容易在路面留下積水，因此替換為透水性鋪裝。透水性鋪裝的種類非常多，包括透水性混凝土、透水性瀝青、透水磚、礫石和植草格等。透水性鋪裝不僅可以快速排除道路、廣場(chǎng)和停車位的雨水，防止路面積水，而且雨水可以快速透過鋪裝，進(jìn)而補(bǔ)充地下水。有研究表示，透水鋪裝的成本比不透水鋪裝的成本普遍貴10%～20%，但是從整體看，由于設(shè)計(jì)了合理的豎向設(shè)計(jì)，場(chǎng)地的雨水徑流模擬自然狀態(tài)下的水文，因此減少了管道的鋪設(shè)和縮小了管徑，整體成本降低了12%～38%，有效降低營(yíng)造成本[8]。（4）路緣擴(kuò)展帶：場(chǎng)地四周有著7m寬的瀝青路面，遇到夏季暴雨時(shí)，路面會(huì)迅速匯集雨水。傳統(tǒng)的做法是把攜帶路面污染物的雨水直接排入下水管道，這樣不僅浪費(fèi)大量的雨水資源，還會(huì)增加水體污染。因此，在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，需要在原有路牙石上面打開切口，讓道路和停車場(chǎng)的雨水徑流可以循著路牙石切口流入雨水入口緩沖植物帶中[9]。這樣可以讓路面匯集的雨水滯留在緩沖植物帶中，讓雨水可以充分下滲與凈化，多余的雨水便可以流入生物滯留池里面，如圖7所示。（5）雨水花園：學(xué)院中庭原本以鋪裝為主，為了滯留中庭的雨水，中庭部分設(shè)置了雨水花園，如圖8所示。把原本地勢(shì)平整的場(chǎng)地，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，改造成一個(gè)下沉庭院。建筑中庭雨水先在中庭入口的平臺(tái)匯集；然后流入中庭依次跌落的三級(jí)草坪平臺(tái)，進(jìn)行初步的雨水過濾；經(jīng)過初級(jí)凈化的雨水便流入中庭的雨水花園中，讓雨水進(jìn)行充分下滲；當(dāng)雨量過大時(shí)，雨水花園過多的雨水將排入蓄水池中。為了營(yíng)造舒適的微氣候，在中庭區(qū)域設(shè)置霧噴系統(tǒng)，利用屋頂太陽(yáng)能提供電力，當(dāng)有師生經(jīng)過中庭時(shí)，噴霧系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)釋放水霧，給建筑中庭降溫，而且噴霧系統(tǒng)還可以根據(jù)夏季氣溫變化，調(diào)整噴霧大小。
4場(chǎng)地改造前后年徑流總量控制率
4.1計(jì)算原理
為了直觀地知道更新設(shè)計(jì)前后雨水徑流的變化，文章引入了年徑流總量控制率的計(jì)算方法。通過采用加權(quán)平均法，計(jì)算得出綜合徑流系數(shù)，然后利用綜合徑流系數(shù)反向推導(dǎo)出年徑流總量控制率。具體計(jì)算原理如下：將各個(gè)下墊面的面積和各個(gè)材質(zhì)的徑流系數(shù)帶入式（1）中，便可得到綜合徑流系數(shù)φz，然后根據(jù)公式2推導(dǎo)出年徑流總量控制率Q。
4.2改造前年徑流總量控制率
計(jì)算出原有場(chǎng)地的各下墊面的面積，各個(gè)材質(zhì)的徑流系數(shù)參照《蘇州昆山市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）》，如表1所示。通過公式1可以得出場(chǎng)地原始綜合徑流系數(shù)φz=0.52；由公式2進(jìn)一步得出年徑流總量控制率Q=48%。因此，當(dāng)原有場(chǎng)地年徑流總量控制率為48%的時(shí)候，場(chǎng)地中52%的雨水將直接流入下水道中，造成了雨水資源的浪費(fèi)。
4.3改造后年徑流總量控制率
由公式1可以得出場(chǎng)地原始綜合徑流系數(shù)φz=0.25；由公式2得出年徑流總量控制率Q=75%。計(jì)算出來的結(jié)果展示了進(jìn)行雨水管理后的場(chǎng)地，理論上可以讓75%的雨水在場(chǎng)地進(jìn)行消納，另外25%的雨水將通過雨水基礎(chǔ)設(shè)施的多次凈化，最后流入雨水收集箱中。改造后的材料面積及徑流系數(shù)如表2所示。
5結(jié)束語(yǔ)
文章圍繞蘇州大學(xué)金螳螂建筑學(xué)院雨水收集利用現(xiàn)狀，利用雨水管理技術(shù)模擬了自然界雨水徑流的方式，營(yíng)造了雨水花園、路緣擴(kuò)展池、生態(tài)滯留池、下凹綠地、屋頂綠化、旱溪景觀、透水鋪裝、建筑垂直綠化等十多種雨水基礎(chǔ)設(shè)施。其不僅有效滯留住雨水，還利用藝術(shù)化的手法把雨水基礎(chǔ)設(shè)施景觀化，從而直觀地向師生展示了雨水處理的過程，具有很好的科普教育意義。與此同時(shí)，通過科學(xué)的計(jì)算方法對(duì)設(shè)計(jì)前后場(chǎng)地的徑流量進(jìn)行驗(yàn)證分析，計(jì)算結(jié)果很清晰地展示了雨水管理技術(shù)的運(yùn)用可以有效減緩瞬時(shí)洪峰，讓雨水充分凈化下滲，實(shí)現(xiàn)良好的雨水循環(huán)，改善校園的生態(tài)環(huán)境。
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作者：劉志鏡 單位：蘇州大學(xué)