内蒙古工业大学海绵体校园方案设计（新城校区）

张健敏 孙向田 马涛

摘要：将海绵城市的理念和雨洪管控措施运用于校园的景观规划设计中，主要介绍在海绵校园设计过程中使用的技术措施、收集雨量和回用量等。洗浴废水作为建筑优质杂排水在本次设计中作为一部分原水被收集作为雨水的补充用水，经过一系列生化处理达到回用标准后，回用于校园景观建设用水。

关键词：海绵城市;海绵校园;工艺设计;综合利用

中图分类号：X383 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）11-0-04

Abstract： The concept of sponge city and the measures of rainwater management and control are applied to the landscape planning and design of campus. The technical measures used in the design of sponge campus， the amount of rainfall collected and the amount of reclaimed water are mainly introduced. Bath wastewater is collected as a part of raw water in this design as a supplementary water for rainwater. After a series of biochemical treatment， it reaches the reuse standard and is reused for campus landscape construction.

Key words： Sponge city; Sponge campus; Process design; Comprehensive utilization

早在20世紀70年代，许多发达国家就相继提出了雨洪管控体系，经过不断地探索研究，在海绵城市和海绵校园的设计改造上已经有较为成功的实例。我国近年来的经济发展迅速，城市化进程越来越快，导致城市原水文下垫面被改变，城市内涝频发。在这种发展趋势之下，我国海绵城市的概念最早在2012年被提出。而高校作为城市建设的一部分，海绵校园的改造除了可以美化校园环境，还对城市其他建筑起到一定的模范作用，推广海绵城市和海绵校园建设在全国范围内的推广。现将设计的内蒙古工业大学海绵校园景观规划改造方案进行总结。

1 研究区概况

1.1 地区气象特点

内蒙古工业大学位于内蒙古自治区呼和浩特市市区，呼和浩特市位于内蒙古自治区中部土默川平原上，地处阴山山脉与黄河之间，北部为大青山山地;呼和浩特市地区的气候属于亚欧大陆温带季风气候，主要气候特点是春季干燥多风、冷暖变化幅度大;夏季短暂高温少雨、有时伴有强对流天气。降水四季分布不均，降雨期常出现短时间强对流天气。呼和浩特市年均降雨量为335.2～534.6mm，呼和浩特市城区常年平均降水量为432.0mm，年蒸发量在3000mm左右。

1.2 内蒙古工业大学海绵基底现状

内蒙古工业大学目前的硬化地面多采用普通路面铺装，渗透性较差，硬化路面排水主要通过市政管网排入污水处理厂，存在校园雨水和洗浴废水等优质杂排水浪费的问题。校园内的绿地面积较少，很多绿化措施都高于地面，仅起到美化环境的作用，降雨时无法很好的收集周边路面径流，补给地下水。内蒙古工业大学一共有8个停车场，停车场的透水铺装下没有集水管路，由于年久失修，部分透水砖松动，使人们出行不便。

2 海绵校园技术性措施

2.1 总体将技术路线

2.2 技术措施

根据内蒙古工业大学地区气象特点，结合目前校园场地的海绵基底现状，本次海绵校园景观规划设计的技术措施主要有雨水桶、透水铺装、下凹式绿地、植草沟。

雨水桶：雨水桶与建筑物侧立面的排水管相连，收集建筑屋顶的雨水，本次设计将内蒙古工业大学分成4个区域，分别在每个区域设置雨水桶放置点，对所在区域内的建筑屋顶的雨水进行收集，通过人工运送将雨水桶内收集的雨水排入净化设施中。

透水铺装：透水铺装的雨水收集原理是通过采用大孔隙的结构层或排水渗透设施，及时的将径流雨水就地下渗。起到减低地表径流峰值、雨水还原地下等作用。本次对透水铺装的设计主要应用与人行道和校园内的广场等的改造中。

下沉式绿地：下沉式绿地是指高程略低于周围地面高度的绿地，它具有开放的空间，可以承接和贮存雨水，达到缓解周边地表路面径流、补给地下水等作用。

植草沟：植草沟是指植草沟是在具有一定深度和边坡坡度的沟渠内进行植被种植，以发挥其收集、输送和排放径流雨水的作用。本次设计主要将植草沟应用于校园内室外停车场的改造设计中，将停车场的雨水通过植草沟进行收集。

2.3 景观营造途径

内蒙古工业大学海绵校园景观营造途径遵循点线面的设计原则，分别对建筑物、人行道、广场和停车场进行规划设计，将海绵校园的绿色设施与原来的灰色建筑结合起来，营造兼具生态价值和建筑美学价值的校园景观。

（1）在校园内的车行道旁用透水砖铺设人行道，人行道右侧设置以砾石和铁网组成的生态过滤装置，过滤雨水径流中冲积的杂物。人行道向砾石收集系统方向倾斜，使无法及时下渗的雨水流向集水系统，提高雨水资源的收集效率。

（2）校园广场地面铺装如果考虑雨水渗透设施，可以选择保留一定渗透缝隙的传统铺装，缝隙可由草、石子等进行填充，在缝隙下面埋入排水管，将雨水排入蓄水设施或市政管网中，既不会影响广场的整体感，也可以增强其景观性，使其与雨水和谐共生。

（3）停车场设计主要是在车位周边设置砾石渗滤系统和植草沟，使径流经过砾石和草皮初步过滤后流入植草沟下面埋设的集水管。砾石和草皮的双重过滤与净化可降低径流内污染物的浓度。改变了传统停车场硬化面积过大，停车场生硬无景观效果的问题，这个设计可以在已建成的、用地紧张的校园内增添绿化景观，丰富和优化校园生态环境。

3 内蒙古工业大学海绵校园规划设计

内蒙古工业大学海绵校园规划改造方案主要采用雨水桶、透水铺装、植草沟、下凹式绿地等方式，使雨水能及时下渗，补给地下水，无法及时消纳的雨水通过集水管路进行收集，排入净水设施中。本次设计的收集水量通过以下公式进行估算：

雨水资源潜力按下式计算：

V=Ψ×α×P×A （1）

式中：V——年平均可利用雨量（m3）;Ψ——径流系数;α——季节折减系数;A——汇水面积（m2）;P——年平均降雨量（mm）。

Ψ在建筑屋顶、道路、停车场和公共绿地取值分别为0.9、0.8、0.6、0.15;根据呼和浩特市地区降雨时间分布特点，α取0.80;

渗透设施的渗透能力按下式计算：

Wp=KJAs （2）

式中：Wp—渗透量（m3/s）;K—土壤渗透系数（m/s），（可取3×10-6～6×10-6，本次设计取4×10-6m/s）;J—水力坡度，（一般可取J=1）;AS—有效渗透面积（m2）。

内蒙古工业大学建筑屋顶、公共停车场、公共绿地和路面的渗透系数分别取：0、0.4×10-3、4×10-3、0.4×10-3。

下凹式绿地有效贮水容积按下式计算：

Va=10Fa·h1 （3）

式中：Va—下凹绿地的有效存贮容积（m3）;Fa—下凹绿地面积（m2）;h1—下凹绿地下凹深度（m）。

内蒙古工业大学浴池为公共浴池，位于综合服务楼南侧，平均日客流量为600人左右。据调查，本次设计人均用水量为0.4m3，则平均一天可收集的水量为600×0.4=240m3，内蒙古工业大学公共浴池一年平均营业时间为270天，所以一年可收集的洗浴废水水量为270×240=64800m3。

设计暴雨强度按下式进行计算：

式中：q—设计暴雨强度，L/（s·ha）;P—暴雨重现期，年;t—汇流时间，min。（适用范围为：t≤120分钟，P≤10年）按照汇流时间为10分钟、重现期为2年计算。

雨水设计流量按下式进行计算：

Q=ΨavqF （5）

式中：Q—雨水设计流量（L/s）;Ψav—平均径流系数;q—设计暴雨强度（L/（s·ha））;F—汇水面积（ha）。

初期径流弃流量按下式计算：

Wi=10×δ×F （6）

式中：Wi—设计初期弃流量（m3）;δ—初期径流厚度（m）;F—汇水面积（m2）。内蒙古工业大学建筑屋顶初期弃流采用的径流厚度为4mm;室外停车场和道路采用的径流厚度为8.5mm。

雨水收集利用率按下式计算：

式中：ηT—雨水池的雨水收集回用率（%）;V—雨水资源潜力（m3）;Wi—初期雨水弃流量（m3）。

景观水体补水量等于水面蒸发量和水体渗透损失水量的和，另外还需考虑景观设施的自用水量。

水面日蒸发量宜按下式计算：

QE=Em·S （8）

式中：QE—水面日蒸发量，（m3/d）;Em—单位面积水面日平均蒸发量，（m/d）;S—水体常水位水面面积，（m2）。本次设计的水池总水面面积为402.5mm2。

根据内蒙古工业大学的气候条件，景观水池的运行季节为5～10月，月平均水面蒸发量取120mm/月。

式中：Qs—水体的日渗透漏失量，（m3/d）;Sm—单位面积日渗透量，（L/m2·d），钢筋混凝土可取2L/m2·d;As—浸润面积（指水体常水位水面面积及常水位以下侧面渗水面积之和），（m2）。

景观水体设施自用水量以上面两个式子中两项水量之和的5%～10%计算。

Qa=10%×2.61=0.261m3/d

道路浇洒用水量=浇洒路面面积×2～3L/（m2·次），根据呼和浩特市的气候条件等，本次设计内蒙古工业大学的路面喷洒工作从5月份开始，10月份结束。平均喷洒频率为每个月20次，内蒙古工业大学需进行喷洒降尘、降温的路面主要是车行道，设计用水量为3L/（m2·次）。

绿化灌溉平均日用水量按下式计算：

Q1=0.001q1F1 （10）式中：Q1—日喷灌水量（m3/d）;q1—浇水定额（L/m2·d），取3L/m2·d;F1—绿地面积（m2）。年绿化灌溉月份为每年3-11月，根据气候条件，灌溉周期设置为4天。

3.1 水量平衡图

3.2 内蒙古工业大学海绵校园规划设计图

3.3 内蒙古工业大学海绵校园水处理工艺设计

利用混凝沉淀法处理洗浴废水，洗浴废水的物理特征优势是水温较普通废水高，因此有利于水中絮凝体的形成，脱稳凝聚能力较好。洗浴废水的pH值基本保持在7.0左右，更利于形成胶体。用于废水处理的混凝剂种类多种多样，有研究表明，处理洗浴废水用有机高分子混凝剂的混凝效果较好，混凝速度快，还可以减少药剂用量，具有较高的处理效率混凝剂运行造作方便，原料充足，价格低廉，混凝法处理洗浴废水是一种经济的方法。但是，混凝沉淀法的缺点是对洗浴废水中的病菌类污染物阴离子洗涤剂的去除效果不是很理想，所以往往混凝与过滤相结合对洗浴废水进行回收利用。

4 总结

对内蒙古工业大学进行海绵校园规划改造方案设计，采用雨水桶对屋顶的雨水进行收集，将内蒙古工业大学划分为五个区域，每个区域设置一个雨水桶。人行道和广场等硬化路面均采用透水铺装，对地表雨水径流进行收集，收集后的雨水通过管道排入校园水资源循环利用自处理设施中。公共绿地等场地的雨水主要用于下渗补给地下水，调节校园水环境。由于校园场地问题，可以使用的雨洪设施有一定限制，而且仅收集雨水资源存在水量小、不稳定的问题，所以本次设计将校园优质杂排水公共浴池的洗浴废水也作为一部分收集水源，以保证水处理设施的水质水量稳定，能够正常运行。以上水源经过排水管路排入水处理设施中之后，运用混凝沉淀和活性炭吸附相结合的处理工艺，将收集的水资源进行处理。处理完成后排入中水调蓄池，作为校园内的公共绿地浇灌用水、道路喷洒用水、景观水池水源、冲厕用水。

参考文献

[1]孙硕.基于海绵城市理念的校园景观规划设计研究[D].北京：北京交通大学，2017.

[2]武中阳.基于雨洪系统模拟的海绵型校园设计策略研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2017.

[3]谭芳.基于海绵城市理念的水敏性停车场设计研究[D].大连：大连理工大学，2017.

[4]陈淑华，赵艳红，伊莲凤，吕国青.呼和浩特市城市雨水的利用分析[J].内蒙古水利，2014（06）：46-47.

[5]闫静.呼和浩特市路面径流污染特点及控制方案研究[D].呼和浩特：内蒙古大学，2014.

收稿日期：2019-08-21

项目：内蒙古工业大学本科毕业设计

作者简介：张健敏（1996-），女，内蒙古工业大学能源与动力工程学院，环境工程专业2015级本科学生。

通讯作者：马涛（1974-），男，内蒙古工业大学能源与动力工程学院，高级实验师，研究方向为环境科学与工程方向教学與研究。