喀斯特地区海绵校园建设探究

游媛++杨珍招++杨玉银++周玉馨

摘要：指出了研究喀斯特地区海绵城市建设，对缓解该地区水资源短缺、水污染和洪涝灾害等水问题有重要意义。以贵州师范大学花溪校区为例，分析了该校区建设存在的问题并给出了改进意见。提出了喀斯特地区海绵校园建设应遵循因地制宜、顺应自然、低影响开发的原则，针对当前城市“久晴即旱、大雨易涝”的现状，喀斯特地区雨多地漏的特点认为该校区应充分利用自身地形条件，对人工湖、道路、屋顶和绿地等进行改进。通过数据分析选择合适的集水区域，设计合理的集水、排水和节水的水文生态系统，以达到防内涝，重雨水利用，建设人与自然和谐统一的海绵校园。

关键词：海绵城市；水资源；喀斯特地区

中图分类号：TU984

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）12018704

1引言

海绵城市亦称“水弹性”城市，是指遵循生态优先原则，使城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”[1]。中国城镇化的快速发展使城市人口大量增加，城市规模不断扩大，加上不合理的城镇建设使得水资源短缺、城市内涝和经济可持续发展间的矛盾问题日益凸显[2，3]。解决城市缺水和内涝等问题，必须顺应自然，要建设水生态协调、人与自然生态系统和谐统一的海绵城市[4]。

贵州省属于我国典型西南喀斯特地区，广泛分布碳酸盐类岩石，受季风气候的影响，降水量比较丰富，具有溶蚀性的雨水沿可溶性岩石裂隙下渗溶蚀，形成发达的地下水系。特殊的地表和地下“二元结构”是该地区“工程性缺水”问题的原因[5，6]。同时，喀斯特地区水文条件特点，也决定了该类地区的海绵城市建设有其特殊之处，传统的海绵城市建设思路和方案不一定适用于喀斯特地区。

鉴于喀斯特地区海绵城市建设的特殊性，已有部分学者开展了相关的研究工作。郑永新等结合贵州贵安新区星月湖公园规划实践，通过“渗、滞、蓄、净、用、排”6种途径，将“低影响开发”理念与公园设计相结合提出下渗、径流控制、截污、雨水收集处理的四大海绵体建设重点系统[7]。但是喀斯特地区以山地校园为特色的海绵城市建设研究仍较少。

本文以典型喀斯特山地校园——贵州师范大学花溪校区为例，分析该校区建设存在的问题并提出改进建议，同时指出喀斯特地区海绵校园建设的原则和方法。以期为喀斯特地区建设人与自然生态系统和谐统一的现代化校园提供决策参考。

2案例分析

2.1研究区域概况

贵州师范大学花溪校区位于贵州省贵安新区，地理位置为东经106.6°，北纬26.4°，平均海拔为1199 m。地处乌江与珠江流域分水岭，该区域地表景观破碎，以山地和丘陵为主，属于典型喀斯特地貌。主要分布有碳酸盐类的石灰岩，主要土壤类型为石灰土和黄壤，天然植被以灌木草丛为主。属于中亚热带季风湿润气候，年均温15.3℃，年均湿度78%，年平均降水总量为1178.1 mm。夏季雨水充沛，约500 mm，秋冬季节降雨量较少。

图1贵州师范大学花溪校区概况

2.2存在的问题及其解決方案

2.2.1人工湖系统改造

如图1、图2所示，贵州师范大学花溪校区内分布有5座山，东部的人工湖建在5座山的汇流出口处。人工湖主要靠抽水泵抽水来保持湖水的补给，同时由于风口处风速较大，较大面积水域在风吹日晒的情况下蒸发量极大，造成严重水资源浪费问题。因此，该校区应充分基于5座山形成的汇流地形条件，让山上、道路和房屋等地的雨水集中汇流到流域低洼处补给人工湖。此外，可充分设计流域内的各栋教学楼未受污染的生活用水通过管道汇集补给人工湖，并形成流动的水循环系统，综合这样的方法可以保证充足的水源补给人工湖，起到解决水资源和经济浪费的严重问题。

贵州师范大学人工湖底部为混凝土铺垫，底部平滑，沿岸为碎石块。人工湖中土层浅薄，水泥结构紧密，对水中污染物的自净能力差，且夏季蒸发量大，蒸发迅速。首先应改造人工湖底面，底面不进行硬化，而采用素土夯实处理，雨水流至洼地中能渗入土壤，并部分回灌地下水而提高地下水位[8]。人工植物浮岛将生物净化、生态恢复和景观建设有机结合，是水库生态治理的重要技术措施[9]。通过水生植物群落的阻滞、沉降、吸附等物理作用，达到对校园雨水净化的效果，实际上就是将“死水”变成“活水”的过程[10]。因此，在人工湖的改造中应当引进人工浮岛技术。为了防止周边的泥沙受冲刷流入湖泊，可在岸边种植喀斯特地区对土壤条件要求不高的植物。除此之外，喀斯特高原地区人工湖泊pH值偏碱，释磷量比中性条件高。底泥释放的磷被植物吸收，应定期打捞植物，防止植物腐烂造成二次污染[11]。

2.2.2硬化路面改造

根据W =1000×C×P×F，式中：W为多年平均径流总量，m3；F为研究流域的集水面积；如图3、图4所示即为研究流域的集水面积。P为多年平均降雨量；C为年径流系数。

彭韬等对喀斯特坡地6种不同土地利用条件下径流小区的地表径流，植被穿透雨量以及地下水出口水位进行监测。结果表明：6个径流小区地表径流系数均非常小，界于0.01%～12.81%，平均值为0.62%。该校区的D山的山顶是自然状态，而山脚受人工干扰比较大，所以喀斯特自然地面与硬化路面的对比中综合考虑喀斯特自然地面年平均径流系数C1取平均值0.0062。而硬化地面根据《室外给排水设计规范》GB50014-2006中规定，给排水设计屋面、混凝土或沥青路面径流系数取值为0.85～0.95，取均值即90%，所以硬化路面年平均径流系数C2取值为0.9。

如表1所示，硬化路面的集水区域面积为自然地面的3倍左右，但是地表径流量却为自然地面的45倍左右。硬化地面径流系数大，排水不畅，排水过缓导致路面积水严重。所以更换路面和广场地面的材料是解决该校区有效集水和蓄水的突破点。路面可由原本的沥青和混凝土材料更换为透水混凝土。透水混凝土具有多孔结构，具有良好的透水性，可以补充喀斯特地区的地下水，同时可以减少降雨季节暴雨对路面的排水系统的负担。

由于园林绿地是非硬化地面，是雨水下渗的主要途径，城市中屋顶及硬质铺装截留的雨水可以导入绿地中[12]。因此在海绵校园的建设过程中，应当增加园林绿地面积。广场的花岗岩地面可以更换为同样美观的嵌草砖，嵌草砖可以通过密集增多洼地，并增多透水自然面来减少积水。而停车场处的路面可以选择草皮砖，因为草皮砖除了透水之外还有对雨水径流污染物的削减作用。同时由于土壤包气带对污染物具有一定的过滤淋洗功能，当地表水流经包气带时，水体经过杂质吸附过程得以净化补充地下水，此时如果再采取抽排等措施将地下水回补，采用这种人工循环的方式就可以促进水体的有利转化。此外，还可安装雨水蓄水PP模塊，以及地理式一体化雨水处理回用系统，其中地理式一体化雨水处理回用系统处理每立方米雨水的费用平均为0.6元。

由于贵州师范大学花溪校区仍处于在建状态，有大量的建筑垃圾，为了节约成本，还可利用这些建筑垃圾构建一种新型蓄水模式，即隐形蓄水系统模式。它主要利用废砖、水泥块和砂卵石等硬质材料砌筑或堆积地下，建成渗蓄坑和渗水盲沟相互连通，并与城市地下排水和地表蓄水系统连接，从而构成整个城市的蓄排水系统[13]。

2.2.3屋顶改造

校区大多数建筑的主楼屋顶为三坡屋顶，其已设计有水泥制的檐沟，屋顶排水的方式为无组织排水，可明显观察到墙面已被污染。由于地处多雨的亚热带湿润气候区，因此，在三坡屋顶的原有设计上，应当考虑发挥其优越的集水能力。可将原有的屋面较为平整的瓷砖置换为波状屋面以增大其集水能力。同时改善其排水方式，将无组织排水方式改为有组织排水，并在出水处设计小型蓄水池方便储蓄屋顶集水，蓄水池应具备过滤能力方便过滤杂质。如现有房顶为平屋顶，可充分发挥贵州多雨的优势，在屋顶上修建雨水收集储水池，以补充供应洗手冲厕、绿化浇灌用水。经研究，屋顶绿化是最经济和方便维护的截蓄方式，在学校和公共建筑的平面屋顶中最为适用[14]。研究表明绿色屋顶可以阻滞大约63%的雨水[15]。

2.2.4山体、植被改造

该校区山体土质松散，坡度较陡，在暴雨季节有发生滑坡的可能性，因此有挡土墙。通过观察，挡土墙的山脚处的水泥地上已经有苔藓分布，可见此处具有一定的水分条件，且在暴雨时节可以观察到有大量流水顺着挡土墙流至路面形成路面积水。为了美观可以在挡土墙坡脚处设计缓冲带，种植灌草丛以起到截流的作用。该校区的植被以灌草丛为主，截流能力比较弱，灌草截留率为9.7%，灌丛截留率为2.2%[16]。但是由于其受土质和气候的限制，只能通过增加硬化区域的绿化来增大截流面积。同时据北京市园林科学所的最新研究成果，乔、灌、草的配置的适宜比为1∶6∶20∶29，即是在29 m2的绿地上设计1株乔木，6株灌木和20 m2草坪。由于贵州省降雨存在明显的季节分布不均，土壤的保水能力较弱，常有干旱现象。因此可以借鉴其它地区的先进经验，在保护自然山体植被前提下，采用合理的人工园林配套种植方式，提高山体植被的涵养水源和保持水土的能力。除此之外，可以利用枯落物制造景观，削减地表径流量。枯落物可以吸收水分，使地表径流转变为流速缓慢的层间流和层下流，对改善土壤结构具有重要的作用，能增加土壤入渗水，削减地表径流量，对减少土壤侵蚀有重要作用[17]。

2017年6月绿色科技第12期

2.2.5污水监测机制的建立

当前贵州师范大学花溪校区的污水来源主要为生活污水，可利用度高，可以首先考虑废水回用。除了在海绵校园的建设过程中将废水回用之外，还需建设污水处理厂以及建立相应污水监测机制。污水监测是海绵校园建设中的重要后续措施，也是整个海绵校园在发展过程中必不可少的监测制度。贵州师范大学花溪校区位于贵安新区，贵安新区主要位于长江和珠江“两江”上游地带，是长江中上游和珠江流域的重要屏障[18]。且喀斯特地区由于特殊的地理和水文地质环境而极易受到人为活动的污染，治理与恢复将是项复杂、困难且耗时的工程[19]。因此进行污水监测势在必行。

3结论

近几年，我国城市化速度加快，贵州喀斯特地区由于独特自然环境条件限制，使得该地区经济发展缓慢。由于迫切地发展需求，贵州省各地也新增扩建了很多高校校园。过大的需水量与喀斯特地区的工程性缺水产生了矛盾，硬化路面的过度使用导致了校园内涝的产生。笔者为解决这个问题，尝试以因地制宜、顺应自然、低影响开发的原则探索了喀斯特地区海绵校园的建设方案。但是由于缺乏数据支撑的，仅是从理念上分析了喀斯特地区海绵校园的建设，具体的量化设计、资金计算尚缺乏。在后续探索过程中，应将探究重点放在海绵校园建设的具体细节量化上，才可支撑工程实施。

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