基于雨水管理的校园景观设计探究

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  摘要 水体本身有一定的自净能力,即经过水体的物理、化学与生物作用,使水中污染物的浓度降低。近年来,水体污染与水体资源的缺乏问题日趋严重。针对苏州大学独墅湖校区二期护校河水体质量较差,多雨季节校园雨水径流严重、大量雨水浪费等问题,提出对校园二期水资源一体化管理理念。一方面,充分利用基地内大片湿地的有利条件,将二期护校河水引入校园内部,经物理性过滤、一次沉降、二次沉降、湿地净化等工序改善护校河水体质量。另一方面,借助苏州年均雨量充沛的自然条件,对校园屋顶、硬质地面、停车场等处进行雨水资源收集和有效利用。同时结合景观设计的手法,对苏州大学独墅湖校区二期水资源一体化管理进行一次有益的尝试,达到改善护校河水体质量,有效提高校园内水体资源利用率的目的,同时营造出集生态、美学、娱乐与教育功能为一体的校园环境。
  关键词 校园环境;水体净化;生态湿地;水资源一体化管理
  中图分类号 S731.9 文献标识码
  A 文章编号 0517-6611(2015)33-259-05
  Study on Campus Landscape Design Based on Rainwater Management—A Case Study of Dushu Lake Campus Second Landscape Transformation of Soochow University
  WANG Yaqiong,MA Jianwu
  (Gold Mantis School of Architecture,Soochow University,Suzhou,Jiangsu 215123)
  Abstract Water has the selfpurification capacity,which is to reduce the concentration of pollutants in water after the physical,chemical and biological processes. In recent years,the problems of water pollution and lacking of water resource are getting worse and worse. Water resource management is proposed based on the problems of Dushu Lake of Suzhou University,such as poor quality,most stormwater runoff in rainy season and waste of rain water. On the one hand,the wetlands should be taken advantage and connect the outside water with the inside water,then improve the quality of water by physical filtration,first settlement,secondary settlement and wetlands. On the other hand,collecting rainwater by the proof of architecture,hard ground and parking lot because of the sufficient rainfall of Suzhou. Besides,trying to combine the water resource management in Suzhou University Dushu Lake Campus with landscape design,aiming to improve the quality of school water and using the water in a more effective way,as well as creating a ecological,beautiful,entertainment and educational campus environment.
  Key words Campus environment; Water purification; Ecowetlands; Water resource integrated management
  在全球环境质量下降和能源危机双重威胁的时代,人们对生态化的生存环境更为渴求。校园环境作为社会环境中重要的组成部分,受到家长、学生、老师等社会群体的关注,同时起着很重要的示范性和教育性作用。近年来,社会越来越重视校园环境的改善,提出了雨水管理、稻田景观[1]、垂直绿化等措施来营造校园景观环境,为大学这个文化社区提供交流交往场所,促进城市文脉延续发展;同时运用景观生态学等方法,保护生物多样性、节约使用不可再生资源[2]。该研究对苏州大学独墅湖校区二期校园环境中水体资源进行一体化管理进行了阐述(将护校河水体引入二期校园基地内部湿地,实现水体质量的改善,对二期校园内雨水资源采取一定措施进行收集与利用),秉承干预最少、现有自然资源合理高效利用、尊重自然的原则,营造舒适的校园环境。这对未来校园环境向节约化、舒适化、生态化的方向发展有着重要的指导教育意义。
  1 场地分析
  1.1 基本情况介绍
  苏州地处温带,四季分明,雨量充沛,年均降水约1 100 mm。苏州大学独墅湖校区位于苏州市工业园区,占地约102 hm2。此次设计基地为苏州大学独墅湖校区二期金螳螂建筑学院及其周边区域(图1),约25 hm2。主要包括中央13 hm2荒置绿地及其周边环路,临近湿地的金螳螂建筑学院和药学院(共0.4 hm2),北边现有护校河水系及西北部现有人工湖水系。基地地势平坦,大部分为自然形成的湿地。护校河水体因人为因素的干扰较多,受到一定程度的污染。从现状来看,中央荒置湿地、护校河水系、建筑处于相对独立的个体,生态联系性差。道路两边景观品质较差,没有独立的步行系统。交流活动场所比较缺乏,景观单调,枯燥且参与性较弱。   图1 基地现状
  1.2 存在的问题与可利用的条件分析 经调研分析,苏州大学独墅湖校区二期景观现存在问题如下:①场地周边护校河表面杂物漂浮,水体质量较差;②场地内水陆交错带均为硬质驳岸,阻碍空气与土壤间气体交换,且参与性差。驳岸周边植物群落单一,生物多样性较差;③校园二期交流活动空间较少;④校园硬质地铺多为不透水性地铺,易形成径流,浪费水体且不能及时补给地下水。
  苏州大学独墅湖校区二期景观现可利用的条件如下:①基地内占地面积较大的闲置绿地几乎形成天然的湿地,有净化水资源的生态潜能;②苏州年均降水约1 100 mm,雨量充沛。
  1.3 景观改善对策
  湖水水体本身经过物理、化学、生物的作用,使得水体中污染物浓度得以降低,从而完成一定程度的自我净化。针对苏州大学独墅湖校区二期水体污染,雨水浪费,水体自净系统、水气循环系统被干扰甚至被打破等问题提出了水体资源一体化管理的理念,分别净化护校河水体、收集利用雨水资源,同时结合景观设计手法,创造生态舒适且参与性较强的校园空间。
  1.3.1 护校河水体净化。为了充分利用基地中央大片荒置湿地,采用将护校河水系经西北部人工湖引入湿地,建立U字形水系循环系统。对护校河部分水体经初步处理,将拦截枯枝碎石等杂物后引进湿地,在充分发挥湿地改善水质功能的同时,增强湿地与周边水系的生态联系,从而进一步促进彼此物质与能量的交换(图2)。
  图2 生态联系性改善示意
  1.3.2 水资源收集利用。苏州属于年均降水较多的城市,然而很长时间以来,雨水作为一种无用的东西被忽视和浪费。近年来,欧美一些国家已将雨水作为一种重要的资源,进行科学管理。通过对雨水的科学管理,不仅可以有效地控制暴雨径流,最大限度地去除污染,恰当的规划和设计还可以使雨水管理工程具有多种功能和令人愉悦的景观效果,同时极大地降低成本[3]。因此,针对苏州大学独墅湖校区二期设计区域内建筑屋顶雨水资源不能有效利用,地面、广场、停车场多为不透水性铺装,易形成径流造成水体浪费且不能及时补给地下水等问题,提出了雨水收集与利用的相关措施。
  2 具体实施措施
  本案提出了校园景观环境水体资源一体化管理理念,对水体的来源和去向统筹控制管理。首先是对水体来源进行控制管理(一方面指对护校河湖水部分引进湿地,构成“U”型生态廊道,使得基地与周边区域生态连接性增强的同时实现湖水一定程度上的净化处理,以便服务于喷雾造景设施、灌溉设施用水;另一方面指对雨水进行不同方式的收集与处理)。然后是运用景观手法对水体去向进行控制管理,包括部分净化的湖水以及收集的雨水作为灌溉设施用水、景观用水、喷雾设施用水等不同的水体去向。
  2.1 护校河水体的净化处理与景观设计
  2.1.1 护校河水体的净化处理。
  湿地具有涵养水源、孕育生境、调节气候、湿润空气、改善环境、净化水体、维持生物多样性等生态服务功能。本设计构想最初出发点是充分利用基地范围内的闲置湿地,使其充分发挥能力,从而改善水体环境污染。与此同时,为众多的植物、动物营造较为良好的生存空间,有效增加该区域内生物的多样性。
  结合西北角现有的人工湖,构建U型水系,与护校河水系相通,形成一条新的水体廊道。在护校河水系由西至东流动过程中,部分水体经过现有湿地,通过湿地基质的过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解作用,实现对水体的高效净化。在水系流经湿地过程中,生态联系性同时得到了有效的加强。具体的净化流程如图3。
  图3 护校河水系净化流程示意
  首先,在西北入水口端利用筛网井等网状设施过滤叶子、石块、水体垃圾等相对较大的杂物,至此完成净化的第一道工序。
  然后经过植物净化区进行一次沉降,将现有硬质驳岸改造为生态型驳岸,改善水陆交错带景观,使其更好地发挥生态功能。基地现有驳岸都为硬质驳岸,一方面硬质驳岸缺乏透气性和透水性,隔断了驳岸土体与其上部空间的水气交换和循环,调节空气温度和湿度的能力也就比较差,在一定程度上弱化了水体空间的空气环流过程[4]。另一方面,硬质型驳岸的光滑平面不仅使许多滨水植物丧失了生存空间,还使一些水生动物失去了栖息、繁衍、避难的场所,直接破坏水生生物赖以生存的基础。整个生态系统的食物链因一层坚硬的驳岸结构而断开,导致水生生态系统失衡,水体的自净能力大大削弱[5]。因此对现有驳岸进行软质改造(图4),通过在坡度较缓或宽水域处采用多级生态护坡、阶梯护坡等驳岸形式(图5),配以挺水、浮水、沉水植物的种植群落层次,营造“水中草原”,为多种动植物提供生长生活环境外,充分发挥水生植物在美化水体景观、净化水质、保持河道生态平衡方面的显著功效。为了防止“水华”,可以采取人工收藻、框养植物、水体交换、水中曝气等措施,并根据河湖水质的污染成分有针对性地选
  择当地水生植物加以培植,移植到湖泊[6]。在坡度较陡或者水域较窄的区域不仅种植植物,还采用天然石材、木桩、石笼等护底,其上筑一定坡度的土堤,斜坡种植植被,乔木、灌木、草本相结合,固堤护岸。通过驳岸的改造与水陆交错带植物群落的多重配置,使得湖水得到一次沉降,至此完成第二道净化工序。
  其次,水体完成一次沉降后,经过毛发过滤器进行毛发等细小杂物的过滤,经提升泵提升后经砂滤装置处理,通过均质石英砂滤料的吸附、筛分等作用,经二次沉降,去除水中大量的悬浮物、藻类等影响湖水感官性质的物质,提高湖水能见度[7],至此完成水体的第三道进化工序。
  再次,随U型水系引入湿地片区,通过湿地系统中基质-水生植物-微生物的物理、化学、生物的三重协同作用,实现对重金属、病原体、营养物质的净化,完成水体的四道工序净化过程。
  最后,在东北出水口再次利用筛网井等网状设施对湖水杂物过滤后与护校河湖水汇合,参与到整个湖水系统,如此反复,在一定程度上改善湖水质量。从校园整体来看,不仅使护校河引入校园参与造景,同时活动的水体也降低了水景变脏变臭的可能(图6)。   图6 与净化流程对应的总平面
  2.1.2 护校河水体的景观设计。
  基于生态廊道原理,水体廊道包括河流水体以及沿河流分布而不同于周围基质的植被带。围绕U形的水体廊道,设计一条参与性和教育性较强的生态展示廊,包括生态走廊、“云”广场、建筑立体绿化区和农田景观区(图7)。在实现河流廊道净化污染,提升生物生境质量,维持生物多样性,提高景观品质等重要作用时,廊道的景观生态服务功能依托水岸植被连续空间也被体验感知[8]。
  考虑到湿地区域在后期可能用于校园建设等问题,以及遵循最小限度的破坏现有自然资源的原则,该方案对整个湿地区域采取最大化保留现状。同时,围绕U型水系的一系列的景观处理,通过立面高度不同水上活动步道设置,使人们在不同地点看到不同感觉的景观(图8),并且通过亲水性平台设置、喷雾设施(增加空气湿度和净化空气)与灌溉设施设置以及稻田农田景观展示等措施(图9),使人们活动与景观之间建立良好的互动体系,同时寓教于乐,启发人们关注净水、节水、改善空气等环境问题。
  在围绕整个U型水系构建的生态廊道景观带状区域中引入了“人体活动与景观、自然之间进行互感、互相给予反馈”的思想,像“云计算”理念(图10),运用高新技术进行自动化控制,不同输入给予不同的输出。如节点场地的大小与节点人流量相协调,再如,喷雾设施、灯光设施会因人流量、人活动强度大小而随之变强变弱。喷灌设施也会随着灌溉场地空气湿度等自发调节灌溉量等。这样,大大地提高了资源利用率,同时满足了人们对场地的功能需求,更带来多样性的趣味景观体验(图11)。
  2.2 雨水资源的管理与景观运用
  2.2.1 雨水资源的管理。
  在本设计基地区域内的雨水收集来源包括:建筑屋顶、道路、广场(喷灌、喷雾设施展示区)和
  停车场处雨水收集。具体措施如下:①建筑屋顶雨水。该处
  雨水相对较易收集,屋顶雨水通过落水管和地表径流一起到
  达卵石水池,过滤掉较大的颗粒后进入种有乡土植物的净化池,
  图11 “云广场”局部效果
  这些植物具有沉淀并吸附细小颗粒的功能,随后进入地下蓄水池,最后被引导到不同的区域发挥作用[9](图12)。②道路雨水。该处的雨水收集采用道路高于周边绿地的形式使得雨水直接排至绿地中,在旁边没有绿地的区域,采用路缘石阶段性开槽、
  图12 建筑绿化景观局部效果
  路边设置集雨蓄水沟来进行雨水的收集。③广场雨水。主要采用透水性材料的方法。广场断面结构依次为透水砖、中砂、天然沙砾、开级配碎石压实来进行雨水收集。④停车场区域雨水。停车场由于车辆进出频繁,地表径流中含各种沉淀物、盐、重金属和化学物质。针对停车场的雨水收集,采用透水性铺装和生物容纳池结合的方法。
  2.2.2 雨水资源的景观运用。该设计雨水资源景观运用的亮点在于试图通过建筑垂直绿化、建筑雨水管道、建筑立面喷雾设施三者进行三维空间上的结合,从而实现部分收集的雨水通过喷雾设施给垂直植物提供水分补给。同时,喷雾设施和垂直绿化同时起着改善周边环境、降低夏季室内温度作用。建筑收集的雨水相对较为干净,除了用于建筑垂直绿化用水外,主要用于建筑周边喷雾设施的用水。一方面减少空气中的粉尘颗粒;另一方面增加空气湿度,降低夏季高温,同时引发人们关于雨水资源利用与环境质量改善问题的思考。
  雨水管理(包括收集和利用)一体化设计,将屋顶、广场、道路用水通过上述措施收集,经过滤装置处理后存储至生物蓄水/截留池,为喷水灌溉设施提供一定水源,从很大程度上提高了雨水资源的利用率(图13)。
  图13 雨水收集管理示意
  3 结语
  研究选取苏州大学独墅湖校区二期区域作为景观环境中水体资源的一体化管理理念的实践田是可行的并且是有必要的。通过探索与实践,不仅可以有效改善湖水质量,有效利用湖水雨水资源,而且可以引导人们从更大的方向整体上有条理地组织管理校园水体景观,这对建设生态绿色的校园环境具有重要的指导和教育意义。整个概念设计的一体化理念不仅从源头净化处理了水体,高效地控制了水体去向,而且借用水景廊道营造出了更多的活动交流空间。结合景观处理手法,最大限度地使得人、自然、景观与建筑四者产生了行为上的互动与能量上的传递。与此同时,在校园的教育性环境氛围中,这样一个寓教于乐的校园景观更有意义,使人们在享受美丽校园景观的同时,呼吁大家关爱环境,珍惜资源。
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