基于绿色基础设施理论的高校校园雨洪管理研究——以威斯康辛大学麦迪逊分校为例

姜 涛， Ahmad Hassan, 杨羽峤

(1. 贵州大学林学院，贵州贵阳 550025; 2. 四川省建筑设计研究院，四川成都 610017; 3. 四川农业大学林学院，四川成都 611130)

1 绿色基础设施概况

绿色基础设施(Green Infrastructure ,GI)是起源于美国的一种城市设计理念，其在保护自然系统和进程、减少建成区的环境影响等方面发挥着重要作用。绿色基础设施是由水道、湿地、林地、野生动植物栖息地和其他自然区域(如绿道、公园等自然保护地；农场、牧场、森林和荒野等开放空间)构成的相互联系的生态网络，该网络可以有效改善社区和人类的健康和生活品质、维持乡土物种生存和自然生态进程、保持空气和水资源的安全[1]。美国环保署(EPA)对其定义还包括了模仿自然进程的工程化系统[2]。雨洪管理是绿色基础设施的一项重要功能，一些小型的分散化的雨水最佳管理实践(BMP)如绿色屋顶、雨水花园、透水性铺地等都属于绿色基础设施的实践类型。这些实践类型的组合应用可以有效地截留、渗透和过滤场地的雨水，从而可以起到控制雨洪、减少径流污染、回补地下水、改善下游水系环境等作用。在美国环保署不断倡导将绿色基础设施作为雨洪管理的生态可持续方法的背景下，美国很多城市如费城、波特兰、纽约等已经将绿色基础设施建设作为城市雨洪管理的重要手段和途径[3-5]。

2 美国高校绿色基础设施的相关研究和案例

美国很多高校都制定了校园可持续发展规划甚至专门的雨洪管理规划，这些规划能够立足学校发展的实际情况，具有很强的指导性和可操作性，对于校园绿色基础设施的建设有着较大的推动作用。美国环保署也鼓励高校校园的雨洪管理创新，其在2012年起发起的年度高校竞赛项目(campusrainworks challenge)旨在通过绿色基础设施的设计途径来管理校园的雨水径流并提供多方面的综合效益。该竞赛明确了高校在雨洪管理的设计、创新和研究以及新技术和新理念传播方面的重要地位。研究方面，一些高校设有专门的绿色基础设施研究机构，为GI的科研、教学、实践和合作提供平台。如华盛顿大学的绿色未来实验室，致力于培养社区伙伴关系。通过公共机构、规划设计顾问和科研人员的合作，给学生提供通过GI设计直接解决西雅图城市实际问题的机会；新罕布什尔大学的雨洪中心致力于为寒冷天气下GI的设计提供科学依据，该中心通过对比研究不同GI设施的绩效并提供基础支撑数据。

实践方面，如波特兰州立大学Shattuck生态学习广场，强调可持续景观的可视化，该广场集合了垂直花园、透水铺地、绿色屋顶等GI设施，持续的监测既可以提供GI绩效的研究数据，又可以为师生提供教学与实践场地。

3 威斯康辛大学麦迪逊分校的绿色基础设施内容

威斯康辛大学麦迪逊分校建于1848年，是美国历史悠久的世界著名高校。其校园历史文化内涵丰富，尤其以各个时代建设的建筑为特色。目前，校园很多建筑是二战后兴建的，已经接近其设计使用寿命。在该校总体规划和其他校园政策等都强调可持续校园建设的背景下，该校投入了大量资金进行校园基础设施的维护、替换和更新，这也为校园绿色基础设施的实践提供了机遇。2015年该校设施与管理部门官网公布了《绿色基础设施/雨洪管理总体规划》的文件，该文件为该校未来实施、评估和分享新的可持续校园建设方案奠定了良好的基础。通过对该文件的分析，可以得出以下主要内容[6]。

3.1 雨洪管理的标准和政策

威斯康辛大学麦迪逊分校除了要遵守联邦、州和所在城市相关雨洪管理法规外，其还结合校园情况制定了更详细、更有针对性的校园雨洪标准和政策。如城区绩效标准要求校园的总磷(TP)要减少61 %以上，并在公共教育和外联、公众参与、非法排放检测和消除、施工场地径流控制、施工后场地雨洪管理、污染预防等方面采取相应的策略和措施。又如校园场地设计标准要求项目建设后场地的年平均总悬浮固体(TSS)要减少80 %以上，施工侵蚀控制和沉积物标准要求所有项目都要制定侵蚀控制规划并实施最佳管理实践(BMP)等。这些标准和政策能够很大程度上为该校GI的有效实施提供制度上的保障。

3.2 综合性的绿色基础设施实践

威斯康辛大学麦迪逊分校的GI实践包括校园(多站点)和场地两个层面，前者侧重于场地开发程度低、服务集水区面积大的BMP设施布局，后者则侧重于场地可利用条件有限、中小尺度BMP设施的设计。校园尺度的实践目的是截留和处理已经通过现有的基础设施收集的雨水，并将其转移到具体的GI设施或区域进行集中的处理，这就为处理来自校园街道和其他空间的雨水径流而不仅仅是单一建筑场地的雨水径流提供了机遇。借助于 Win SLAMM等雨洪模拟软件可以很好地指导GI在校园规划设计中的应用。在综合分析基础上该校采取的多站点实践包括Marsh Lane生物过滤区域、Horse Barn生物过滤区域、Willow Creek湿地、靠近东娱乐场地的地下雨水调蓄室(Detention Chamber)等。场地层面的实践包括土地利用调整、雨水利用和收集、绿色街道、透水铺地、绿色屋顶、过滤和渗透、植被洼地、湿式滞留地、人工湿地、可替代传输方法(Alternative Conveyance Methods)、路基储存和城市树冠等。

3.3 基于未来土地利用变化的机遇

该校2015年校园总体规划为其未来20年的校园发展和建设道路指明了方向，也为未来土地变化和重建提供了实施GI的机遇。这些机遇包括Lot 60附近地区对新建的综合娱乐场地和改造的停车场，通过GI的设计和排水系统改造来实现减少污染物的目的；Willow Creek廊道的修复；肌肉生物学与肉品科学实验室的拆除和重建以及林登大道的改造等都为未来将该区域建设成为绿色社区提供了现实需求；Near East运动场和游泳馆的重建尽管没有增加额外的地上空间，但其靠近雨水管道交汇处的优势可以为地下雨水设施建设提供机遇；Lot 34的拆除和Observatory Hill的景观提升为建造可见的雨水径流处理设施奠定了基础；通过“大街区”(super block )建设提供充足的开放空间和庭院并与GI设施充分结合；南校区高密度的城市化条件则适合小型分散的兼具娱乐和社交功能的GI设施；公共设施和交通设施改造等。

3.4 绿色基础设施实践的影响

根据政府相关要求，威斯康辛大学麦迪逊分校需要对校园下垫面采取措施以减少其雨水径流中的污染物，从而达到保护Rock River流域的目的。为满足相关TMDL(最大日污染负荷)政策要求的73 %的TSS年削减量，通过WinSLAMM软件模拟可以得出校园在2015年基线情况下的TSS产生量为168 000磅(约76 203 kg)，其中可以进行削减的包括校园现状BMP设施削减52 000磅(约23 586 kg)，校园总体规划土地利用调整削减8 000磅(约3 628 kg)，区域层面的BMP设施规划削减24 000磅(约10 886 kg)，尚未达到TMDL的要求。因此，在此基础上，该校提出通过建设适应性管理项目来削减至少39 000磅(约17 690 kg)TSS以满足TMDL的具体要求。

4 对我国海绵高校建设的启示

4.1 制定校园雨洪管理相关政策和规划文件，并严格执行

美国联邦、州和地方政府都制定了较为完善的雨洪管理政策体系，这些政策内容详实，并且将法律强制性和激励性很好地结合。在此基础上，为满足相关雨洪管理硬性要求，改善校园综合水环境，许多美国高校也制定了校园范围内的雨洪管理规划文件或相关的景观规划手册和标准等，这些校园规划文件对校园内的建设项目具有重要的实践指导作用。如威斯康辛大学麦迪逊分校编制的校园总体规划、景观总体规划、雨洪管理规划、设计导则等文件，都对校园项目的雨洪管理有着一定的要求，共同实现校园可持续性、美观性、功能性、连贯性等目标。我国高校应该抓住海绵高校、绿色校园、节约型校园建设等契机，积极制定校园雨洪管理规划文件，或在校园总体规划、建筑规划或景观规划编制中增加相应雨洪管理专项规划内容，并使其能够与校园建设项目进行衔接，使校园绿色基础设施建设真正能够落到实处。

4.2 以校园更新改造和科研、教育为契机，建设GI示范项目

鉴于资金、场地和环境等多方面原因，我国有很多高校尚不具备全面实施绿色基础设施建设的条件，鉴于此这些高校可以尝试在单一项目改造(如建筑改造、绿地改造或水体修复等项目)或科研项目中建设具有示范意义的GI设施，如绿色屋顶、雨水花园、透水铺装、人工湿地或池塘等。这些设施经过艺术化的设计可以实现美学、教育、科研、娱乐和公共关系等多种功能。如威斯康辛大学麦迪逊分校对南校区Distribution Loop的绿色街道改造，对Lot 60拆除并改造为Marsh Lane生物滞留区域等。我国高校目前已经积极开展相关的实践，如华中科技大学王通老师团队从2013年开始实施的绿色屋顶科研项目，清华大学的胜因院雨水花园建设项目等，但总体还处于探索阶段。

4.3 对校园雨水相关基础设施进行调查、维护和管理

校园雨水相关基础设施的调查是开展海绵校园建设的基础，也是进行绿色基础设施设计的前提和依据。加强对这些设施的维护和管理对于校园的雨洪管理也有着重要的作用，属于校园雨洪管理非结构措施的重要组成部分。美国高校采用的常用方法包括注重绘制并更新校园雨水基础设施的地图；保持定期雨洪管理的记录与报告；校园街道清扫；落实雨水基础设施维护责任；校园基础数据收集(如用水情况、不透水面、土壤、水系污染、雨水污染等)统计；雨水盖标记；校园BMP设施运行评估；施工场地废物控制等。如威斯康辛大学麦迪逊分校要求对地下滞留设施要每年至少检查2次，并根据需要进行清洁；生物过滤区域每月检查一次，检查内容包括检查沉积物是否堆积、堵塞和侵蚀，垃圾、有机物和碎片是否堆积以及植物健康情况等；对透水铺装应每年至少检查一次，评估内容包括路面状况、排水和排水口情况、表面渗透状况和是否堵塞等。

4.4 加强对校园水文情况的前期科学分析，并进行GI规划后的效果评估

前期水文分析是影响海绵校园建设成功与否的重要因素，对于掌握校园的实际水文情况和评估校园的雨洪问题都有着重要的意义。我国高校校园应积极借鉴国外的雨洪管理分析软件，加强对校园实际水文情况的科学分析，并对规划后的绿色基础设施进行雨洪管理软件模拟以评估规划前后校园在雨水径流量、污染物的变化以及不同BMP设施的具体效果等。如威斯康辛大学麦迪逊分校由于要实现对进入Rock River流域TSS和P的削减要求，因此需要借助计算机模拟现状和不同发展情景下未来校园污染物的负荷情况等，评估结果可以为海绵校园建设决策提供科学依据。该校采用的是所在威斯康辛州广泛应用的WinSLAMM软件，该软件可以模拟城市非点源污染物和其下游污染物负荷输出之间的关系，还可以评估不同BMP设施的具体控制效果，如多孔路面、生物过滤区域、带有排水系统的集水池、湿滞留塘、渗透设施等。

4.5 积极开展多部门、多学科合作，并重视校园师生对雨洪管理实践的参与

校园雨洪管理是一项综合性的工作，需要多部门、多学科的合作，也需要校园师生对雨洪管理的积极支持和参与。美国很多高校都重视合作，也重视师生对校园雨洪管理规划的支持，并注重将其科研成果和建议应用到实际校园决策中。我国高校在合作、教育和师生参与方面可以借鉴美国方面的一些经验。如美国天普大学可持续社区中心和维拉诺瓦城市雨水合作伙伴的跨机构合作，其目的是促进相关的研究协作(主要是监测规划的标准化)，支持各种绿色基础设施的推广形式(如研讨会、咨询委员会、参观等)，推进BMPs示范项目的建设；美国路易斯安那州立大学在风景园林课程中对雨洪管理专项教育课程的开设，并与实际的景观规划项目结合，以提高在校学生的雨洪管理理论和实践知识；又如威斯康辛大学麦迪逊分校拨款支持了多个校园雨洪管理科研项目，其中2014年由James LaGro等撰写的《迈向2025年的示范校园—用于雨洪管理的绿色基础设施》报告文件(Green Infrastructure for Stormwater Management:Toward a Model Campus by 2025)对该校实施绿色基础设施的现状与建议等做了详细的剖析，内容涉及设计、交流、教育、问责、规划、资金等多个内容，很多建议如在设计阶段就考虑纳入GI的可能性；增进校园规划决策部门和师生之间的沟通，让其能够参与进来等都被校园决策部门采纳。