笔者提出的“区域水管理”理念, 是以区域为单位, 将区域内涉水管理活动划分为水安全管理、水权管理、水行政管理及水政策管理4个部分展开进行, 以期实现区域内水资源的可持续利用。本文以澳门大学水规划设计为例, 介绍了区域水管理学在校园规划中的运用。因校区的规划属小范围规划, 用户更多关注用水安全的管理而并不涉及国家层面的水权、水行政与水政策的管理。因此, 本文仅对澳门大学水规划中的水安全管理部分 (包括水量管理、用水平衡管理、水质管理等) 展开讨论。

　　 澳门大学横琴校区于2013年7月建成使用, 位于珠海市横琴岛, 地处亚热带, 受海洋性气流影响, 雨量充沛, 暴雨频发, 但同时淡水资源稀缺。基于区域水管理理念, 规划时综合考虑了供水安全与节水, 雨水的渗滤、净化、调蓄及利用, 污水处理与中水回用。通过整体的系统规划, 达到节约用水, 污染物零排放, 控制雨水径流, 无动力处置景观水的设计目的。前瞻性的设计, 超前落实了海绵城市、低影响开发的先进设计理念。

　　 澳门大学新校区总用地面积为1 092 637m², 位于珠海横琴岛, 和珠海市区一桥相通, 与澳门一河之隔, 由国家划拨澳门政府供建澳门大学新校区使用, 建成后由澳门方面管理。我院于2010年2月完成规划图的设计, 旋即展开初步及施工图设计, 校园内少部分建筑由其他设计院根据规划理念配合设计。

　　 校区建成后, 近期可容纳学生8 000人, 远期可容纳15 000人。校区总建筑面积达816 800m², 道路用地面积128 000m², 广场用地面积91 000m², 绿化面积433 600m², 水体面积166 700m²。校区由学院楼、教学楼、行政楼、商业区、体育馆、演奏中心、宿舍、图书馆及附属学校等多个建筑单体组成, 各单体建筑高度均不超过50m。

　　 澳门大学横琴校区为粤澳合作的重点项目, 校方致力于打造成为优质工程。该项目的设计任务书结合国家的大背景提出了节能、节地、节水、节材和环保的理念。因此, 水系规划设计应根据工程所在地具体人文及自然条件, 积极响应任务书要求。

　　 横琴岛四面环海, 淡水资源极度匮乏, 其用水98%依靠珠海供给。但珠海市的可供水量有限且受季节影响变化较大, 且因经济社会的发展, 珠海市自身的用水需求仍在不断增加。考虑到横琴岛地处亚热带, 降雨量较充沛, 如能将雨水和回收污水进行系统的规划并加以利用, 将可以满足部分中水的需求, 有助于减轻市政供水、排水的压力。

　　 (1) 水量平衡计算:横琴岛属亚热带气候, 降雨量随季节的不同, 变化较大。加之校区的用水随上课时间和人数的变化, 也会有较大的波动。因此, 若不能对进水与用水的水量平衡进行准确计算, 就会导致中水回用量偏高或偏低。

　　 (2) 景观用水的水质控制:由于进水水质不稳定, 加上景观水体循环中易出现循环死角, 在设计中必须要根据水质选择相应的处理工艺、设备, 并采取一定的措施促使水体自然流动及循环, 避免出现死水, 才能保证景观用水的质量达到标准。

　　 (3) 景观水位的控制:在旱季和雨季, 校区的降雨量会有较大的差异, 景观水位也会随之变化。因此, 设计中需考虑不同季节时的景观水位, 保证旱季时校区水体既能满足景观要求, 同时也能满足中水用水要求, 雨季时景观水能溢流外排, 不倒灌。

　　 道路及屋面上的雨水在重力作用下, 由碎石沟过滤后散流至绿地。经绿地渗透吸收后, 富余的水排至景观水体;同时, 经处理过后的生活污水, 也排放至景观水体中, 与雨水一起参与水体的循环。景观水体同时兼做中水储水池, 水经压差过滤器过滤后, 可用于冲厕、绿地的保养及道路广场的浇洒。工艺流程见图1。

　　 校区供水分两个系统, 其中优质水 (水质参照欧盟标准) 由澳门自来水公司供给, 主要用于餐饮、淋浴、洗衣等与人体接触的生活用水及空调冷却用水;中水则来自校区内收集的雨水与处理后的生活污水, 主要用于冲厕、绿化、道路浇洒等对水质要求一般的场合。

　　 按近期规划学生及教职工人数8 000人、远期规划学生及教职工人数15 000人, 小时变化系数取2.5, 综合用水量计算结果见表1。

　　 由表1可知, 校区日用水量为3 984~6 157m³。其中优质水日用水量为2 025~3 425m³, 其余为中水量。

　　 本工程采用珠海市暴雨强度公式, 取重现期为1年计算可利用雨量。校区竖向设计尽可能使地形分水线靠近用地红线, 以保证大气降水存留于校区内;校区主要道路标高高于路旁绿地、湿地及水体, 并在建筑物单体周边及主要道路两侧设置碎石沟。一般雨水量时, 主要道路及屋面的雨水可在重力作用下, 自流排至周边碎石沟, 溢流后的散流雨水在绿地内渗透, 有组织流入雨水渗透滤井, 为绿地提供水分涵养;环境容水量达到饱和时, 雨水流入景观水体;洪涝时, 景观水位超过警戒水位, 水溢流至校外水体。

　　 上述雨水渗透系统采用雨水直接渗入绿地土壤、靠土壤自净能力渗滤初雨中污染物后再排入水体的做法, 较之传统的处理初雨弃流, 节省了处理设备及用电量, 依靠自然净化保持水体水质, 并使雨水径流量大大降低, 使校区生态处于自然状态, 减少了绿地浇洒用水, 保证了校区内水生态环境。渗透系统如图2。

　　 生活污水量按全部生活用水量的100% (不包括空调补水、绿化浇灌、道路冲洗用水) 计, 日排放量为3 000m³, 平均小时排放量为125m³, 最大小时排放量为312.5m³。

　　 生活污水采用重力流和压力流的联合排放方式。整个校区按整体功能及平面布局分为若干个重力流区域, 每个区域内根据排污量设置一个污水储存池, 该区域内污水采用重力流排至污水储存池, 经加压后排入校区内压力流污水排放管网。压力流污水管设置在校区道路东、西两侧的管沟内, 并在污水处理厂附近汇合后进入污水处理厂, 日处理能力不小于3 000m³。

　　 该项目污水以生活污水为主, 还含少量的实验室废水、餐饮废水等。除生活污水外, 实验室废水和餐饮废水在排至污水管网前均需进行预处理:实验室酸、碱废水设中和池中和, 有毒废水局部处理达标后排放 (个别剧毒废水可集中外运作专业化处理) ;食堂餐厅含油废水设隔油设备除油后, 排入所在区域的重力流污水管网。

　　 校区内污水最终排至校区污水处理站, 经处理站处理后排入校区景观水体。处理站出水水质应能满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》 (GB/T 18921—2002) 的标准, 处理站设计出水水质要求见表2。

　　 根据表1计算结果, 校区中水最大需求量为1 929m³。根据《建筑中水设计规范》 (GB 50336—2001) , 中水原水量:

　　 式中Q_d———中水原水量, m³;

　　 α———最高日给水量折算成平均日给水量折算系数, 此处取0.85;

　　 β———建筑物按给水量计算排水量折算系数, 此处取0.9;

　　 Q———建筑物最高日生活给水量 (除去绿化用水、广场冲洗用水、空调补水、泳池补水) , 此处根据表1取Q=3 000m³;

　　 b———建筑物用水分项给水百分率, 此处按照排出的生活用水全部收集计算, b取100%。

　　 由此得出中水原水量Q_d=0.85×0.9×3 000×100%=2 295 (m³) , 约为中水需求量的1.19倍, 说明即使在未考虑雨水收集的情况下, 校区内中水的回收水量也完全可以满足中水使用的需求。

　　 经处理的污水及经雨水渗透系统过滤后的雨水, 皆排入景观水体内作为中水水源。中水泵房设置在校区中部, 泵房的吸水口与污水处理站排放口分置于水体的南北两端, 可引导水流由北至南缓慢流动, 形成活水。

　　 校区内设置一套独立的中水管网, 景观水经中水泵房抽吸直连压差式过滤器进行处理并进行加药消毒, 经由加压设备加压后, 进入校区中水管网。经处理后的中水可达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》 (GB/T 18920—2002) 标准, 用于校区内冲厕、绿地灌溉及道路、广场浇洒等。

　　 (1) 与总图专业协调规划思路, 校区竖向设计尽可能使地形分水线靠近用地红线, 以保证大气降水能存留于校区内;在建筑物散水坡周边及主要道路两侧设置碎石沟, 有利于雨水的过滤收集。校区主要道路标高高于路旁绿地、湿地及水体, 以便道路上的水能自流排至绿地。

　　 (2) 尽可能在总体设计中加强减小径流系数的措施 (设置绿地, 减少硬地面、路面, 采用渗水地面及屋面、滞留雨水等) 。经过设计配合, 本项目的综合径流系数达到0.4, 大大减少了雨水径流量。

　　 (1) 水位控制:汛期时, 考虑景观水位高于溢流水位线。校区水体平面在规划中形成3个控制水位:溢流水位、正常景观水位、枯水位, 用于调节校区不同季节的水环境。溢流水位和景观水位之间的高差、景观水位和枯水位之间的高差均按0.5m设置。在水体南北两端设置水位控制闸门及强排水泵, 形成水体封闭系统。当校区水体水位高于溢流水位并高于校外水体水位时, 开闸放水;校内水体水位高于溢流水位但低于校外水体水位时, 开泵强排。此套系统能保证多余的降雨量在24小时内全部排出至市政雨水管网。

　　 (2) 水面率的确定:景观水体的水量需保证雨季可存留大部分雨水, 旱季则保证水量平衡 (满足中水需水量及景观用水量) 。珠海历年连续降雨最长的天数为21天, 总降雨量为162.6mm。按雨水径流系数为0.4、景观水位与溢流水位的高差为0.5计算, 当水面率保持在13%以上时, 水体可以容纳大部分的降水。综合考虑中水蓄水量及其他因素后, 水面率最终确定为15%, 即水体面积为166 700m²。按中水日用水量为1 929m³计算, 旱季时, 在最不利条件下 (旱季且污水处理系统停运) , 景观调蓄水池也可保持约1个月的中水用水量。

　　 校区总的进水量为大气降水量和市政供水量, 总的出水量为蒸发水量及洪涝时溢流水量。

　　 横琴历年平均降雨量为1 985.8mm, 校区面积1 092 637m², 则校区年降雨量为2 169 758.5m³;市政日供水量最大为3 000m³, 按一年365天计, 市政年供水量为1 095 000m³。故总进水量为:

　　 式中Q_I———总进水量, m³;

　　 Q_g———年降水量, m³;

　　 Q_s———市政年供水量, m³。

　　 横琴历年平均蒸发量为1 701.01 mm, 则校区年蒸发量为1 858 586.5m³。由此计算的每年富余水量为:

　　 式中Q₀₁———年蒸发量, m³;

　　 Q₀₂———富余水量, m³。

　　 景观水体进水量为可收集的雨水量和可回收的污水水量, 总出水量为溢流水量、水面蒸发水量以及使用后不能回收循环的水量 (包括道路浇洒、绿化灌溉用水量) 。

　　 因校区的露天地面 (如道路、广场、停车场等) 大多铺装透水材料, 透水性能好, 综合径流系数取0.4, 每年可收集的降雨量为867 903.4m³。可回收污水水量为1 095 000 m³ (见2.4.1节) , 则每年景观水体进水量为1 962 903.4m³。

　　 水体面积为166 700 m², 经计算年蒸发量为331 032.86m³;道路浇洒及绿化浇灌年用水量由表1可确定为321 200m³, 则水体富余水量为:1 962 903.4-331 032.86-321 200=652 232.56 (m³) 。

　　 珠海市旱季时降雨量<蒸发量, 此时需要用中水补充部分蒸发水量, 校区水量勉强持平, 无外排水量;雨季时降雨量>蒸发量, 故需要排放部分存水。按雨季开始时景观水池可调节高度为0.5计算, 则雨季时最大需要外排的雨量为:652 232.56-166 700×0.5=56 8882.56 (m³) 。

　　 (1) 校区内有毒有害试验废水均经过预处理达标后排放。在污水处理厂内设置水质分析实验室, 实时监测污水出水状况, 污水处理达到一般净水标准。

　　 (2) 所有雨水进行生态化处理 (碎石沟拦截、土壤过滤、渗透等) 再排放至水体, 水中的富营养化物质被土壤拦截, 从而保证了景观水体水质。本工程还一改中水直接回用的传统做法, 使污水尾水参与水体的循环。按水体调节水量的水深为0.5 m计算, 近期水体35.5天可完成一次循环, 远期水体19天可完成一次循环更新, 实现了景观水体的无动力处置, 避免了水体富营养化。

　　 (3) 水体进出水口置于水体两端, 形成整体循环:污水处理站处理水在校区最北端排入水体, 中水处理站在中部水体中吸水。同时, 最南端水体与中部水体通过DN600的连通管连接, 使水体形成环路。在连接西侧河道与中部水体的每个河道中设置导流装置以及可识别漂浮物, 根据水体流向控制各导流装置的启闭, 促使水体自然流动及循环, 避免出现死水区, 使水体处于缓慢流动状态。

　　 采用污水处理排放水和中水吸水口在水体南北两端的做法, 和传统的处理后直接在同一地点加压回用的作法相比, 用自然的方法使水体循环流动, 避免了水质恶化。采用雨水直接渗入绿地土壤、靠土壤自净能力渗滤初雨中污染物后再排入水体的作法, 较之传统的处理初雨弃流, 这种方式依靠自然净化保持水体水质, 大大减少了维持水质所需的处理设备及用电量。

　　 规划硬屋面及道路雨水均有组织渗滤, 较传统的雨水排水技术减少了雨水管埋深, 大大节省了工程费用。

　　 校区建成后, 室外采用透水地面, 雨水优先进行自然渗透和回收, 在改善校区生态环境的同时, 每年减少雨水外排量约1.59×10⁶m³。校区污水全部得到回用, 每年减排量约1.095×10⁶m³。将雨水、排水、回用水与景观水作为整体考虑, 景观水体同时作为校区调蓄水池, 增强了雨水调蓄效果, 也解决了传统独立的调蓄池容积偏小或者容积偏大的浪费问题。以上措施大大减轻了雨水、污水对市政管网的冲击和对环境的污染, 符合低影响开发的理念。该套方案通过雨水和污水的综合处理回用, 每年可减少市政用水量约7.04×10⁵m³, 减轻了区域供水压力。

　　 校区建成后综合径流系数达到0.4, 有效地存留了大部分的雨水, 年径流总量控制率为74%, 达到了《海绵城市建设技术指南》中对珠海市年径流总量控制率 (60%~85%) 的要求;水面率为15%, 超出了《城市水系规划规范》 (GB 50513—2009) 一区城市适宜水面率 (8%~12%) 的标准;污水再生利用率可达100%, 远超出《海绵城市建设绩效评价与考核办法 (试行) 》规定的20%利用率。本工程还创新性地将处理后的污水与雨水在景观水体中混合循环, 使景观水变成流动的活水, 最大限度地利用自然的力量净水、蓄水, 不消耗任何动力, 保证了景观水体的清澈, 节省了处理设备及用电量。此外, 经水量平衡计算, 除汛期外雨水均不外排, 体现了低影响开发的设计理念。

　　 澳门大学横琴校区的水系规划基于区域水管理学的思路, 以区域内的水开发对区域外影响达到最小为目的, 综合考虑了水量控制、水量平衡与水质的管理, 是一个整合优化的系统, 体现了中国传统文化天人合一、返璞归真、回归自然的智慧思维和西方量化科学技术相结合的技术哲学理念。水体的建成及运营不仅为澳大师生提供了一个使心灵安宁、与自然对话的优美环境, 还将为全国海绵城市与低影响开发建设提供一个可参考的工程实例。项目实施后, 业主考虑到澳门大学要与澳门岛统一管理及其他原因, 要求污水送至澳门污水处理厂处理后, 再回输至校区景观水体。但因污水处理厂出水不符合景观用水水质规定, 暂未实现回输。