山東水利基地雨洪資源綜合利用技術(shù)研究

耿靈生，李國(guó)會(huì)，馬　良（山東省水利科學(xué)研究院、山東省水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250014）

山東水利基地雨洪資源綜合利用技術(shù)研究

耿靈生，李國(guó)會(huì)，馬良
（山東省水利科學(xué)研究院、山東省水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250014）

【摘要】通過(guò)在山東省水利基地及雪野水庫(kù)管理處試點(diǎn)開(kāi)展雨洪資源綜合利用技術(shù)研究，以期形成基于新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的雨洪資源綜合利用、低影響開(kāi)發(fā)綜合技術(shù)，建成典型生態(tài)示范工程，為生態(tài)山東建設(shè)提供示范和推廣。通過(guò)節(jié)能型的無(wú)動(dòng)力雨水收集法，收集萊蕪市雪野水庫(kù)管理處示范點(diǎn)建筑物屋面240m2的雨水，利用雨水重力流的基本原理實(shí)現(xiàn)對(duì)初期雨水的匯流與拋棄工序，對(duì)初雨進(jìn)行拋棄，進(jìn)行過(guò)濾、消毒處理，處理后的清水進(jìn)行綠地綠化和立體綠化。根據(jù)收集水量以及用水量之間的平衡，可實(shí)現(xiàn)面積為300m2的綠化。

【關(guān)鍵詞】雨洪資源；低影響；海綿城市；山東省

近年來(lái)，隨著城市工業(yè)化進(jìn)程地加快，工業(yè)用水量增加，城市地面硬化（如建筑屋面、路面、廣場(chǎng)、停車場(chǎng)等）改變了原地面的水文特性，大量雨水流失，土壤含水量減少，熱島效應(yīng)及地下水位下降現(xiàn)象加劇。目前城市雨水處理工程的建設(shè)正在以前所未有的速度向前推進(jìn)。在雨水資源利用方面，我國(guó)一些大型城市如北京、深圳等在雨水資源和洪水資源利用方面進(jìn)行了許多創(chuàng)新性探索，對(duì)雨洪利用技術(shù)進(jìn)行了許多示范性研究和實(shí)踐。許多新建小區(qū)、工廠、公用建筑都進(jìn)行了雨水綜合利用工程設(shè)計(jì)和建設(shè)。

目前，濟(jì)南市將出臺(tái)《關(guān)于加快推進(jìn)海綿城市建設(shè)工作的實(shí)施意見(jiàn)》，明確為提高城市綜合防災(zāi)減災(zāi)能力，緩解城市水資源壓力，改善城市生態(tài)環(huán)境，將把濟(jì)南建設(shè)成為“海綿城市”。在現(xiàn)代城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度實(shí)現(xiàn)雨水在城市區(qū)域積存、滲透和凈化，提高雨水資源化水平，提倡修建“海綿城市”。海綿城市的建設(shè)將自然途徑與人工措施相結(jié)合，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，是推進(jìn)“工程治水”向“生態(tài)治水”重大轉(zhuǎn)變的有效方式。

山東省水資源供需矛盾日益突出，加快推進(jìn)山東水利基地建設(shè)，是適應(yīng)新時(shí)期治水思路轉(zhuǎn)變的需要，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的需要，也是提高水安全保障能力、全面提升水利科技支撐能力的需要。本研究以山東水利基地為依托，通過(guò)雨洪資源綜合利用系統(tǒng)來(lái)進(jìn)一步研究雨水利用的多種可能性以及其示范推廣前景。

1　雨洪資源收集及綜合利用工藝

雨洪資源收集及綜合利用技術(shù)主要工藝為通過(guò)節(jié)能型的無(wú)動(dòng)力雨水收集法，收集建筑物屋面雨水，利用雨水重力流的基本原理實(shí)現(xiàn)對(duì)初期雨水的匯流與拋棄工序，對(duì)初雨進(jìn)行拋棄，進(jìn)行過(guò)濾、消毒處理，處理后的清水進(jìn)行綠地綠化和立體綠化。本研究的雨洪綜合利用集成設(shè)備主要由無(wú)動(dòng)力雨水收集器、雨水蓄水箱、EPT-5300集成式雨水處理系統(tǒng)和雨水清水箱等部分組成。

1.1無(wú)動(dòng)力初雨拋棄裝置

無(wú)動(dòng)力初雨拋棄裝置在整個(gè)無(wú)動(dòng)力雨水收集工藝中起到初期雨水拋棄及粗過(guò)濾的功能。在無(wú)動(dòng)力初雨拋棄裝置的進(jìn)水口處設(shè)有檢查口用于維護(hù)，定期查看格柵網(wǎng)，并將格柵網(wǎng)上的大型垃圾定期處理干凈。

由于初期雨水沖刷屋面時(shí)帶入很多雜質(zhì)使得初期雨水水質(zhì)中含有大量的CODcr、SS、色度等污染物質(zhì)，所以需對(duì)初期降雨進(jìn)行拋棄。無(wú)動(dòng)力初雨拋棄裝置所設(shè)定的拋棄量為2mm的初期雨水，每套設(shè)備適用于100～250m2匯水面積的規(guī)格，由于無(wú)動(dòng)力初雨拋棄裝置大多置于室外墻體上，所以無(wú)動(dòng)力初雨拋棄裝置全部采用不銹鋼金屬材質(zhì)，防止長(zhǎng)時(shí)間風(fēng)吹雨淋而導(dǎo)致設(shè)備腐蝕損壞。

1.2雨水蓄水箱

雨水蓄水箱用于貯存經(jīng)過(guò)無(wú)動(dòng)力初雨拋棄裝置處理后的雨水。水箱整體完全密封，防止外界昆蟲(chóng)、動(dòng)物等大型生物進(jìn)入，水箱的頂部設(shè)有專用呼吸器以防水箱內(nèi)部水質(zhì)因?yàn)殚L(zhǎng)期貯存而變質(zhì)。雨水蓄水箱的側(cè)面以及底部分別設(shè)有雨水溢流管以及雨水排污管，以防電控系統(tǒng)發(fā)生緊急故障不能工作的情況。

1.3雨水一體化凈化裝置

雨水一體化凈化裝置用于去除雨水水體中的SS，CODcr，以及去除色度。該裝置主要由3個(gè)主要設(shè)備組成：雨水石英砂過(guò)濾器、雨水活性炭吸附器以及殺菌消毒裝置。雨水石英砂過(guò)濾器用于去除水體中的SS含量，SS去除率高達(dá)90%，通過(guò)自動(dòng)反沖頂裝式閥門的時(shí)間控制，定時(shí)定期進(jìn)行反沖來(lái)維持雨水石英砂過(guò)濾器的工作效能；雨水活性炭吸附器用于去除水體中的CODcr含量以及色度含量，CODcr去除量可達(dá)70%，色度去除率可達(dá)75%；殺菌消毒裝置用于去除水體的細(xì)菌病毒保持水體中的余氯含量。

1.4雨水清水箱

經(jīng)過(guò)雨水一體化凈化裝置處理后的清水匯集至雨水清水箱中。水箱內(nèi)部設(shè)有五球式連桿浮球作為液位控制器，分別用于高液位停止，中液位自來(lái)水補(bǔ)水，低液位給水泵保護(hù)。雨水清水箱的側(cè)面以及底部分別設(shè)有雨水溢流管、客水補(bǔ)水管以及雨水排污管，以防電控系統(tǒng)發(fā)生緊急故障不能工作的情況。

1.5雨水穩(wěn)壓供水設(shè)備

雨水穩(wěn)壓供水設(shè)備通過(guò)壓力傳感器的上限值與下限值的調(diào)節(jié)使得整套設(shè)備的輸出壓力恒定在某一個(gè)值，隨著用水量的增大減小，給水泵的頻率會(huì)做出與之相對(duì)應(yīng)的變化。

1.6雨水綜合利用

通過(guò)清水箱的水源，必要時(shí)同時(shí)接入自來(lái)水客水水源，用來(lái)做綠地綠化和墻面垂直綠化。

2　雨洪資源綜合利用技術(shù)應(yīng)用

2.1雨水年收集水量計(jì)算

萊蕪市年平均降雨量約為656.6mm，平均最大月降雨量為198.5mm，雨量分布不均勻，降雨主要集中在6～9月，夏季多雨，冬季少雨。萊蕪市雪野水庫(kù)管理處示范點(diǎn)的屋面面積約為480m2，現(xiàn)對(duì)屋面南面半場(chǎng)的雨水進(jìn)行收集，即240m2，屋面材質(zhì)為硬質(zhì)屋面，雨水徑流系數(shù)為0.8～0.9。雨水設(shè)計(jì)徑流總量計(jì)算公式：

W=10ψchyF

式中：W為降雨徑流總量，m3；ψc為雨量徑流系數(shù)；hy為設(shè)計(jì)降雨厚度，mm；F為匯水面積，hm2。

經(jīng)計(jì)算年雨水理論收集水量為141.8m3/a；按照24h降雨量中的大雨計(jì)算，則可收集5.4～10.8m3的雨水。

2.2年用雨水量計(jì)算

萊蕪市雪野水庫(kù)管理處試點(diǎn)雨洪綜合利用系統(tǒng)設(shè)備處理后的再生水，主要用于管理處附近的綠化澆灌和立體綠化用水。該處綠化總面積約為200m2，根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范GB50015-2006》確定綠化澆灌的用水量取2L/m3，則綠化澆灌的單次用水量W綠化（單次）為0.4m3。由此確定恒壓供水設(shè)備的出水水量以及處理水量均設(shè)計(jì)為1m3/h。

綠化澆灌周期分為兩個(gè)階段，分別是多雨季節(jié)綠化澆灌周期和少雨季節(jié)綠化澆灌周期。其中，多雨季節(jié)2次/周，少雨季節(jié)4次/周，則通過(guò)計(jì)算知年綠化澆灌水量W綠化（年度）為54.4m3。

2.3雨水處理系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)

本研究進(jìn)水水質(zhì)要求采用《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB50400-2006）中的屋面雨水水質(zhì)經(jīng)驗(yàn)值，屋面雨水初期徑流棄流后的水質(zhì)凈值為：pH為5.7、CODcr為70～110mg/L、SS 為20～40mg/L、色度為10～40度。出水水質(zhì)的綠化澆灌用水應(yīng)達(dá)到 《城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/ T18920-2002）的要求。

2.4雨洪綜合利用系統(tǒng)構(gòu)筑物參數(shù)計(jì)算

根據(jù)試驗(yàn)點(diǎn)降雨、徑流、匯水面積、雨水處理流量、管徑參數(shù)等，計(jì)算得到雨洪綜合利用系統(tǒng)構(gòu)筑物參數(shù)如下：無(wú)動(dòng)力初雨拋棄裝置進(jìn)水口流量為51.3m3/h；出水口流量為108.5m3/h；初雨拋棄水量為0.432m3；雨水蓄水箱有效容積為3.2m3。通過(guò)計(jì)算，雨水石英砂過(guò)濾器過(guò)濾直徑和雨水活性炭過(guò)濾器過(guò)濾直徑均取0.26m；殺菌消毒裝置月藥劑使用量取0.37kg；雨水清水箱有效容積為3.2m3。

2.5雨水綜合利用示范

綠地綠化面積為200m2，采用埋設(shè)管道，配置自動(dòng)化噴灌設(shè)施實(shí)現(xiàn)。

在辦公樓東墻面采用立體綠化新技術(shù)，進(jìn)行立體垂直綠化，面積約100m2，集成巖棉式植物墻、無(wú)土栽培、施水施肥、微滴灌、自動(dòng)化控制等技術(shù)為一體，實(shí)現(xiàn)雨水利用、美化環(huán)境、墻面常綠和環(huán)保的目的。

2.6效益分析

根據(jù)收集水量以及用水量之間的平衡，項(xiàng)目的理論年收集水量為265.5m3/a，每日最大用水量為0.4m3，則年最大用水量為62.4m3。而且其蓄水池，能夠收集大部分的雨水，因此年收集水量按照年最大用水量265.5m3/a計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)面積為300m2的綠化。

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在山東水利基地開(kāi)展雨洪資源綜合利用技術(shù)研究，以期形成基于新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的雨洪資源綜合利用、低影響開(kāi)發(fā)綜合技術(shù)，建成雨洪資源綜合利用典型生態(tài)示范工程，為生態(tài)山東建設(shè)提供示范和推廣。

研究課題名稱：“山東省水利綜合試驗(yàn)基地降雨-徑流關(guān)系及雨洪資源綜合利用技術(shù)研究”，編號(hào)SDSLKY201201。“城市水土流失綜合防治技術(shù)研究”，編號(hào)SDSLKY201204。均為2012年山東省水利科研與技術(shù)推廣課題項(xiàng)目。

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（責(zé)任編輯趙其芬）

【中圖分類號(hào)】TV213.4

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1009-6159（2015）-05-0004-02

作者簡(jiǎn)介：耿靈生（1965—），男，研究員