海綿城市建設中校園等封閉區域雨水收集與利用

于成景

摘要：指出了校園等封閉區域雨水收集與利用是海綿城市建設的重要內容之一，其雨水收集與利用應符合當前經濟發展、社會發展和科技發展的需要。雨水經收集、沉淀、凈化、消毒、儲存可以作為沖廁、洗路、澆花、水景等非飲用水使用，雨季可以降低校園等封閉區域雨水對城市公共排水管網的壓力;同時可以降低對土壤的沖刷、減少水土流失;再者可以節約用水、提高自然資源利用率、改善人居環境質量。雨水收集與利用系統由雨水管道、收集過濾、凈化消毒、貯存蓄水、自沖洗、雨水利用等主要部分組成，在建設實踐中技術成熟、經濟適用、安全可靠，值得推廣應用。

關鍵詞：海綿城市建設;城市封閉區域;雨水收集利用

中圖分類號：TU986

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）05-0040-04

1 海綿城市建設中雨水收集與利用的必要性

1.1 海綿城市建設綜述

海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。海綿城市建設應遵循生態優先等原則，將自然途徑與人工措施相結合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實現雨水在城市區域的積存、滲透和凈化，促進雨水資源的利用和生態環境保護。建設“海綿城市”并不是推倒重來，取代傳統的排水系統，而是對傳統排水系統的一種“減負”和補充，最大程度地發揮城市本身的作用。在海綿城市建設過程中，應統籌自然降水、地表水和地下水的系統性，協調給水、排水等水循環利用各環節，并考慮其復雜性和長期性。習總書記在中央城鎮工作會議上做出重要指示，在提升城市排水系統時要優先考慮把有限的雨水留下來，優先考慮更多利用自然力量排水，建設自然積存，自然滲透，自然凈化的“海綿城市”。

1.2 雨水收集與利用的意義

我國城市雨水利用的潛力巨大，有資料表明，我國的年平均降水量是650mm，我國的國土面積為960萬k㎡，可以推算出我國每年的原生水資源量（總降水量）約為6.24萬億m3。在沿海城市，雨水收集利用具有更大的潛力。上海年平均降雨量1124mm，全市每年的降雨總量應為70億m3，扣除蒸發、滲透等因素，水務部門估計，全市每年白白流失的雨水總量約在24億m3左右。深圳年均降水量1900mm，每年從天而降近40億m3雨水，而深圳各大水庫雨水蓄水量不到總降雨量的1/8，因此每年至少有35億m3的雨水白白流失。

雨水收集與利用有著十分重要的意義，表現在以下兩個方面。

1.2.1 適應經濟發展的需求

我國的水資源現狀為：一是人均水資源最匱乏的國家之一;二是世界上用水量最多的國家，換言之，就是浪費十分嚴重。我國從20世紀70年代開始鬧水荒，80年代水荒由局部蔓延至全國，目前形勢越來越嚴竣，嚴重制約著農業和國民經濟的發展。如何循環使用水資源，減少水資源的浪費是成為首要任務。隨著水資源供需矛盾的日益加劇，雨水資源的價值逐漸被人們所認識，采取相應的措施，因地制宜地開展雨水綜合利用，從而帶動農業和國民經濟的可持續發展。

1.2.2 適應社會發展需求

傳統城市雨水處理方法是在雨水落到地面上后，一部分通過地面下滲補充地下水，不能下滲或來不及下滲的雨水通過地面收集后匯流進入雨水口，再通過收集管道收集后，排人河道或通過泵提升進入河道。隨著城市化程度的提高，傳統的雨水管理模式經常會造成城市洪災、雨水徑流污染、雨水資源大量流失、生態環境破壞等主要問題。當前節能呼聲越來越高，使得雨水收集再利用也越來越被人重視。開展雨水收集利用符合我國可持續發展戰略。

2 校園等封閉區雨水收集與利用

校園等封閉區是城市的重要組成部分，應更新規劃設計理念，順應海綿城市建設的要求，率先推廣應用雨水收集與利用系統。

2.1 校園等封閉區域開展雨水收集與利用的意義

2.1.1 改善生態環境，補充涵養地下水，減少水旱災害

雨水集蓄利用有利于水土保持，改善生態環境，合理開發利用水資源。修建雨水收集利用系統就地攔蓄雨水徑流人滲，減輕了對土壤的沖刷侵蝕和水土流失，補充涵養地下水資源。同時減少城市徑流，減少水澇，可以有效降低雨污合流，減少城市街道雨水徑流量。使用收集的雨水澆灌花草樹木、灌溉綠地，可以改善城市區域水循環。

2.1.2 節省用水開支和市政投資

雨水利用運行費用低廉，經濟效益突出。從運行管理和水費支出分析，投入收集1m3雨水的年運行費用不足0.1元，這樣可以大大減少用水開支。同時，雨水利用工程可以減少由政府投入的用于大型污水處理廠、收集污水管線和擴建行洪設施的資金。將地面雨水就近收集并回灌地下，不僅可以減少雨季溢流污水，改善水體環境，還可以減輕污水廠負荷，提高城市污水廠的處理效果。雨水蓄水池和分散的滲渠系統可降低城市洪水壓力和節省封閉路面下的排水管網負荷。校園等封閉區域雨水利用實施后，可以節省市政收集污水管線和擴建排洪設施的部分資金。

2.1.3 提高水資源利用率

收集處理后的雨水可用于沖廁所、洗車、洗衣服、澆綠地、消防等，其鈣鹽含量低，屬軟水，也可作為冷卻水等。雨水收集利用可以有效地調節、補充地區水資源，緩解水資源供需矛盾。

2.2 校園等封閉區雨水收集與利用系統建設的特點

2.2.1 科技進步使雨水收集與利用成為可能

傳統的收集雨水方式有鋼筋混泥土及不銹鋼蓄水池，這兩種方式施工工藝復雜，工序多，工期長，投入的人力物力財力都比較大。而新型的雨水收集系統是由若干個模塊合成的一個水池，產品使用壽命長.施工方便，工期短，成本較低。技術革新使得大規模開展雨水收集利用成為可靠。

2.2.2 關鍵技術

校園等封閉區域雨水收集與利用系統建設的關鍵技術：一是初期雨水排除器，其特點是回收90%以上的干凈雨水;不用電;不用人工清理，自動保持干凈，不堵塞;沒有活動部分，沒有濾材更換，永無故障。二是PP模塊：施工便捷;抗沉降性能好，不開裂不滲漏;獨特的蜂窩狀結構，毛細微循環，有利于水質保持;不占用地表空間，深埋地下，隔絕空氣和陽光，與地下水環境相似，收集雨水保質期長，性能穩定;環保材料不會對水質構成二次污染，施工周期短，綜合造價低。

2.2.3 雨水收集與利用系統的特點

初期雨水經過多道預處理環節，保證了所收集雨水的水質。采用蓄水模塊進行蓄水，有效保證了蓄水水質，同時不占用空間，施工簡單、方便，更加環保、安全。通過壓力控制泵和雨水控制器可以很方便地將雨水送至用水點，同時雨水控制器可以方便地實現對雨水收集系統的自動控制和狀態監控。

目前雨水收集利用主要應用在以下幾個方面。

（1）雨水利用。收集處理后的雨水用于沖洗廁所、澆灑路面、澆灌草坪、水景補水，甚至用于循環冷卻水和消防水。可以緩解目前城市水資源緊缺的局面，是一種開源節流的有效途徑。

（2）雨水滲透。通過蓄水池將雨水下滲，補充地下水資源，改善生態環境，使淡水資源得到補充。

（3）雨水滯留。當降雨量超過城市排水量時，將雨水存儲起來，減輕城市排水壓力，從而提高城市排洪系統的可靠性，減少城市洪澇災害。

2.3 雨水收集與利用系統的組成

2.3.1 雨水管道

雨水管道可直接鋪設在未經擾動的原狀土地基上，溝底應平整，坡度應順暢，并不得有尖硬的瓦礫、塊石等。如為回填土土層，則在回填土地段做300mm厚灰土墊層。在巖石或多石地段做150mm厚砂石墊層。開挖溝槽寬度一般為D+500mm。雨水管道順室外地面敷設，其管頂敷土深度為0.70～1.00m。

2.3.2 過濾、消毒及蓄水設施

PP模塊單體尺寸為1000mm×500mm×400mm，頂面承載（頂面覆土厚度大于0.6m小于2m）40kN/㎡;超出雨水池承載范圍時，必須要加固。埋地式雨水池外面包裹一層HDPE復合防滲膜，通過它將整個收集池與外界土壤隔開，防止收集池內的水滲透出來，以及土壤中的污染物滲入集水池內造成污染，同時保證整個系統穩定。HDPE防滲膜的外面還有一層保護的土工布，進一步保護防滲膜，確保整個系統不會發生外滲及內滲。蓄水池和清水池宜建在綠化區域。

蓄水池一般設計為10.0m×12.5m×2.0m=250.0m3，清水池一般設計為5.0m×5.0m×2.0m=50.0m3。雨水設備間采用碳鋼設備間，進行滲漏試驗合格后再施工，規格尺寸為1300mm×1250mm×1050mm，內置紫外線消毒器、砂濾罐和其它設備。石英砂過濾器能截留雨水中的雜質，對雨水進行深度過濾，符合國標要求。紫外線消毒器選用高效率的UV-C紫外燈，采用高透光率、高純度的石英套管，保證紫外線透過率在90%以上。

2.3.3 雨水使用設施

雨水供水管道上不得裝設取水龍頭，并應采取下列防止誤接、誤用、誤飲的措施：①采用市政水作為備用水源，雨水儲存裝置有溢流裝置，多余的雨水排人市政雨水系統，對回用水進行消毒;②雨水回用管道均用色漆噴涂“雨水”二字，間隔2m噴涂一處;③雨水回用閥門、水表、取水栓均應懸掛“禁止飲用”標識;④工程驗收時應逐段進行檢查，防止誤接。

2.3.4 雨水反沖洗系統

PP模塊水池底部需鋪設一定數量的反沖洗管道，這些反沖洗管道每隔0.2 m進行開孔，孔徑大小為10mm;交叉45°，反沖洗系統通過原水提升泵進行供水，操作時通過切換反沖洗管道的反沖洗閥門和至設備間處理器的閥門進行管路水流方向的切換;反沖洗的作用是通過提升泵對池底進行沖洗，使沉淀在PP模塊水池底部的泥沙與水混合形成攪動狀態，防止長期靜置，形成死泥區，而污染水質。

2.4 工藝流程

雨水收集利用系統是指通過匯總管道對雨水進行收集，再通過雨水凈化、消毒裝置對雨水進行凈化處理后達到符合設計使用標準的系統。目前多數由雨水匯集系統、棄流過濾裝置、凈化系統、蓄水系統、消毒系統、水體利用系統組成。

雨水收集利用流程：雨水管道截污管道雨水棄流裝置雨水自動過濾器一一一雨水蓄水模塊 消毒處理用水點。

雨水收集利用就是直接對天熱降水進行收集存儲與利用。成熟的雨水利用技術是雨水的收集截污過濾存儲滲透提升利用和控制一體化的定型產品和組裝式成套設備。

雨水收集利用的工藝流程一般包括收集及預處理單元、儲存單元、凈化處理單元和回用單元等四部分。地面雨水需要先進行收集，一般是通過收集管流向初期雨水排除器中，經過初期雨排除器過濾雨水中夾雜的一些樹葉、雜物等，然后將雜質和臟水進行棄流處理。過濾后的雨水經過蓄滿時的溢流裝置，進入雨水利用系統，以便將水資源進行有效的利用。雨量具有不均衡性，為了控制雨量的均衡，可以利用整流井的雨水自流進入雨水調蓄池來進行調控。進入調蓄池的雨水需要通過一級提升泵提升處理后進行消毒處理，符合雨水使用要求后才能夠將其投放到清水池中。最后就是完成雨水的配送工作，一般是利用變頻供水系統加壓來進行這一工作的。處理完的雨水可以用于小區的綠化和沖洗，并且定期進行水泵的沖洗（圖1和圖2）。

3 施工注意事項

3.1 土方工程施工

蓄水池、清水池為地下工程，施工前要編制基坑開挖專項施工方案，深度超過5m的還要組織專家論證，經審核批準后，嚴格執行。開挖時要監測對周建筑物、構筑物的影響，發現情況立即采取措施。要收集施工區地下管線資料，先開挖探溝，防止破壞管線。基坑開挖采取支護措施，土質條件好、施工作業面大的可采用放坡開挖。基坑周圍應設置圍擋、警示標志，對施工現場采取管控措施，無關人員禁止人內，裸露土壤要采取覆蓋遮陽網等防止揚塵措施，專職安全員要加強巡查，以保障施工安全。

3.2

HDPE復合防滲膜施工

蓄水池、清水池其密閉性要好，與周圍水體要防止互滲，要達到上述目標，應抓好HDPE復合防滲膜施工。其施工流程：方案制定一施工準備一支持層處理一HDPE膜鋪設和剪裁一HDPE膜對正、搭接、壓膜定型一焊接一檢測一修補一錨固溝處理一保護層施工一驗收一覆蓋。HDPE復合防滲膜施工要點如下。

（1）鋪設基底堅實、平整，不得有樹根、瓦礫、鋼筋頭、玻璃屑、石子、砼顆粒、有機物殘體等尖硬或造成環境污染的雜物。基底拐角處應圓滑。

（2）鋪設順序是先邊坡，后池底。鋪設時應將卷材自上而下滾鋪，并確保貼平整。拐角及畸形段，應盡量少留焊縫。鋪設中應拉緊、鋪平，避免出現褶皺。

（3）施焊順序應先焊橫縫，再焊縱縫，縱橫縫應為T字型，不得采用十字交叉形式。焊縫要求整齊、美觀，不得出現滑焊、跳走現象。

（4）焊縫處不得有油污、灰塵、泥沙。焊縫應盡可能留在順坡度方面上，搭接寬度不小于100mm。

（5）下雨或大風天氣不得進行焊接。防滲膜鋪設完成后，應避免在膜上行走、搬運工具、材料等。

4 結語

海綿城市建設應動員全社會力量共同參與，校園等封閉區域是海綿城市建設的重要組成部分，而雨水收集利用是校園等封閉區域海綿城市建設的重要內容。雨水收集與利用不僅可以有效地開發利用自然水資源，而且可以減少水土流失、減輕城市排澇設施負荷、改善生態環境，是一項利國利民的生態工程和民心工程，具有顯著的經濟效益、社會效益和生態效益。本文介紹雨水收集與利用的施工技術、施工方法和施工注意事項經實踐檢驗是成熟的、實用的和可靠的，借此與廣大工程建設者在本領域實際工作中進行相互交流和討論，為進一步推動本領域工程建設朝著技術先進、安全可靠、便民實用方向努力作出一份貢獻。

參考文獻：

[1]李美娟，城市雨水資源利用效益評價研究[D].大連：大連理工大學，2010.

[2]邵兆鳳，邢國平，周建芝，等.天津市城市雨水利用前景建議[J].中國水土保持科學，2012，10（2）：102—106.

[3]祁麗燕.城市雨水資源利用分析[J].水科學與工程技術，2010（Sl）：35—36.

[4]潘毅，王書永，邱 哲.城市雨水利用淺探[J].四川建材，2012（3）：230～231.

[5]吳丹潔，詹圣澤，李友華，等.中國特色海綿城市的新興趨勢與實踐研究[J].中國軟科學，2016 （1）：79～97.

[6]韓曜蔚，董彬，尉海東.城市雨水收集利用現狀及措施[J].安徽農學通報，2017，23（4）：51～52.

[7]唐世平.城市市區雨水收集和利用研究[J].重慶建筑，2009（3）：31～34.

[8]王艷，黃鶴斯，馬永良.淺談城市雨水收集與利用[J].水能經濟，2016（5）：257.

[9]肖 妮.淺析城市景觀中雨水收集利用方式[J].現代園藝，2017（16）：117—117.

[10]沈紅君.淺談城市園林景觀設計中雨水收集利用方式[J].建筑工程技術與設計，2016（18）.

[11]李德巍，王瑩，李英華，等.城市園林景觀設計中雨水收集利用方式的探討[J].中國給水排水，2014，30（14）：29～32.