郊野公園雨水收集利用系統分析與設計
——以三十崗郊野公園為例

陳甜甜

（上海市園林設計研究總院有限公司，上海市200031）

0 引 言

郊野公園設計的首要理念為生態保護，親近自然，開發中應最大限度地減少對基地原有自然景觀元素的改變，植被、水體、建筑、設施等強調與原有場地環境的融合，在設計過程中更加契合低影響開發（Low Impact Development, LID）原則。隨著近年來水資源緊缺問題日益突顯，在公園建設過程中通常采用景觀水體及多種滲蓄結合的海綿設施對雨水進行收集，經物理、生物處理后在項目內實現回用[1]。

1 項目介紹

三十崗郊野公園位于合肥市三十崗鄉，北起三國城路，西至西島路，東臨汪堰支渠，南側為水源保護區-董鋪水庫。合肥市多年平均降雨量為981.8 mm[2]；多年平均水面蒸發量為703 mm[3]。降雨量年內分配不均勻，汛期5～9月占降雨總量的62%，最大月降雨量415.3 mm（1980年7月），最大24 h 降雨量168 mm，最大72 h 降雨量244.3 mm，最大7 d 降雨量287.4 mm[4]。設計防洪標準采用10 a一遇[5]。

郊野公園示范區總面積225484 m2，東側以水系為主，水系最終匯流至下游董鋪水庫，西側以坡度較大的林地為主；中間的天然梯形斷面植草溝為現狀主要排水通道。基地內的保留建筑經簡單改造后作為公園內的綜合服務建筑，現狀道路提升拓寬后作為公園內的消防通道。其生活給水接自三國城路市政自來水，生活污水排入三國城路生活污水系統。平面圖如圖1 所示。

圖1 公園總平面圖

基地現狀植草溝西側為坡地，植被生長良好。主要開發原則是保留現狀，并進行少量景觀提升及點綴，場地雨水以自然散排為主，在山地新增一條植草溝，截留部分雨水匯入山地水塘。剩余地面徑流匯入現狀植草溝。現狀植草溝為梯形斷面，頂寬2.0 m，底寬1.0 m，平均深度1.0 m，長約766 m，為現狀主要排水通道，植草溝內雨水最終排入水塘，超過溢流水位后的雨水通過水塘的設施溢流至東側排水渠道。

基地內共有水塘17 處，水塘現狀均為獨立水塘，水體環境容量有限、自凈能力弱，生態攔截凈化功能基本缺失，水體內缺乏各類水生植物。前期水質監測結果顯示其總氮指標為劣Ⅴ類，主要污染源為天然降雨、初次補水、湖體自身污染等，其次為地表徑流污染。通過水質監測結果分析及污染負荷消減測算，該項目采用了先進的水生植物+ 水生動物結合生態處理工藝對污染的水體凈化，以達到下游董鋪水庫的III 類水排放要求。基地內各項經濟技術指標及地面徑流系數計算如表1 所列。

表1 項目用地指標及徑流系數計算表

采用加權平均法計算匯水面積內陸地的雨量綜合徑流系數為ψ=0.168。合肥市暴雨強度計算公式[6]：

建立芝加哥降雨過程線模型[7]，對合肥市短歷時暴雨120 min 的雨型進行雨量分配，雨峰位置系數r取值0.40，計算得10 a 一遇暴雨120 min 的降雨厚度為h=80.667 mm，以此作為公園雨水調蓄設計暴雨強度。

2 水平衡系統方案

2.1 水系概況

各水塘平面位置及編號見圖2 所示。

圖2 水塘平面示意圖

1 號為進水塘，設置濾壩，進水管等設施。2 號～9 號塘為生態景觀塘，觀賞性強，要求水位維持穩定；10 號～13 號塘為生態調蓄塘，觀賞性較弱，缺水季節允許有一定的水位落差。生態塘內均設有生態水環境處理系統。14 號～17 號塘為自然調蓄塘，僅作為調蓄水池。各塘水深及水位設置如表2 所列。

表2 各水塘標高信息匯總表 單位：m

（1）水系一：

按低影響開發及雨水收集利用原則將現有1 號～17 號水塘劃分為三種不同的功能定位。 1 號～9 號生態景觀塘之間設有連通管，形成統一標高的水系一。作為公園內主要景點之一，在豐水季節接納少量雨水，在水系西側植草溝設置雨水花園，地表徑流經過初期截留，通過溢流方式匯入少量雨水，盡可能降低初期降雨對該水系形成的污染負荷。

（2）水系二：

10 號～13 號生態調蓄塘之間設有連通管形成水系二，定位為次要景觀帶。豐水季節存蓄部分雨水并向山地提升，缺水季節通過10 號塘設置的補水泵向水系一進行補水。水系西側植草溝收集地面徑流經過一定的攔截凈化過程后溢流排入13 號水塘。并在13 號塘及植草溝末端設有溢流口，當雨量超過基地受納能力時，通過溢流口排入東側支渠。

（3）水系三：

14 號～17 號自然調蓄塘形成水系三。開發過程中均按現狀保留不做任何處理。16 號與17 號塘連通成一體，因地處基地高點，匯流雨水量少。豐水季節在水塘有庫存的前提下，通過11 號塘的補水泵提升部分雨水存至14 號塘。水系一水面標高高于水系二，且在3 號塘、9 號塘設溢流管，當水面持續升高超過高水位后溢流至水系二。雨季各水塘溢水水流方向示意如圖3 所示。

圖3 降雨水面流程示意圖

2.2 水體流程分析

在該項目內設計了兩處補水泵井。2# 泵井為項目內的水循環泵井，降雨量大，水體內雨量充沛時，提升部分雨水至上游的水塘，進行雨水調蓄，減少外排水量。降雨量少，水系的水位降低時，優先通過2#泵井從水系二對水系一進行補水。自我補水時，水流方向如圖4 所示。

圖4 自循環補水流程示意圖

1# 泵井為外河道取水泵井，當嚴重干旱無法實現自我補給時，建設單位向上游水利部門發出用水申請，汪堰支渠內通過1# 泵井對項目內進行補水。從河道取水時，水流方向如圖5 所示。

圖5 河道取水流程示意圖

3 雨水收集系統

3.1 水系降雨過程

基地雨水排水設計重現期為10 a 一遇暴雨下對應的2 h 短歷時降雨量為80.667 mm 時，各分區匯流情況如表3 所列。

表3 10 a 一遇降雨量計算表

故在10 a 一遇短歷時暴雨強度下，項目內所有水系能夠完全存儲基地內的雨水總量。發生最大24 h 降雨量168 mm 的降水時，各匯水分區匯流情況如表4 所列。

表4 歷史最大降雨量計算表

從表4 計算結果可以看出，在最大降雨時，水系一、水系二超過高水位，溢流水量V1=6412 m3，水系三各水塘均未達到高水位。

3.2 雨水收集

暴雨時各水塘水位大幅升高時，啟動水系二的循環補水泵，抽取部分雨水存至水系三14 號水塘。14 號塘最大可存蓄水量為V2= 2569 m3。實際配置兩臺耦合式潛水泵，單臺水泵流量為100 m3/h，不設備用泵，24 h 降雨過程中可充滿14 號塘剩余庫容。最終外排雨水量V3=V1-V2= 3843（m3）。

13 號水塘溢流排水管按水泵不開啟時的最不利情況，所有溢流水量全部外排情況考慮，并按10 a一遇重現期下的暴雨強度公式計算整個雨水流量進行校核，q=3806 m3/h，最終確定溢流管采用一根D1000 鋼筋混凝土溢流排水管，坡度0.002。利用多篦串聯的立篦雨水口組合，后接入雨水檢查井作為溢流構筑物，雨水篦按溢流水位標高設計，頂面設檢修人孔，人孔以外區域根據景觀需要進行裝飾。

2# 泵井兼有雨水調蓄及生態補水回用功能，出水管設閥門井。打開閥門二，向水系一進行補水。水系三水塘在最低水位之上設有閘槽井，必要時可打開閘槽井對水系二進行補水。此時水系三，水系二水位均控制在低水位；保證水系一的水面標高，維持景觀效果。啟動1# 補水泵井，對水系一進行補水，水面標高升至高水位；之后通過溢流口簡接對水系二進行補水，水系二水位升高至常水位。根據各水塘面積及標高設定數值，可計算此時外河道總補水量Q5=16470 m3/h。補水時間按4 d 計，兩臺水泵同時補水，單臺水泵補水流量Q=85.8 m3/h。實際配置兩臺耦合式潛水泵，單臺水泵規格為Q=100 m3/h，同時工作，不設備用泵。

4 生態補水系統

在基地開發過程中，對1 號～9 號水塘的塘底塘進行防滲處理。其余水塘均有自然滲漏。基地內綠化以保留現狀為主。不使用水系內的水作為灌溉等其他用途。

采用水文水利計算方法中的水平衡法計算湖體補水量[8]。水塘滲透系數K=6.47×10-7/cm·s。全年水量計算如表5 所列。

表5 各水塘水量平衡計算表

根據表5，全年水系維持平衡共需補水量Q0=Q2+Q3-Q1= 97282.0 m3。

場地內綠化面域全年平均降雨產流量Q5=F[綠化]×i×ψ=27723.7 m3，以下滲形式補充地下水。地表徑流全部收集入湖后如能實現在缺水季節全部回用至項目內水系，即可直接節省補水量27723.7 m3。

由于降雨分布不均勻性及降雨隨機性，設計階段尚無法準確推求年雨水收集總量。對此，增加調蓄高度，在一定程度上有助于提高水系的調蓄能力，但應考慮不同水位下駁岸的景觀效果。該項目中選用0.20 m 作為調蓄高差。

5 總 結

郊野公園在建設中應堅持低影響開發原則，充分利用現狀地形，進行項目內的水系規劃和雨水調蓄規劃，減少有組織排水構筑物及設施，調動原地貌特色。

公園綠地中景觀水體的補水考慮應盡可能從節約水資源的角度出發，取自項目內收集回用的雨水，設計適當的方案進行回用。實現良好的水量平衡體系保護地下水資源，實現雨洪調蓄功能。水體補水原則由景觀、生態水環境系統等用水需求方提出要求，由給排水專業進行綜合論證并優化其運行機制，設計經濟可行的補水技術方案。

在設計過程中，根據不同地區上位規劃文件導向選擇雨水設計重現期，并在合理條件下校核超過重現期時系統的排水能力，在合理范圍內提高應對逐漸多發的極端氣象條件的能力。