基于雨水收集利用的海綿校園構建

趙 婧

（青島酒店管理職業技術學院，山東 青島 266100）

關鍵字：海綿校園；雨水收集；雨水生態池

2012年4月，在《2012低碳城市與區域發展科技論壇》中首次提出了“海綿城市”這一概念。在2015年10月國務院辦公廳出臺的《關于推進海綿城市建設的指導意見》指出，建設海綿城市，是通過統籌發揮自然生態功能和人工干預功能有效控制雨水徑流，實現自然積存、自然滲透、自然凈化的城市發展方式[1]。在實際運行中，采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等多種措施，將降雨就地消納和利用。這一做法既有利于修復城市水生態、涵養水資源，又能提高城市的防澇能力，促進人與自然和諧發展。

1 國內外現狀分析

1.1 國內海綿城市的發展現狀

我國對于城市雨水收集利用的研究相對較晚，尤其是對雨水資源化的系統探索和應用還處于起步階段。自2015年4月以來，國家先后公布了兩批中央財政支持的海綿城市建設試點，其中，北京、天津、大連、上海、寧波、福州等城市已走在前列。在2016年，青島市被正式立項進入中央財政支持的海綿城市建設試點城市[2]。

1.2 國外海綿城市的發展現狀

目前，德國城市地下管網的發展程度與現代化排水能力已居世界領先地位，這都得益于發達的地下管網系統與先進的雨水綜合利用技術，以及規劃合理的城市綠地建設，因此，德國也是世界上雨水利用最先進的國家之一。例如，瑞士以每家每戶為單位，改建各家獨立的建筑屋面排水設施，將雨水通過水管匯入室內的儲水池，再利用水泵將沉淀過濾后的雨水進行循環再利用。此外，歐美等國家也多采用傳統郊外儲存雨水，利用水渠等綜合管網送到市區再循環利用[3]。近年來，各國都在研究、探索雨水的截留、貯存、回灌等問題，也相應地制定相關法律法規，以推動雨水利用設施的長久發展。

2 海綿校園雨水資源化綜合利用模型設計

2.1 雨水資源化綜合利用技術路徑

通過構建生態邊溝和輸送管道系統，先將雨水進行粗濾后，再引入雨水收集生態池；然后，經過生態池的進一步過濾沉淀后匯入貯水池；在貯水池中完成雨水細濾后，通過消毒設備的進一步凈化，再通過回用水池實現再利用前的儲備。在實際應用時，可利用太陽能水泵系統，將凈化后的雨水通過管道系統輸送至各個區域，實現沖廁、綠地澆灌等功能[4]。

2.2 雨水收集回用生態池設計

（1）要充分實現雨水的收集回用，可在校園內建設雨水花園生態池，其包括雨水收集凈化系統和生態過濾系統。其中，雨水收集凈化系統是通過生態過濾系統與雨水生態池系統的連接，實現對雨水的高效調蓄和自然凈化以及過濾，而對于超標雨水則實行溢流排放的原則，同時，通過凈化收集的屋面排下的雨水以及其他可用下滲水再進行水資源的二次利用。

（2）校園雨水收集回用生態池符合海綿城市的發展政策和規劃要求，其施工工藝簡便，施工成本低，工期較短。在實際建設中，生態池的外形為橢圓形設計，橢圓長邊半徑為5.5 m，短邊半徑為4 m，土方開挖深度為1.2 m，結構為透水水泥混凝土水池。其中，儲水系統、凈水系統和回用系統是生態雨水收集系統的三個主要組成部分[5]。

儲水系統的建設，需要在水池四周滲透路面挖排水管道，將雨水引流到下部暗式儲水箱中。具體過程是：雨水可通過生態池四周的排水溝過濾層下滲到地下排水管道，再通過水泵將水抽取到儲水箱中，或者通過生態池底的雨水散流裝置過濾后流入儲水箱。需要說明的是，人工鋪設地排水溝過濾層主要有腐葉土，砂土，石英砂等材料，這些材料對雨水的初級凈化可達到雨水二次利用的標準。

凈水系統由物理凈水系統和生物凈水系統組成。①物理凈水系統一方面是池底的過濾材料，自下而上分別為碎石濾層、滲濾層、土層或其他有孔介質。在實際應用中，雨水自上而下逐層得到初步過濾后，雨水中的大顆粒砂石、細土沉淀下來，使水體得到初步凈化[6]。另一方面也是為了水池四周的、雨水的表面徑流考慮，排水溝的過濾層包括碎石過濾層，無紡布，土壤層等，且無需外部輔助即可實現垂直徑流。②生物凈水系統主要是通過上層的小型景觀池塘創造生態環境，如在池中可種植水生植物，飼養淡水魚類，以起到凈化水池中的水體、綠化校園和景觀觀賞的作用。而池底的過濾層不僅可以過濾水中的雜質，還可以為水中的益生菌提供有效的生存環境。當雨水充沛時，池底儲水箱中貯滿雨水，儲水箱中的水可通過水泵抽取上來進行二次利用，如可對生態花園中的植被進行噴灑、灌溉；或者通過排水管道連接到沖廁管網，作為中水進行二次利用。

2.3 創新雨水資源化綜合利用模型

在生態池的上面可裝置光伏太陽能板進行光能發電，給整個系統裝置運行提供電力支持，以達到節能環保的效果。在雨水資源化綜合利用系統中，可運用PLC完成對生態池系統水位的自動控制，在節省人工管理成本的同時，也提升了設備的整體運行效率。生態池系統中的雨水截流器可以延緩雨水流速，還可以對雨水進行簡單的粗濾，將落葉等雜物進行攔截，同時，也緩解了過濾裝置的過濾不到位的問題。其中，初級雨水過濾裝置可以將雨水過濾凈化達到灌溉用水的等級，從而實現了回用的功能[7]。

3 海綿校園雨水生態化綜合利用效益分析

通過雨水生態化綜合利用模型的建設，將收集到的雨水回用于景觀補充水，不僅節省了經濟資源，還產生了相應的社會效益和環境生態效益[8]。雨水收集回用生態池的使用，有效解決了校區生產生活用水，為校區的進一步建設提供了有力保障。

校園雨水生態化綜合利用系統的建立存在不可忽視的社會效益。即通過對校區雨水的收集和回用，一方面可以有效減少雨水的排放量；另一方面，增加了校園水資源的可利用量，提高了水資源承載能力，保障了校園水資源的可持續利用。同時，對校園雨水的綜合利用也減輕了市政再生水供水系統的負荷；而通過校園內增加的地面滲透性能，不但保護了地下水資源，還降低了城市洪澇災害的危害程度。

4 結論

綜上所述，通過對生態校園雨水收集利用系統進行研究，豐富了校園生態規劃理論與方法，為生態校園建設管理提供了科學依據，也提高了雨水收集系統在生態校園的實用性和可操作性，為實現海綿校園的可持續發展提供了重要依據。