基于雨水收集利用的海綿校園構(gòu)建

趙 婧

（青島酒店管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266100）

關(guān)鍵字：海綿校園；雨水收集；雨水生態(tài)池

2012年4月，在《2012低碳城市與區(qū)域發(fā)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(wù)院辦公廳出臺(tái)的《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》指出，建設(shè)海綿城市，是通過統(tǒng)籌發(fā)揮自然生態(tài)功能和人工干預(yù)功能有效控制雨水徑流，實(shí)現(xiàn)自然積存、自然滲透、自然凈化的城市發(fā)展方式[1]。在實(shí)際運(yùn)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(fù)城市水生態(tài)、涵養(yǎng)水資源，又能提高城市的防澇能力，促進(jìn)人與自然和諧發(fā)展。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

1.1 國內(nèi)海綿城市的發(fā)展現(xiàn)狀

我國對(duì)于城市雨水收集利用的研究相對(duì)較晚，尤其是對(duì)雨水資源化的系統(tǒng)探索和應(yīng)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(cái)政支持的海綿城市建設(shè)試點(diǎn)，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(xiàng)進(jìn)入中央財(cái)政支持的海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市[2]。

1.2 國外海綿城市的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，德國城市地下管網(wǎng)的發(fā)展程度與現(xiàn)代化排水能力已居世界領(lǐng)先地位，這都得益于發(fā)達(dá)的地下管網(wǎng)系統(tǒng)與先進(jìn)的雨水綜合利用技術(shù)，以及規(guī)劃合理的城市綠地建設(shè)，因此，德國也是世界上雨水利用最先進(jìn)的國家之一。例如，瑞士以每家每戶為單位，改建各家獨(dú)立的建筑屋面排水設(shè)施，將雨水通過水管匯入室內(nèi)的儲(chǔ)水池，再利用水泵將沉淀過濾后的雨水進(jìn)行循環(huán)再利用。此外，歐美等國家也多采用傳統(tǒng)郊外儲(chǔ)存雨水，利用水渠等綜合管網(wǎng)送到市區(qū)再循環(huán)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(yīng)地制定相關(guān)法律法規(guī)，以推動(dòng)雨水利用設(shè)施的長(zhǎng)久發(fā)展。

2 海綿校園雨水資源化綜合利用模型設(shè)計(jì)

2.1 雨水資源化綜合利用技術(shù)路徑

通過構(gòu)建生態(tài)邊溝和輸送管道系統(tǒng)，先將雨水進(jìn)行粗濾后，再引入雨水收集生態(tài)池；然后，經(jīng)過生態(tài)池的進(jìn)一步過濾沉淀后匯入貯水池；在貯水池中完成雨水細(xì)濾后，通過消毒設(shè)備的進(jìn)一步凈化，再通過回用水池實(shí)現(xiàn)再利用前的儲(chǔ)備。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可利用太陽能水泵系統(tǒng)，將凈化后的雨水通過管道系統(tǒng)輸送至各個(gè)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)沖廁、綠地澆灌等功能[4]。

2.2 雨水收集回用生態(tài)池設(shè)計(jì)

（1）要充分實(shí)現(xiàn)雨水的收集回用，可在校園內(nèi)建設(shè)雨水花園生態(tài)池，其包括雨水收集凈化系統(tǒng)和生態(tài)過濾系統(tǒng)。其中，雨水收集凈化系統(tǒng)是通過生態(tài)過濾系統(tǒng)與雨水生態(tài)池系統(tǒng)的連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的高效調(diào)蓄和自然凈化以及過濾，而對(duì)于超標(biāo)雨水則實(shí)行溢流排放的原則，同時(shí)，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(jìn)行水資源的二次利用。

（2）校園雨水收集回用生態(tài)池符合海綿城市的發(fā)展政策和規(guī)劃要求，其施工工藝簡(jiǎn)便，施工成本低，工期較短。在實(shí)際建設(shè)中，生態(tài)池的外形為橢圓形設(shè)計(jì)，橢圓長(zhǎng)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(jié)構(gòu)為透水水泥混凝土水池。其中，儲(chǔ)水系統(tǒng)、凈水系統(tǒng)和回用系統(tǒng)是生態(tài)雨水收集系統(tǒng)的三個(gè)主要組成部分[5]。

儲(chǔ)水系統(tǒng)的建設(shè)，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(chǔ)水箱中。具體過程是：雨水可通過生態(tài)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(chǔ)水箱中，或者通過生態(tài)池底的雨水散流裝置過濾后流入儲(chǔ)水箱。需要說明的是，人工鋪設(shè)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(duì)雨水的初級(jí)凈化可達(dá)到雨水二次利用的標(biāo)準(zhǔn)。

凈水系統(tǒng)由物理凈水系統(tǒng)和生物凈水系統(tǒng)組成。①物理凈水系統(tǒng)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(zhì)。在實(shí)際應(yīng)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(xì)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(shí)現(xiàn)垂直徑流。②生物凈水系統(tǒng)主要是通過上層的小型景觀池塘創(chuàng)造生態(tài)環(huán)境，如在池中可種植水生植物，飼養(yǎng)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(zhì)，還可以為水中的益生菌提供有效的生存環(huán)境。當(dāng)雨水充沛時(shí)，池底儲(chǔ)水箱中貯滿雨水，儲(chǔ)水箱中的水可通過水泵抽取上來進(jìn)行二次利用，如可對(duì)生態(tài)花園中的植被進(jìn)行噴灑、灌溉；或者通過排水管道連接到?jīng)_廁管網(wǎng)，作為中水進(jìn)行二次利用。

2.3 創(chuàng)新雨水資源化綜合利用模型

在生態(tài)池的上面可裝置光伏太陽能板進(jìn)行光能發(fā)電，給整個(gè)系統(tǒng)裝置運(yùn)行提供電力支持，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。在雨水資源化綜合利用系統(tǒng)中，可運(yùn)用PLC完成對(duì)生態(tài)池系統(tǒng)水位的自動(dòng)控制，在節(jié)省人工管理成本的同時(shí)，也提升了設(shè)備的整體運(yùn)行效率。生態(tài)池系統(tǒng)中的雨水截流器可以延緩雨水流速，還可以對(duì)雨水進(jìn)行簡(jiǎn)單的粗濾，將落葉等雜物進(jìn)行攔截，同時(shí)，也緩解了過濾裝置的過濾不到位的問題。其中，初級(jí)雨水過濾裝置可以將雨水過濾凈化達(dá)到灌溉用水的等級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)了回用的功能[7]。

3 海綿校園雨水生態(tài)化綜合利用效益分析

通過雨水生態(tài)化綜合利用模型的建設(shè)，將收集到的雨水回用于景觀補(bǔ)充水，不僅節(jié)省了經(jīng)濟(jì)資源，還產(chǎn)生了相應(yīng)的社會(huì)效益和環(huán)境生態(tài)效益[8]。雨水收集回用生態(tài)池的使用，有效解決了校區(qū)生產(chǎn)生活用水，為校區(qū)的進(jìn)一步建設(shè)提供了有力保障。

校園雨水生態(tài)化綜合利用系統(tǒng)的建立存在不可忽視的社會(huì)效益。即通過對(duì)校區(qū)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(xù)利用。同時(shí)，對(duì)校園雨水的綜合利用也減輕了市政再生水供水系統(tǒng)的負(fù)荷；而通過校園內(nèi)增加的地面滲透性能，不但保護(hù)了地下水資源，還降低了城市洪澇災(zāi)害的危害程度。

4 結(jié)論

綜上所述，通過對(duì)生態(tài)校園雨水收集利用系統(tǒng)進(jìn)行研究，豐富了校園生態(tài)規(guī)劃理論與方法，為生態(tài)校園建設(shè)管理提供了科學(xué)依據(jù)，也提高了雨水收集系統(tǒng)在生態(tài)校園的實(shí)用性和可操作性，為實(shí)現(xiàn)海綿校園的可持續(xù)發(fā)展提供了重要依據(jù)。