基于海綿校園建設的雨水回收利用生態系統研究

葛玉潔

（青島酒店管理職業技術學院，山東 青島 266100）

海綿校園作為海綿城市系統中的特殊子系統，兼具城市建設雨洪管理理念，即校園園區具有“吸、蓄、滲、凈、排、用”的海綿綜合體[1]，將收集的雨水進行初級處理后再利用，是理念性延伸的派生概念，并在海綿城市治理過程中起著非常關鍵的作用。現階段大部分高校為已建園區，需在現有校園規劃的基礎上豐富校園生態規劃建設，提升園區海綿戰略的理念，增強園區雨水收集與回用的生態技術體系，從而促使海綿校園不斷更新，并與自然環境和諧共存。

1 海綿校園規劃建設的必要性

學校校園具有人數多、開放空間面積大、用水基數較大、綠地比例高、節能、節水潛力大等特點，因此適合進行以綠色基礎設施為主體的雨水控制利用系統的建設。如何在高校校園建設一套雨水收集利用系統，能夠系統性、綜合性、多樣化地收集利用雨水，并將雨水納入到校園的節水及水生態文明建設中去，統籌協調地綜合管理校園水環境，是當前的熱點問題。目前國內外不少學校都開展了雨水利用規劃與項目建設，如：美國賓西法尼亞大學、耶魯大學編制了可持續校園雨洪管理規劃；哈佛大學、麻省理工學院在校園改造過程中建設了生態雨水景觀；我國清華大學、北京建筑大學、同濟大學等高校也開展了雨洪控制利用示范項目建設及研究。海綿校園建設正在如火如荼地進行[1]。

2 雨水回收利用生態系統規劃設計

2.1 海綿校園雨水回收利用技術路徑

高校校園綠地規劃建設集中、分散相結合，散布在校園的各個角落。可以根據各區的不同功能進行海綿校園改造，充分利用校園內的雨水資源，不僅可節省費用，還將產生長遠的生態環境效益。校區內雨水的收集再利用工藝流程如圖1所示。

圖1 雨水收集回用技術流程圖

2.2 海綿校園雨水回收利用生態系統設計

2.2.1 技術原理

（1）自動控制原理：利用PLC電路控制系統實現自動化運行，太陽能光伏板在吸收太陽照射的光能后，通過逆變器轉換成交流電接通在PLC電路上。通過水表的檢測，雨季時當水位達到一定高限位時，將回收的雨水填充到儲水箱中。旱季需要灌溉時，安裝在系統上的自動開關打開，水泵開始運行，可將備用水箱中的水釋放，實現灌溉。

（2）雨水截流器：雨水截流器的內部裝置主要由不銹鋼過濾網、不銹鋼吊網、填充物組成，外部由硬塑料外殼構成，使用時放入地下井與水管相連，進行過濾，只需半年或者一年將吊籃清理一次。

（3）初級雨水過濾器：初級截污管具有雙重功效，首先是棄流，排除收集表面第一批較臟的雨水，其次是分離大塊雜質，為高級過濾做好準備。

（4）過濾裝置：根據濾料的粒徑大小，選擇EPS泡沫濾料、果殼濾料、改性纖維球、石英砂濾料、礦石濾料作為雨水過濾的主要濾料。

（5）儲水箱：儲水箱中裝有水位控制裝置，當水位達到最高或者最低值時，自動控制系統將會打開或者關閉閥門，使水位始終處在合理的水位位置線上[2]。

2.2.2 生態邊溝

由于校園區域內道路面積不是很大，而且大部分道路不是很寬，車輛也不太多，因此，路面上的雨水可以采用簡單的措施進行截污，再經生態邊溝進入雨水井，然后通過雨水收集管網進入景觀湖體。對于區域范圍內的面積，可將原有設計的混凝土路面改為透水草皮磚進行鋪裝。這種鋪裝方式的抗壓性能和滲透性能比較好，對于雨水滲透回補地下水具有很好的效果。同時局部道路可按照一定坡度設計好，使雨水首先匯入附近低勢綠地、路邊淺溝，然后通過初期雨水截污措施匯集到雨水收集管網中，同時在校區道路兩旁應設置綠化帶及路沿石噴淋系統，即在路沿石上設置雨水噴淋裝置，它同樣可以連接就近的雨水管網系統，通過水泵抽取收集到的雨水，并對路面及路沿石進行定期噴灑，可以達到除塵降噪的效果[3]。

2.2.3 雨水收集回用生態池

該雨水收集回用生態池主要由雨水收集系統和雨水回用系統兩部分組成。雨水收集回用生態池主要是對雨水的收集、過濾、儲存、回用的循環再利用生態景觀系統，收集再利用的雨水主要分為兩部分，一部分為生態排水溝或地面下滲水收集的雨水，另一部分雨水來自池底凈化收集排出的雨水，通過對水資源的二次利用，可緩解小范圍的水資源環境，實現海綿校園水資源循環利用的最大化。

2.2.3.1 雨水收集系統

雨水通過生態邊溝、綠地下滲匯流后通過初期雨水截流器，進行第一次粗濾，過濾出大片雜物和大顆粒雜質。然后經初級雨水過濾器，雨水以渦流形式進入初級截污管的水力離心裝置，較大雜質被第一層斗狀濾網過濾掉，帶有懸浮物和細小雜質的雨水流入儲水箱，經出水口濾網再次進行過濾，較為干凈的雨水進入收集雨水的儲水箱內。還有一部分雨水來自池底凈化下滲收集的雨水，并利用PLC電路控制系統連接水表，通過水表的監測，可控制生態池正常水位。當雨季水位過高時，水位自控裝置運行，自動控制系統將會打開閥門，通過池底的過濾材料和有孔介質進行逐層過濾，達到初步凈化水體的效果。生態池中種有各種水生植物，飼養淡水魚類，可達到生物凈化水體的作用。生態池的下滲水經池底的粗濾匯流到初級雨水過濾器，經濾網二次過濾最終流入儲水箱中。

2.2.3.2 雨水回用系統

當雨季雨水充沛時，儲水箱可集滿雨水待用。荷花形太陽能光伏板吸收光能后，通過逆變器轉換成交流電接通在PLC電路上，為生態池系統的運行提供電力支持。PLC自動化控制系統通過控制水泵，將儲水池收集到的雨水抽取到生活用水管網中，用于中水沖廁，還可通過水泵將收集的雨水抽取到灌溉用水管中，用于綠地微灌系統進行植被灌溉。對于電路控制臺和過濾裝置的檢修，可通過檢修井將裝置提取出來，以便進行設備的維修和更換。

2.2.4 海綿校園雨水回收利用生態系統的創新性

（1）利用光伏板吸收太陽能，通過逆變器轉換成交流電接通在PLC電路上發電，節約成本，為雨水回收利用生態系統提供電力保障。

（2）將太陽能光伏板外形改造成水池中的荷花、荷葉型，荷葉面積增大了光伏板的采光面積，同時美化了生態池的觀賞性。

（3）通過PLC自動控制臺和水表對雨水回收利用生態池中的水位進行監測，利用水位自控裝置來調節水池中的正常水 位[4-5]。

3 結論

本文圍繞海綿校園雨水回收利用生態系統的構建與設計展開研究，從技術創新角度對校園雨水的收集、處理、利用等方面進行了深入探討。利用雨水回收利用生態系統可最大化地滿足海綿校園的實施，可加強生態校園的雨水治理與生態建設，實現校園綠色生態系統的可持續發展，以點帶面，推動海綿城市建設的快速前進。