王曉玲 張寶軍 白建國(guó)

(江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

高校校園雨水收集利用研究現(xiàn)狀探討與分析★

王曉玲 張寶軍 白建國(guó)

(江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

在充分了解國(guó)內(nèi)外雨水利用技術(shù)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了校園雨水各種收集方法、處理技術(shù)、回收利用的特點(diǎn)及機(jī)理,提出了系統(tǒng)性、綜合性、多樣化的雨水收集利用方法，以期將雨水納入到校園水環(huán)境系統(tǒng)中去，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)地綜合管理校園水環(huán)境。

校園，雨水，收集，利用

在我國(guó)人均水資源日益短缺的情況下，怎樣節(jié)水和水資源的回收利用，已越來越受到國(guó)內(nèi)研究者的關(guān)注。除了污水回用，還有另一種重要的水資源，那就是雨水資源，我國(guó)年平均降雨總量達(dá)5萬億m3，雨水作為自然界水循環(huán)的階段性產(chǎn)物，其水質(zhì)優(yōu)良，是城市中十分寶貴的水資源。高校人口多，用水量大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2009年年底，全國(guó)共有普通高等學(xué)校和成人學(xué)校2 706所,在校學(xué)生及教職工總數(shù)超過3 259萬人[1]。同時(shí)校園面積廣闊,不僅綠化面積較大，而且很多校園具有景觀湖，存在較大的節(jié)水空間。因此，開展高校雨水利用在一定程度上可緩解城市水資源的供需矛盾，體現(xiàn)國(guó)家對(duì)資源可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。本文在結(jié)合多個(gè)高校校園雨水利用建設(shè)方案的基礎(chǔ)上，總結(jié)了高校校園雨水收集方法、處理技術(shù)、回收利用的特點(diǎn)及機(jī)理，為其他校園雨水利用設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 雨水收集

1.1 雨水傳統(tǒng)收集

1)屋面雨水收集。屋面雨水徑流量大，雖然初期徑流污染較嚴(yán)重，但經(jīng)初期棄流后水質(zhì)良好，CODCr值均小于 50 mg/L[2]，只需簡(jiǎn)單處理即可滿足生活雜用水和景觀環(huán)境用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。高校校園中有大量的建筑，包括宿舍樓區(qū)、教學(xué)區(qū)、辦公區(qū)等建筑，屋面雨水將初期徑流排出后采用沉淀、過濾進(jìn)行處理，提升后回用。這種雨水收集工藝簡(jiǎn)便、成本較低、易操作且處理效果較好。如果校園采用雨污分流的排水體系，可增大雨水集水井的體積，建造地下雨水貯水池，貯水池兼具貯藏、調(diào)節(jié)、沉淀的作用。同時(shí)增加提升泵站將收集處理后的雨水用于綠地澆灌和道路噴灑。由于屋面材料的影響，直接收集的屋頂雨水污染物較嚴(yán)重，因此可以通過屋頂土壤層滲透凈化系統(tǒng)，通過滲透系統(tǒng)凈化雨水，去除雨水中大量的有機(jī)物和懸浮物，達(dá)到較好的水質(zhì)，用于建筑內(nèi)沖廁、綠地澆灌等雜用。屋頂土壤層滲透凈化系統(tǒng)就是在建筑屋頂上覆蓋土壤層后再種植植物，不僅有效開發(fā)利用屋頂空間，實(shí)現(xiàn)屋頂綠化，而且建設(shè)花園式屋頂有利于美化校園景觀。但屋頂土壤層滲透凈化系統(tǒng)工程需要綜合考慮屋頂承重能力及屋頂防水性等因素，因此建議在今后的建筑工程規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)要加強(qiáng)屋頂結(jié)構(gòu)尤其是其承重和防水能力的設(shè)計(jì)[3]。2)道路雨水收集。高校校園道路雨水相對(duì)于城市道路雨水中的雜質(zhì)、懸浮物、油漬等物質(zhì)較少，處理工藝流程較為簡(jiǎn)單。降雨后的地面水流集中向道路兩邊的雨水口匯集，匯集的雨水經(jīng)過過濾攔截道路上的樹葉、煙頭、懸浮固體等雜物，通過道路兩側(cè)的雨水管線流入雨水貯水池。雨水貯水池宜建在地勢(shì)較低的地方，便于雨水收集。貯水池中的雨水經(jīng)過混凝、沉淀、過濾等處理工藝，通過泵站提升后便可回用。但是道路雨水同屋面雨水一樣，初期匯集的雨水水質(zhì)較差，為了收集到較好水質(zhì)的徑流雨水，應(yīng)該去除初期的雨水匯流。

1.2 雨水生態(tài)收集

1)復(fù)合生態(tài)景觀水系。高校校園經(jīng)常有些小河流或者景觀湖，這種生態(tài)景觀水系具有復(fù)合的、多功能的作用。首先作為水景的基本作用，為校園增添自然人文氛圍，使自然與人類更加親近。同時(shí)河流或景觀湖可以收集直落的雨水。如遇暴雨洪峰，水系可以降低洪峰值，起到排洪、泄洪作用。除了緩解區(qū)域排洪壓力，生態(tài)景觀水系通過植被、土壤及生物降解等共同作用，水質(zhì)較好，在收集雨水的同時(shí)，可以直接抽取景觀水灌溉周邊綠地或道路噴灑，方便就近使用[4]。2)植被淺溝。植被淺溝是人工在地表溝渠中建造具有一定寬度和坡度的植被帶，一般通過重力流收集處理徑流雨水。當(dāng)雨水流經(jīng)淺溝時(shí)，經(jīng)顆粒物沉積、植被過濾、土壤滲透及微生物降解等共同作用下，不僅徑流量達(dá)到一定的消減，而且雨水中的污染物也被去除，達(dá)到雨水徑流的收集利用和補(bǔ)充地下水的目的。因此，有選擇地建造在潛在污染源和收納體之間，如校園道路的兩側(cè)、景觀湖的周邊、大面積綠地內(nèi)等?？梢酝晁芫W(wǎng)相結(jié)合運(yùn)行，達(dá)到雨水凈化處理、保證景觀湖水質(zhì)，還可以完成輸送排放的功能[5]。3)下凹式綠地。下凹式綠地具有很好的滲透性，不僅能增加降雨的下滲量，而且能使不透水匯水區(qū)的產(chǎn)流量流入下凹式綠地。因此，在生態(tài)校園的建設(shè)中，不僅可以在廣場(chǎng)中設(shè)置下凹式綠地，也可在校園的各處綠地之中設(shè)置一些下凹式綠地。這些下凹式綠地具有復(fù)合性多種功能：凈化滲入地下的雨水；收集滲透雨水用于補(bǔ)充地下水源；當(dāng)?shù)叵氯霛B達(dá)到飽和后，下凹式綠地可以儲(chǔ)存5 cm深度的雨水，起到調(diào)蓄洪峰的作用。4)透水路面和植草磚。長(zhǎng)期城市化發(fā)展的過程中，大規(guī)模的路面硬化和新建筑造成不透水面積大大增加，使得雨水不能順利地回歸自然。校園同樣如此，必須減少大規(guī)模的硬化路面及大面積的硬化廣場(chǎng)。而透水路面就能夠滯洪蓄雨、涵養(yǎng)甘霖、透水透氣、降塵減噪，增加校園環(huán)境的舒適度，平衡校園的生態(tài)系統(tǒng)。因此，校園盡量增加地面滲透量，比如在廣場(chǎng)和非主要交通干道均可設(shè)置為透水路面和植草磚，允許徑流通過滲透路面下滲至土壤，凈化和補(bǔ)充地下水。

2 雨水處理技術(shù)

根據(jù)雨水的水質(zhì)污染不同和用途不同，雨水的處理技術(shù)也不同。由于水質(zhì)的要求，無論是屋面雨水還是道路雨水均需要處理后才能使用。雨水處理可分為初級(jí)處理和較深度處理。初級(jí)處理包括自然凈化和簡(jiǎn)單的物理處理工藝，如混凝、沉淀、過濾等，這些處理工藝簡(jiǎn)便、成本較低、易操作且處理效果較好，可用于水質(zhì)要求較低的場(chǎng)所；較深度的處理是指通過生物化學(xué)處理工藝，如膜過濾、活性炭等技術(shù)，這些處理效果明顯但處理費(fèi)用較高。

目前常用的處理流程如下:流程1：集水→沉砂→粗濾→精濾→水泵提升→回用。流程2：集水→沉砂→粗濾→精濾→消毒→水泵提升→回用。流程3：集水→沉砂→粗濾→混凝→沉淀→過濾→消毒→水泵提升→回用。處理流程1，適用于水質(zhì)較好的集水場(chǎng)所，這時(shí)的處理裝置考慮沉砂槽、濾網(wǎng)、過濾器、水泵等設(shè)備。處理流程2，集水條件同前面流程1，適用于要求較高水質(zhì)的環(huán)境用水。處理流程3，適用于水質(zhì)較差，同時(shí)回用要求較高水質(zhì)的雨水收集場(chǎng)所。

3 雨水利用

3.1 雨水直接利用

雨水收集處理后直接進(jìn)行使用稱為雨水直接利用。如主要由雨落管收集的屋面雨水，通過雨水管道、雨水口收集的路面雨水和綠地雨水。收集到的雨水進(jìn)入集水池后經(jīng)過格柵去除較大的污染雜質(zhì)，然后進(jìn)行混凝、沉淀、過濾、水泵提升等處理流程后便可回用。處理后的雨水主要用于建筑沖廁、道路澆灑及景觀補(bǔ)水等，雨水直接利用可有效緩解區(qū)域的供水壓力和排洪壓力。

3.2 雨水間接利用

雨水間接利用是指將雨水滲透到地面下，用以補(bǔ)充地下水的過程。通過地面滲透，可以有效降低雨水徑流量，使雨水產(chǎn)流匯流滯后，消減洪峰峰值，緩解區(qū)域的排洪壓力。雨水的滲透已經(jīng)在一些發(fā)達(dá)國(guó)家作為雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要考慮因素。在地面空間允許且土壤入滲性能較好的條件下，可利用下凹式綠地、生態(tài)景觀湖、植被淺溝、透水路面等集蓄雨水，進(jìn)行地面蓄水入滲，補(bǔ)充地下水源；如果地表層的土壤滲透性能較難滿足要求時(shí)，可在地下建設(shè)滲透井、滲透管(渠)、雨水花園等典型增深設(shè)施。

3.3 雨水綜合利用

雨水綜合利用是一個(gè)復(fù)合的雨水收集利用系統(tǒng)，是將雨水直接利用和間接利用有機(jī)相結(jié)合而成的。隨著雨水利用多種技術(shù)的迅速發(fā)展，研究人員已經(jīng)將各種技術(shù)措施相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)區(qū)域雨水資源多種功能的綜合雨水利用。這種利用包括雨水的收集回用、補(bǔ)充地下水源等，同時(shí)發(fā)展生態(tài)水景、屋頂綠化等多種技術(shù)。尤其在高校校園，大量的教學(xué)樓、辦公樓、宿舍樓以及錯(cuò)綜的道路，能夠收集較多的屋面雨水和道路雨水，收集處理后可用于沖廁、道路和綠地澆灑。同時(shí)校園綠化面積較大，在綠地中增加下凹式綠地，可有效補(bǔ)充地下水源。一般高校校園中具有生態(tài)復(fù)合景觀，景觀水系不僅可收集儲(chǔ)存雨水，而且周邊綠地需要灌溉或道路需要清洗時(shí)，可直接抽取景觀水，方便就近使用。景觀水的水質(zhì)可以通過增設(shè)在水系旁邊的植被淺溝來凈化。由此說明高校校園可通過各種技術(shù)有機(jī)的結(jié)合，能夠充分、高效地利用雨水資源。

4 結(jié)語(yǔ)

高校作為城市的一個(gè)重要系統(tǒng)，具有人數(shù)多、面積大、用水基數(shù)較大、節(jié)能節(jié)水潛力大等特點(diǎn)，同時(shí)校園水環(huán)境的建設(shè)也非常重要，雨水資源是一種可有效利用的重要水源，基于以上特點(diǎn)及要求，如何在高校校園建設(shè)一套雨水收集利用系統(tǒng)，能夠系統(tǒng)性、綜合性、多樣化地收集利用雨水，將雨水納入到校園的節(jié)水及水生態(tài)文明建設(shè)中去，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)地綜合管理校園水環(huán)境，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。本文在充分了解國(guó)內(nèi)外雨水利用技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)雨水的收集、處理、利用等方面進(jìn)行初步探討和研究，為其他校園雨水利用設(shè)計(jì)提供借鑒。

[1] 張福麟.推進(jìn)高校節(jié)約型校園建設(shè)示范[J].建設(shè)科技，2010(22):51-53.

[2] 楊 凱.屋面雨水凈化與直接利用技術(shù)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010:15-17.

[3] 權(quán) 威.某高校新校區(qū)雨水生態(tài)化綜合利用研究[D].天津：天津大學(xué)，2015:11-12.

[4] 王 華.中科院研究生院懷柔園區(qū)雨水生態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究[J].給水排水,2012,38(2):81-84.

[5] 張 煒.植被淺溝在城市雨水利用系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].給水排水,2006,32(8):33-35.

Discussion and analysis on research situation of campus rainwater collection and utilization★

WANG Xiao-ling ZHANG Bao-jun BAI Jian-guo

(JiangsuBuildingCareerTechnicalCollege,Xuzhou221116,China)

Based on fully understanding the rainwater utilization technology at home and abroad, this paper summarized the characteristics and mechanism of various collection method, processing technology, collection and utilization of campus rainwater, presented systematic, comprehensive, diversified rainwater collection and utilization methods, in order to put the rainwater into campus water environment system, integration and coordination comprehensive management of campus water environment.

campus, rainwater, collection, utilization

1009-6825(2014)28-0129-02

2014-07-28★：江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院科學(xué)研究基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：JYA13-24)

王曉玲(1980- )，女，碩士，助教； 張寶軍(1963- )，男，教授； 白建國(guó)(1964- )，男，副教授

TU991.114

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