耿靈生，李國會，馬　良（山東省水利科學(xué)研究院、山東省水資源與水環(huán)境重點實驗室，山東 濟南 250014）

山東水利基地雨洪資源綜合利用技術(shù)研究

耿靈生，李國會，馬良
（山東省水利科學(xué)研究院、山東省水資源與水環(huán)境重點實驗室，山東 濟南 250014）

【摘要】通過在山東省水利基地及雪野水庫管理處試點開展雨洪資源綜合利用技術(shù)研究，以期形成基于新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的雨洪資源綜合利用、低影響開發(fā)綜合技術(shù)，建成典型生態(tài)示范工程，為生態(tài)山東建設(shè)提供示范和推廣。通過節(jié)能型的無動力雨水收集法，收集萊蕪市雪野水庫管理處示范點建筑物屋面240m2的雨水，利用雨水重力流的基本原理實現(xiàn)對初期雨水的匯流與拋棄工序，對初雨進行拋棄，進行過濾、消毒處理，處理后的清水進行綠地綠化和立體綠化。根據(jù)收集水量以及用水量之間的平衡，可實現(xiàn)面積為300m2的綠化。

【關(guān)鍵詞】雨洪資源；低影響；海綿城市；山東省

近年來，隨著城市工業(yè)化進程地加快，工業(yè)用水量增加，城市地面硬化（如建筑屋面、路面、廣場、停車場等）改變了原地面的水文特性，大量雨水流失，土壤含水量減少，熱島效應(yīng)及地下水位下降現(xiàn)象加劇。目前城市雨水處理工程的建設(shè)正在以前所未有的速度向前推進。在雨水資源利用方面，我國一些大型城市如北京、深圳等在雨水資源和洪水資源利用方面進行了許多創(chuàng)新性探索，對雨洪利用技術(shù)進行了許多示范性研究和實踐。許多新建小區(qū)、工廠、公用建筑都進行了雨水綜合利用工程設(shè)計和建設(shè)。

目前，濟南市將出臺《關(guān)于加快推進海綿城市建設(shè)工作的實施意見》，明確為提高城市綜合防災(zāi)減災(zāi)能力，緩解城市水資源壓力，改善城市生態(tài)環(huán)境，將把濟南建設(shè)成為“海綿城市”。在現(xiàn)代城鎮(zhèn)化進程中，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度實現(xiàn)雨水在城市區(qū)域積存、滲透和凈化，提高雨水資源化水平，提倡修建“海綿城市”。海綿城市的建設(shè)將自然途徑與人工措施相結(jié)合，保護生態(tài)環(huán)境，是推進“工程治水”向“生態(tài)治水”重大轉(zhuǎn)變的有效方式。

山東省水資源供需矛盾日益突出，加快推進山東水利基地建設(shè)，是適應(yīng)新時期治水思路轉(zhuǎn)變的需要，保障經(jīng)濟社會全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的需要，也是提高水安全保障能力、全面提升水利科技支撐能力的需要。本研究以山東水利基地為依托，通過雨洪資源綜合利用系統(tǒng)來進一步研究雨水利用的多種可能性以及其示范推廣前景。

1　雨洪資源收集及綜合利用工藝

雨洪資源收集及綜合利用技術(shù)主要工藝為通過節(jié)能型的無動力雨水收集法，收集建筑物屋面雨水，利用雨水重力流的基本原理實現(xiàn)對初期雨水的匯流與拋棄工序，對初雨進行拋棄，進行過濾、消毒處理，處理后的清水進行綠地綠化和立體綠化。本研究的雨洪綜合利用集成設(shè)備主要由無動力雨水收集器、雨水蓄水箱、EPT-5300集成式雨水處理系統(tǒng)和雨水清水箱等部分組成。

1.1無動力初雨拋棄裝置

無動力初雨拋棄裝置在整個無動力雨水收集工藝中起到初期雨水拋棄及粗過濾的功能。在無動力初雨拋棄裝置的進水口處設(shè)有檢查口用于維護，定期查看格柵網(wǎng)，并將格柵網(wǎng)上的大型垃圾定期處理干凈。

由于初期雨水沖刷屋面時帶入很多雜質(zhì)使得初期雨水水質(zhì)中含有大量的CODcr、SS、色度等污染物質(zhì)，所以需對初期降雨進行拋棄。無動力初雨拋棄裝置所設(shè)定的拋棄量為2mm的初期雨水，每套設(shè)備適用于100～250m2匯水面積的規(guī)格，由于無動力初雨拋棄裝置大多置于室外墻體上，所以無動力初雨拋棄裝置全部采用不銹鋼金屬材質(zhì)，防止長時間風吹雨淋而導(dǎo)致設(shè)備腐蝕損壞。

1.2雨水蓄水箱

雨水蓄水箱用于貯存經(jīng)過無動力初雨拋棄裝置處理后的雨水。水箱整體完全密封，防止外界昆蟲、動物等大型生物進入，水箱的頂部設(shè)有專用呼吸器以防水箱內(nèi)部水質(zhì)因為長期貯存而變質(zhì)。雨水蓄水箱的側(cè)面以及底部分別設(shè)有雨水溢流管以及雨水排污管，以防電控系統(tǒng)發(fā)生緊急故障不能工作的情況。

1.3雨水一體化凈化裝置

雨水一體化凈化裝置用于去除雨水水體中的SS，CODcr，以及去除色度。該裝置主要由3個主要設(shè)備組成：雨水石英砂過濾器、雨水活性炭吸附器以及殺菌消毒裝置。雨水石英砂過濾器用于去除水體中的SS含量，SS去除率高達90%，通過自動反沖頂裝式閥門的時間控制，定時定期進行反沖來維持雨水石英砂過濾器的工作效能；雨水活性炭吸附器用于去除水體中的CODcr含量以及色度含量，CODcr去除量可達70%，色度去除率可達75%；殺菌消毒裝置用于去除水體的細菌病毒保持水體中的余氯含量。

1.4雨水清水箱

經(jīng)過雨水一體化凈化裝置處理后的清水匯集至雨水清水箱中。水箱內(nèi)部設(shè)有五球式連桿浮球作為液位控制器，分別用于高液位停止，中液位自來水補水，低液位給水泵保護。雨水清水箱的側(cè)面以及底部分別設(shè)有雨水溢流管、客水補水管以及雨水排污管，以防電控系統(tǒng)發(fā)生緊急故障不能工作的情況。

1.5雨水穩(wěn)壓供水設(shè)備

雨水穩(wěn)壓供水設(shè)備通過壓力傳感器的上限值與下限值的調(diào)節(jié)使得整套設(shè)備的輸出壓力恒定在某一個值，隨著用水量的增大減小，給水泵的頻率會做出與之相對應(yīng)的變化。

1.6雨水綜合利用

通過清水箱的水源，必要時同時接入自來水客水水源，用來做綠地綠化和墻面垂直綠化。

2　雨洪資源綜合利用技術(shù)應(yīng)用

2.1雨水年收集水量計算

萊蕪市年平均降雨量約為656.6mm，平均最大月降雨量為198.5mm，雨量分布不均勻，降雨主要集中在6～9月，夏季多雨，冬季少雨。萊蕪市雪野水庫管理處示范點的屋面面積約為480m2，現(xiàn)對屋面南面半場的雨水進行收集，即240m2，屋面材質(zhì)為硬質(zhì)屋面，雨水徑流系數(shù)為0.8～0.9。雨水設(shè)計徑流總量計算公式：

W=10ψchyF

式中：W為降雨徑流總量，m3；ψc為雨量徑流系數(shù)；hy為設(shè)計降雨厚度，mm；F為匯水面積，hm2。

經(jīng)計算年雨水理論收集水量為141.8m3/a；按照24h降雨量中的大雨計算，則可收集5.4～10.8m3的雨水。

2.2年用雨水量計算

萊蕪市雪野水庫管理處試點雨洪綜合利用系統(tǒng)設(shè)備處理后的再生水，主要用于管理處附近的綠化澆灌和立體綠化用水。該處綠化總面積約為200m2，根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范GB50015-2006》確定綠化澆灌的用水量取2L/m3，則綠化澆灌的單次用水量W綠化（單次）為0.4m3。由此確定恒壓供水設(shè)備的出水水量以及處理水量均設(shè)計為1m3/h。

綠化澆灌周期分為兩個階段，分別是多雨季節(jié)綠化澆灌周期和少雨季節(jié)綠化澆灌周期。其中，多雨季節(jié)2次/周，少雨季節(jié)4次/周，則通過計算知年綠化澆灌水量W綠化（年度）為54.4m3。

2.3雨水處理系統(tǒng)進出水水質(zhì)

本研究進水水質(zhì)要求采用《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB50400-2006）中的屋面雨水水質(zhì)經(jīng)驗值，屋面雨水初期徑流棄流后的水質(zhì)凈值為：pH為5.7、CODcr為70～110mg/L、SS 為20～40mg/L、色度為10～40度。出水水質(zhì)的綠化澆灌用水應(yīng)達到 《城市雜用水水質(zhì)標準》（GB/ T18920-2002）的要求。

2.4雨洪綜合利用系統(tǒng)構(gòu)筑物參數(shù)計算

根據(jù)試驗點降雨、徑流、匯水面積、雨水處理流量、管徑參數(shù)等，計算得到雨洪綜合利用系統(tǒng)構(gòu)筑物參數(shù)如下：無動力初雨拋棄裝置進水口流量為51.3m3/h；出水口流量為108.5m3/h；初雨拋棄水量為0.432m3；雨水蓄水箱有效容積為3.2m3。通過計算，雨水石英砂過濾器過濾直徑和雨水活性炭過濾器過濾直徑均取0.26m；殺菌消毒裝置月藥劑使用量取0.37kg；雨水清水箱有效容積為3.2m3。

2.5雨水綜合利用示范

綠地綠化面積為200m2，采用埋設(shè)管道，配置自動化噴灌設(shè)施實現(xiàn)。

在辦公樓東墻面采用立體綠化新技術(shù)，進行立體垂直綠化，面積約100m2，集成巖棉式植物墻、無土栽培、施水施肥、微滴灌、自動化控制等技術(shù)為一體，實現(xiàn)雨水利用、美化環(huán)境、墻面常綠和環(huán)保的目的。

2.6效益分析

根據(jù)收集水量以及用水量之間的平衡，項目的理論年收集水量為265.5m3/a，每日最大用水量為0.4m3，則年最大用水量為62.4m3。而且其蓄水池，能夠收集大部分的雨水，因此年收集水量按照年最大用水量265.5m3/a計算，可實現(xiàn)面積為300m2的綠化。

3　結(jié)語

通過在山東水利基地開展雨洪資源綜合利用技術(shù)研究，以期形成基于新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的雨洪資源綜合利用、低影響開發(fā)綜合技術(shù)，建成雨洪資源綜合利用典型生態(tài)示范工程，為生態(tài)山東建設(shè)提供示范和推廣。

研究課題名稱：“山東省水利綜合試驗基地降雨-徑流關(guān)系及雨洪資源綜合利用技術(shù)研究”，編號SDSLKY201201?！俺鞘兴亮魇ЬC合防治技術(shù)研究”，編號SDSLKY201204。均為2012年山東省水利科研與技術(shù)推廣課題項目。

參考文獻

[1]閆軻，方國華，黃顯峰等.雨洪資源利用進展與利用模式探索[J].水利科技與經(jīng)濟,2011,17(3).

[2]于琪洋.加強城市雨洪資源利用保障城市可持續(xù)發(fā)展[J].水利發(fā)展研究，2002,2（3）.

[3]孫德威．城市雨洪利用技術(shù)綜述[J]．中國防汛抗旱，2010,(1).

[4]梁啟．雨洪資源利用的必要性及其措施探討[J]．城市建筑，2014，(4).

（責任編輯趙其芬）

【中圖分類號】TV213.4

【文獻標識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-05-0004-02

作者簡介：耿靈生（1965—），男，研究員