孫中媛,師夢(mèng)嬌

(1.哈巴河縣水資源中心，新疆 哈巴河 836700;2.西安理工大學(xué)水利水電土木建筑研究設(shè)計(jì)院，陜西 西安710000)

1 引言

城市水土保持是城市化進(jìn)程中的必然結(jié)果。城市化是農(nóng)村變城市、農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘腥丝诘倪^(guò)程。在城市基礎(chǔ)設(shè)施大規(guī)模建設(shè)的同時(shí)，也造成了嚴(yán)重的城市水土流失。而雨水作為重要的水資源，收集利用雨水可以有效地緩解城市化帶來(lái)的水土流失現(xiàn)象和雨水產(chǎn)生的洪澇現(xiàn)象，收集的雨水可用于園區(qū)灌溉，并減少園區(qū)景觀對(duì)淡水資源的需求量[1]。

2 項(xiàng)目背景

本項(xiàng)目位于延河以北，延安新區(qū)市區(qū)以西。場(chǎng)地呈方形，東西直線距離為201 m，南北最長(zhǎng)直線距離為472 m，土地總面積為57.3 hm2，其中園區(qū)北部22.43 hm2，南部34.81 hm2。為貫徹《水土保持法》，通過(guò)對(duì)雨水的收集再利用，以原地貌為基礎(chǔ)，著力打造一個(gè)充分展示城市生態(tài)濕地雨洪調(diào)蓄作用的城市水保示范工程。

項(xiàng)目區(qū)位于華北陸臺(tái)鄂爾多斯單斜構(gòu)造的東南角，在成份和構(gòu)造上屬中生代沉積巖系。經(jīng)過(guò)大范圍地形整治后，區(qū)內(nèi)地基復(fù)雜多變。在整治過(guò)程中，為了消除由原土基土體的壓縮固結(jié)沉降和濕陷性黃土的濕陷沉降引起的場(chǎng)地沉降和不均勻沉降，對(duì)原有地質(zhì)地形進(jìn)行了填挖壓實(shí)。從項(xiàng)目區(qū)的整體組成來(lái)看，有挖方區(qū)、填方區(qū)和挖填交界區(qū)，在填挖交界區(qū)不宜做下沉式綠地、植草溝等海綿設(shè)施[2]，因項(xiàng)目區(qū)屬于濕陷性黃土區(qū)，地基應(yīng)注意防滲。

3 雨水收集利用系統(tǒng)

3.1 雨水收集措施

(1)植草溝

植草溝是通過(guò)模擬自然綠地而人為設(shè)計(jì)和建造的具有可控性和工程化特點(diǎn)的海綿設(shè)施。植草溝利用溝渠和植物的協(xié)同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)雨水的收集、轉(zhuǎn)輸以及凈化。植草溝做法由下至上依次為素土、防滲土工布、20 cm 厚砂卵石層、10 cm 厚中粗砂層、40 cm 厚種植土層、礫石覆蓋層。

(2)下沉式綠地

為便于收集路面雨水，園區(qū)綠地均低于路面20 cm，以便降低雨水徑流外排的能力[3]，下沉式綠地做法由下至上依次為素土、防滲土工膜、35 cm 厚砂石濾水層，10 cm 厚粗砂級(jí)配層，30 cm 厚種植土層，礫石覆蓋層。

(3)雨水花園

植草溝和下沉式綠地收集的雨水經(jīng)盲管傳輸至雨水花園進(jìn)行二次過(guò)濾，雨水花園做法由下至上依次為素土夯實(shí)，20 cm 厚3∶7 灰土墊層， 防滲土工膜，25 cm 厚砂卵石層，10 cm 厚中粗砂層、45 cm 厚種植土層、5 cm 厚植皮層。

(4)雨水調(diào)節(jié)塘

經(jīng)雨水花園的雨水通過(guò)二次過(guò)濾后匯入雨水調(diào)節(jié)塘形成景觀水面，雨水調(diào)節(jié)塘做法由下至上依次為素土夯實(shí)，30 cm厚3∶7 灰土墊層，防滲土工膜，40 cm 厚砂卵石層。

結(jié)合延安當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，植草溝所種植植物選擇根系較深、抗沖擊的草本植物，具有一定的固土、防止水土流失的作用，并可增加雨水的滯留時(shí)間，起到一定的凈化作用，如高羊茅、黑麥草、萱草、鳶尾;下沉式綠地、雨水花園除了種植一些草本植物外，還應(yīng)選擇一些耐淹且抗旱的喬、灌木類植物，如紫薇，南天竹，金銀花，紅葉石楠，紫葉李，金葉女貞等[4]。

3.2 北區(qū)雨水利用

北區(qū)植草溝與下沉式綠地通過(guò)鉛絲籠石相連，底部通過(guò)d100 PVC 透水管進(jìn)行連接，縱坡比降為2‰，開孔率20%。透水管末端匯入雨水花園，雨水花園與雨水調(diào)節(jié)塘之間采用pe 管連接。通過(guò)植草溝和下沉式綠地收集的雨水，經(jīng)雨水花園二次過(guò)濾后，集中至雨水調(diào)節(jié)塘內(nèi)形成景觀水面，當(dāng)雨水調(diào)節(jié)塘蓄滿，多余水補(bǔ)給至地下蓄水池，地下蓄水池收集的雨水可用于園區(qū)的日常灌溉及道路澆灑，蓄滿后排入市政管網(wǎng)。見(jiàn)圖1。

圖1 北區(qū)雨水收集利用流程

3.3 南區(qū)雨水利用

延安市區(qū)多年的降雨規(guī)律如下:夏季雨強(qiáng)大、歷時(shí)短、降雨次數(shù)逐年減少。已建成的排洪管網(wǎng)排洪初期的泥沙、漂浮物、懸移質(zhì)較多，因此在雨水取水接入口，設(shè)計(jì)自動(dòng)控制閥門，將排水初期渾濁的雨水沿原排水管排走，僅收集較為清潔的雨水資源引入園區(qū)蓄存凈化后利用。

南區(qū)雨水利用主要是通過(guò)布置進(jìn)水管道連接現(xiàn)狀市政雨水管，并通過(guò)南區(qū)內(nèi)部植草溝、下沉式綠地收集雨水，收集到的雨水引入雨水花園、雨水調(diào)節(jié)塘內(nèi)形成水面，同時(shí)雨水經(jīng)過(guò)雨水調(diào)節(jié)塘的沉淀和過(guò)濾后，將部分雨水蓄至地下蓄水池內(nèi)進(jìn)行利用。

雨水調(diào)節(jié)塘進(jìn)水管處布置一座智能截流井，井內(nèi)布置2座液壓?jiǎn)?dòng)的不銹鋼閘門，通過(guò)井內(nèi)液位計(jì)和井外雨量計(jì)進(jìn)行自動(dòng)控制，將初期降雨和中后期降雨的徑流分開，調(diào)蓄池內(nèi)主要集蓄中后期雨量，調(diào)節(jié)塘滿后智能井分流口閘門關(guān)閉，多余雨水仍沿市政雨水管進(jìn)行排泄。見(jiàn)圖2。

圖2 南區(qū)雨水收集利用流程

4 水量平衡分析

4.1 可供水量

水量平衡是雨水收集利用系統(tǒng)一個(gè)首先需要解決的問(wèn)題?？墒占晁坑?jì)算如下:

式中:V表示可以收集的雨量;φ代表徑流系數(shù);綜合考慮當(dāng)?shù)氐貕K特性及對(duì)雨水的涵養(yǎng)能力，采用10 年一遇24 小時(shí)降雨的雨洪利用標(biāo)準(zhǔn)，綜合徑流系數(shù)取0.4;H代表降雨量;A表示徑流面積; 表示季折減系數(shù)，取0.5; 為初期雨水徑流系數(shù)，取0.80。

項(xiàng)目區(qū)蒸發(fā)量及降雨量見(jiàn)表1，經(jīng)計(jì)算，扣除蒸發(fā)和冬春季降水不可用水量(表2)，年平均可用水量為27295 m3。豐水年、平水年、枯水年的雨水回用量分別34055 m3、26454 m3、20729 m3。特枯年回水量為15663 m3。

表1 項(xiàng)目區(qū)降水量及蒸發(fā)量列表 單位:mm

表2 項(xiàng)目區(qū)可用水量計(jì)算成果

4.2 需水量

(1)綠化澆灌用水

根據(jù)園區(qū)規(guī)劃，綠化面積為25377 m2，占到園區(qū)總面積的43.98%;根據(jù)陜西省行業(yè)用水定額(DB61/T 943-2014)，綠化定額為2 L/(m2·d)，考慮到項(xiàng)目區(qū)屬于干旱半干旱地區(qū)，年蒸發(fā)量大而降雨量較小以及園區(qū)自身的重要性等因素，本次計(jì)算取用綠化定額為2.5 L/(m3·d)，則每次澆灑用水量為25377×2.5/1000=63 m3。由于綠化對(duì)于水質(zhì)的要求較低，因此園區(qū)選用雨水回用進(jìn)行綠化，進(jìn)行綠化澆灑的次數(shù)綜合植物的生長(zhǎng)特性、降水、季節(jié)氣候的變化等因素，最終確定的各月澆灑次數(shù)和用水量，見(jiàn)表3。

表3 綠化澆灌用水估算

由表3 可以看出，綠化澆灑所需年用水量為8740 m3，其中12 月、1 月、2 月處于植物非生長(zhǎng)期用水量較小，僅為380 m3/月;4 月～10 月份屬于植物的整體生長(zhǎng)期，用水量較大，11 月份屬于植物開始進(jìn)行冬灌的時(shí)期，因此用水量也較大。

(2)道路澆灑用水

根據(jù)園區(qū)規(guī)劃，規(guī)劃道路總面積為12802 m2，占到園區(qū)總面積的22.4%;根據(jù)陜西省行業(yè)用水定額(DB61/T 943-2014)，道路廣場(chǎng)澆灑定額為2.5 L/(m2·d)，考慮到項(xiàng)目區(qū)屬于干旱半干旱地區(qū)，年蒸發(fā)量大而降雨量較小以及園區(qū)自身的重要性等因素，本次計(jì)算取用道路廣場(chǎng)澆灑定額為3.0 L/(m3·d)， 則每次澆灑用水量為12802×3.0/1000=38.4 m3。由于道路澆灑對(duì)于水質(zhì)的要求不高，因此園區(qū)選用雨水回用進(jìn)行道路澆灑，進(jìn)行道路澆灑的次數(shù)綜合考慮季節(jié)氣候、降水、溫度等變化因素，最終確定的各月澆灑次數(shù)和用水量見(jiàn)表4。

表4 道路澆灑用水估算

(3)園區(qū)景觀需水量

根據(jù)園區(qū)景觀規(guī)劃，估算出園區(qū)在豐水期、平水期、枯水期所需水體體積分別為3000 m3、2000 m3、1000 m3。由此可知，園區(qū)的年最大需水量為3000 m3。

總的年用水量Qy=8740+2652+3000=14392 m3/a。

總來(lái)水量Wy(15663 m3) >總用水量Qy(14392 m3)，故可用水量能滿足需水量的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，水土資源的大量流失，注重對(duì)雨水資源的收集和利用，不僅能夠有效緩解我國(guó)雨水短缺的相應(yīng)問(wèn)題，還能避免洪澇災(zāi)害的發(fā)生，對(duì)維持社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，也是保障城市生態(tài)循環(huán)的關(guān)鍵所在。收集的雨水資源可以作為城市供水系統(tǒng)的輔助水源，相當(dāng)于增加城市水資源可利用量，提高城市水資源承載能力，保障城市水資源的可持續(xù)利用和城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。本項(xiàng)目運(yùn)用雨水收集及處理技術(shù)方法，收集利用這一無(wú)成本的資源，不僅節(jié)約了水資源，而且在涵養(yǎng)地下水源、控制雨水徑流污染、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境等方面具有廣泛意義。