李平苑
广东省建筑设计研究院广东广州510000
摘要：以某校园二期建设工程为例，基于海绵城市建设理念进行雨水资源化利用系统的方案设计，根据逐月的水量平衡分析计算，论证蓄存校园内山体汇集雨水用于景观水系旱季补水的可行性，结合分析结果确定蓄水池规模，并充分考虑雨水径流水质特征和景观水系水质，设计地表滞留塘和地下蓄水池相结合的蓄存净化系统，为景观水系提供水量和水质保障。
关键词：海绵校园；雨水资源化；水量平衡；雨水蓄水池；水质保障
近年来，随着开发建设加快，水资源供需矛盾进一步激化，缺水、水体污染、洪涝灾害成为城市发展面临的三大核心水问题。如何科学合理地利用雨水资源，解决水资源供需矛盾问题，同时缓解城市洪涝压力，治理水污染，已成为一个广受关注的重大课题。
雨水是自然界水循环重要的组成部分，是最直接、经济的水资源，对调节、补充地区水资源和改善及保护生态环境起着极其重要的作用，而雨水资源的利用更具有缓解供水紧张、减轻雨污管道系统压力、保护生态环境等功能[1]。广州是一个降雨充沛、暴雨频繁的滨海城市，多年平均径流深度达981毫米，雨季洪涝灾害常有发生。另一方面，广州内部无大江大河，城市用水主要靠境外东江引入，且用水需求量大，城市水资源缺口严重。因此，开展雨水资源化利用，采用自然及人工措施积存、净化雨水，并在需要的时候释放利用[2]，对解决广州地区水问题有重要意义。
1.项目工程概况
雨水资源化利用项目结合校园二期建设工程开展。二期建设项目研究范围1.94平方公里，建设范围1.23平方公里。建设范围北部为山林生态用地，面积约70公顷，根据校园排水防涝规划，山林雨水由截洪沟收集，雨水资源量充沛。校园现状有小型雨水利用工程，截洪沟收集小片山体汇水进入潜流人工湿地过滤净化后补充水系景观用水，因收集范围较小，水量不足，目前景观用水主要靠自来水补充。二期建设将秉承绿色设计和可持续发展原则，贯彻海绵城市建设理念，充分利用区域雨水资源，构建集“渗、滞、蓄、净、用、排”一体的海绵校园。
2.水量平衡分析
综合考虑校园排水防涝及景观需求，二期规划新增5条水系，其中2#、3#水系与现状水系为常年有水溪流，打造校园溪流花园景观，1#、4#、5#水系为季节性溪流，主要承排水功能。对各水系做汇水分析，采用广州多年月平均降雨、蒸发数据，基于水量平衡原理计算水系正常运行需水量[3]。
图1校园水系规划及汇水分区图
2.1雨水径流量计算
划分各水系集雨范围，如图1所示。雨水径流量采用公式1计算，其中雨水收集范围多为山体绿地，径流系数取0.15，集中水面径流系数取1.0。
（1）
式中：Q——雨水径流量，立方米；q——降雨量，毫米；F——汇水面积，平方米；Ψ——径流系数。
2.2水系耗水量分析
水系耗水量包括水面蒸发量、下渗量，现状水系、2#水系和3#水系兼具排洪和景观功能，耗水量还包括景观换水量。根据规划区土壤及地下水特性，河道下渗率取2.0x10-7米。为维持常年有水溪流的景观水位，现状水系、2#和3#水系河床底部及侧面均采用黏土或水泥土防渗（必要时可加铺LDPE等防渗膜），下渗率控制在3.9x10-8米/秒。各景观水系常水位控制在0.8米~1.5米，水系互相连通，水动力条件较好，换水周期取一个月[4]。
2.3逐月盈亏水量计算
对各水系做逐月水量平衡分析，结果见表2。4月~9月各水系在扣除蒸发、下渗后均有水量剩余，其中1#、4#水系全年富余水量约12.5万立方米，全年水量充沛。而旱季10月~1月，现状水系和3#水系存在用水缺口，2#水系在11月~1月存在用水缺口，其中现状水系旱季需补水总量约1.4万立方米，缺口较大。若维持3条景观水系常年有水，年补充用水总量约1.6万立方米。
3.雨水滞蓄方案
根据水量平衡分析结果，水系在雨季均有富余水量，其中1#和4#水系收集北部大面积山林汇水，雨水资源充沛且径流主要污染物为泥沙及植物残渣，水质较好，经沉砂池、植物塘等净化设施处理后，基本能达到景观水水质要求。因此，规划修建蓄水池蓄存1#、4#水系汇水，用于现状水系、2#和3#水系旱季景观补水。
雨水蓄水池储水容积的确定应经济合理，一方面应尽量多的收集雨水，另一方面由于蓄水池造价较高，考虑到经济性，又不宜建设过大[5]。本项目雨水可收集量大于需水量，因此蓄水池容积与景观需水量相关，根据上文，总蓄水量需大于1.6万立方米，确定校园蓄水总规模为1.9万立方米，扣除景观用水后剩余水量用于校园绿化浇灌和道路冲洗。
结合现状地形条件及用地规划，蓄水池采用地下蓄水池和地表蓄水池两种类型，地表蓄水池采用雨水滞留塘的形式，位于水系中上游，对雨水径流有初级净化作用，有利于雨水储存期间的水质保障。地下蓄水池位于水系中下游等用地紧张区域，水池容积较大，采用钢混框架结构[3]。蓄水池分布位置及汇水范围如图2所示。1#水系上、中游规划三座蓄水池，根据周边山体汇集水量，上游蓄水池规模为3000立方米，上游现状地势低洼，可采用地表雨水滞留塘的方式，山体雨水经截洪沟进入雨水塘，过量雨水经防洪溢流设施进入1#水系；中游蓄水池置于规划运动场地下，收集上游雨水塘溢流雨水及东侧现状天然沟渠来水，设计规模为6000立方米，过量雨水经溢流口进入1#水系；下游地下蓄水池规模为2500立方米，收集上游蓄水池溢流雨水及北边宿舍区雨水。4#水系设置一处蓄水池，水系中游现状有一水塘，改造为地表雨水滞留塘，蓄水规模为7500立方米，溢流雨水进入4#水系，收集的雨水净化处理后经引水管道为下游现状水系补水。
4.水质保障措施
4.1蓄水池水质保障
蓄水池雨水蓄存时间较长，水质保障是该雨水利用项目需着重考虑的问题。本项目针对两种类型的蓄水池，采用不同的雨水净化方案。
地表雨水滞留塘采用生态处理方式，通过沉降、生物降解、过滤吸附和植物吸收等机制去除污染物[6]。滞留塘上游设置沉砂池，削减径流的泥沙含量。滞留塘进水段铺设砾石，种植耐水冲和净化能力较强的水生植物，起沉淀、截污及生物净化作用，削减径流中的污染物。池内设置水生植物区、植物浮岛，沿岸线布置植物缓冲带[7]，并放养对水质有改善作用的微生物，构建池塘生态系统，防止雨水蓄存期间水质恶化[8]。
地下蓄水池位于雨水滞留塘下游，雨水已经过滞留塘、生态草沟初步净化，水质控制措施主要用于保障储存期间的水质。地下蓄水池需配置水污染集中处理设施，包括过滤、加药、消毒设施。1#水系下游地下蓄水池接纳宿舍区汇水，降雨初期径流污染物含量较高，蓄水池需设置初期雨水弃流装置。集中处理的净水，设置水循环装置保持流动性[9]，维持池内水体水质。
图3地表蓄水池示意图图4地表蓄水池岸线形式
4.2景观水系水质保障
雨水进入景观水系前，经现状潜流湿地进一步处理，降低水中氨氮含量，再打入景观水系，保证景观水系用水达到《广州市再生水、雨水利用规范》的水质要求。校园内河道及集中水面均采用生态断面，根据地形及水位设置不同类型的净水植物，促进水体的自然净化。区内河道纵坡较大，水系沿程设置挡水溢流堰，营造丰富水景观加强水体的滞留净化。
5.效益分析
（1）经济效益
本项目年蓄水量1.9万立方米，除补充景观水系用水1.6万立方米，剩余雨水量可用于校园绿化浇洒和道路冲洗。年节约自来水用水量1.9万立方米，广州市建筑业自来水与污水处理总价约4.15元/立方米，则校园雨水资源化利用项目可减少自来水用水成本约7.89万元/年[10]。
（2）防洪安全效益
蓄水池位于校园泄洪排涝通道中上游且蓄水容积较大，在高重现期暴雨条件下，能充当雨洪调节池起滞洪作用，减轻下游水系排洪压力，提高校园的整体防洪排涝标准，对减少校园洪涝灾害有重要作用。
（3）社会效益
校园作为城市特殊的一部分，每天需要大量的用水，水资源问题日益突出。在校园中开展以景观水系、绿化及道路浇洒用水为目标，以自然净化、生态处理及人工湿地净化为关键技术的校园雨水资源化方案，可操作性强，能够有效节约常规水资源，保护生态环境。该项目在校园的成功实践有助于雨水资源化理念及技术方法在其他同类型区域的推广应用[1]，促进雨水综合利用在城市建设中的普遍化，缓解城市水资源短缺及内涝灾害问题，推进社会生态文明建设。
6.小结
本文基于海绵城市自然积存、自然净化的理念，结合校园排水防涝工程及景观水系工程，开展雨水资源化利用，解决校园景观水系旱季水量短缺问题。采用水量平衡分析方法，论证了雨水补充旱季用水的可行性，并依据分析结果确定蓄水池规模，为水景观提供水量保障。充分结合现状地形、竖向及用地规划，构建地表雨水滞留塘和地下蓄水池相结合的雨水蓄存净化系统，保障蓄存雨水和景观水系水质，构建了绿色的、可持续的校园雨水利用系统，解决校园水资源短缺和洪涝灾害问题，对改善该区域水环境、形成良好水生态有重要意义。
参考文献
[1]韩瑞霞，陈醇，尹华[J].西北大学长安校区校园雨水资源化利用方案研究.安徽农业科学，2014，42（21）：7110-7113.
[2]翟晓燕，叶琰[J].城市雨水利用发展现状与展望.水资源与水工程学报，2009，20（3）：160-163.