山东水利基地雨洪资源综合利用技术研究

2015-04-06耿灵生李国会山东省水利科学研究院山东省水资源与水环境重点实验室山东济南250014

山东水利 2015年5期

耿灵生，李国会，马　良（山东省水利科学研究院、山东省水资源与水环境重点实验室，山东济南 250014）

山东水利基地雨洪资源综合利用技术研究

耿灵生，李国会，马良
（山东省水利科学研究院、山东省水资源与水环境重点实验室，山东济南 250014）

【摘要】通过在山东省水利基地及雪野水库管理处试点开展雨洪资源综合利用技术研究，以期形成基于新型城镇化发展的雨洪资源综合利用、低影响开发综合技术，建成典型生态示范工程，为生态山东建设提供示范和推广。通过节能型的无动力雨水收集法，收集莱芜市雪野水库管理处示范点建筑物屋面240m2的雨水，利用雨水重力流的基本原理实现对初期雨水的汇流与抛弃工序，对初雨进行抛弃，进行过滤、消毒处理，处理后的清水进行绿地绿化和立体绿化。根据收集水量以及用水量之间的平衡，可实现面积为300m2的绿化。

【关键词】雨洪资源；低影响；海绵城市；山东省

近年来，随着城市工业化进程地加快，工业用水量增加，城市地面硬化（如建筑屋面、路面、广场、停车场等）改变了原地面的水文特性，大量雨水流失，土壤含水量减少，热岛效应及地下水位下降现象加剧。目前城市雨水处理工程的建设正在以前所未有的速度向前推进。在雨水资源利用方面，我国一些大型城市如北京、深圳等在雨水资源和洪水资源利用方面进行了许多创新性探索，对雨洪利用技术进行了许多示范性研究和实践。许多新建小区、工厂、公用建筑都进行了雨水综合利用工程设计和建设。

目前，济南市将出台《关于加快推进海绵城市建设工作的实施意见》，明确为提高城市综合防灾减灾能力，缓解城市水资源压力，改善城市生态环境，将把济南建设成为“海绵城市”。在现代城镇化进程中，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度实现雨水在城市区域积存、渗透和净化，提高雨水资源化水平，提倡修建“海绵城市”。海绵城市的建设将自然途径与人工措施相结合，保护生态环境，是推进“工程治水”向“生态治水”重大转变的有效方式。

山东省水资源供需矛盾日益突出，加快推进山东水利基地建设，是适应新时期治水思路转变的需要，保障经济社会全面协调可持续发展的需要，也是提高水安全保障能力、全面提升水利科技支撑能力的需要。本研究以山东水利基地为依托，通过雨洪资源综合利用系统来进一步研究雨水利用的多种可能性以及其示范推广前景。

1　雨洪资源收集及综合利用工艺

雨洪资源收集及综合利用技术主要工艺为通过节能型的无动力雨水收集法，收集建筑物屋面雨水，利用雨水重力流的基本原理实现对初期雨水的汇流与抛弃工序，对初雨进行抛弃，进行过滤、消毒处理，处理后的清水进行绿地绿化和立体绿化。本研究的雨洪综合利用集成设备主要由无动力雨水收集器、雨水蓄水箱、EPT-5300集成式雨水处理系统和雨水清水箱等部分组成。

1.1无动力初雨抛弃装置

无动力初雨抛弃装置在整个无动力雨水收集工艺中起到初期雨水抛弃及粗过滤的功能。在无动力初雨抛弃装置的进水口处设有检查口用于维护，定期查看格栅网，并将格栅网上的大型垃圾定期处理干净。

由于初期雨水冲刷屋面时带入很多杂质使得初期雨水水质中含有大量的CODcr、SS、色度等污染物质，所以需对初期降雨进行抛弃。无动力初雨抛弃装置所设定的抛弃量为2mm的初期雨水，每套设备适用于100～250m2汇水面积的规格，由于无动力初雨抛弃装置大多置于室外墙体上，所以无动力初雨抛弃装置全部采用不锈钢金属材质，防止长时间风吹雨淋而导致设备腐蚀损坏。

1.2雨水蓄水箱

雨水蓄水箱用于贮存经过无动力初雨抛弃装置处理后的雨水。水箱整体完全密封，防止外界昆虫、动物等大型生物进入，水箱的顶部设有专用呼吸器以防水箱内部水质因为长期贮存而变质。雨水蓄水箱的侧面以及底部分别设有雨水溢流管以及雨水排污管，以防电控系统发生紧急故障不能工作的情况。

1.3雨水一体化净化装置

雨水一体化净化装置用于去除雨水水体中的SS，CODcr，以及去除色度。该装置主要由3个主要设备组成：雨水石英砂过滤器、雨水活性炭吸附器以及杀菌消毒装置。雨水石英砂过滤器用于去除水体中的SS含量，SS去除率高达90%，通过自动反冲顶装式阀门的时间控制，定时定期进行反冲来维持雨水石英砂过滤器的工作效能；雨水活性炭吸附器用于去除水体中的CODcr含量以及色度含量，CODcr去除量可达70%，色度去除率可达75%；杀菌消毒装置用于去除水体的细菌病毒保持水体中的余氯含量。

1.4雨水清水箱

经过雨水一体化净化装置处理后的清水汇集至雨水清水箱中。水箱内部设有五球式连杆浮球作为液位控制器，分别用于高液位停止，中液位自来水补水，低液位给水泵保护。雨水清水箱的侧面以及底部分别设有雨水溢流管、客水补水管以及雨水排污管，以防电控系统发生紧急故障不能工作的情况。

1.5雨水稳压供水设备

雨水稳压供水设备通过压力传感器的上限值与下限值的调节使得整套设备的输出压力恒定在某一个值，随着用水量的增大减小，给水泵的频率会做出与之相对应的变化。

1.6雨水综合利用

通过清水箱的水源，必要时同时接入自来水客水水源，用来做绿地绿化和墙面垂直绿化。

2　雨洪资源综合利用技术应用

2.1雨水年收集水量计算

莱芜市年平均降雨量约为656.6mm，平均最大月降雨量为198.5mm，雨量分布不均匀，降雨主要集中在6～9月，夏季多雨，冬季少雨。莱芜市雪野水库管理处示范点的屋面面积约为480m2，现对屋面南面半场的雨水进行收集，即240m2，屋面材质为硬质屋面，雨水径流系数为0.8～0.9。雨水设计径流总量计算公式：

W=10ψchyF

式中：W为降雨径流总量，m3；ψc为雨量径流系数；hy为设计降雨厚度，mm；F为汇水面积，hm2。

经计算年雨水理论收集水量为141.8m3/a；按照24h降雨量中的大雨计算，则可收集5.4～10.8m3的雨水。

2.2年用雨水量计算

莱芜市雪野水库管理处试点雨洪综合利用系统设备处理后的再生水，主要用于管理处附近的绿化浇灌和立体绿化用水。该处绿化总面积约为200m2，根据《建筑给水排水设计规范GB50015-2006》确定绿化浇灌的用水量取2L/m3，则绿化浇灌的单次用水量W绿化（单次）为0.4m3。由此确定恒压供水设备的出水水量以及处理水量均设计为1m3/h。

绿化浇灌周期分为两个阶段，分别是多雨季节绿化浇灌周期和少雨季节绿化浇灌周期。其中，多雨季节2次/周，少雨季节4次/周，则通过计算知年绿化浇灌水量W绿化（年度）为54.4m3。

2.3雨水处理系统进出水水质

本研究进水水质要求采用《建筑与小区雨水利用工程技术规范》（GB50400-2006）中的屋面雨水水质经验值，屋面雨水初期径流弃流后的水质净值为：pH为5.7、CODcr为70～110mg/L、SS 为20～40mg/L、色度为10～40度。出水水质的绿化浇灌用水应达到《城市杂用水水质标准》（GB/ T18920-2002）的要求。

2.4雨洪综合利用系统构筑物参数计算

根据试验点降雨、径流、汇水面积、雨水处理流量、管径参数等，计算得到雨洪综合利用系统构筑物参数如下：无动力初雨抛弃装置进水口流量为51.3m3/h；出水口流量为108.5m3/h；初雨抛弃水量为0.432m3；雨水蓄水箱有效容积为3.2m3。通过计算，雨水石英砂过滤器过滤直径和雨水活性炭过滤器过滤直径均取0.26m；杀菌消毒装置月药剂使用量取0.37kg；雨水清水箱有效容积为3.2m3。

2.5雨水综合利用示范

绿地绿化面积为200m2，采用埋设管道，配置自动化喷灌设施实现。

在办公楼东墙面采用立体绿化新技术，进行立体垂直绿化，面积约100m2，集成岩棉式植物墙、无土栽培、施水施肥、微滴灌、自动化控制等技术为一体，实现雨水利用、美化环境、墙面常绿和环保的目的。

2.6效益分析

根据收集水量以及用水量之间的平衡，项目的理论年收集水量为265.5m3/a，每日最大用水量为0.4m3，则年最大用水量为62.4m3。而且其蓄水池，能够收集大部分的雨水，因此年收集水量按照年最大用水量265.5m3/a计算，可实现面积为300m2的绿化。