济南山地公园雨水收集利用研究

刘 飞,孔 毅,王 岩*

1.济南园林开发建设集团有限公司,山东 济南 250002 2.济南园林集团景观设计有限公司,山东 济南 250014

济南山地公园雨水收集利用研究

刘 飞1,孔 毅2,王 岩2*

1.济南园林开发建设集团有限公司,山东 济南 250002 2.济南园林集团景观设计有限公司,山东 济南 250014

本文通过对济南郎茂山公园的雨水收集利用实践和经验分析，总结出“下渗优先、集蓄辅助、水库汇集”的总体框架，提出如何在增加园林自然灌溉用水、节能降耗的同时，减少雨水外流，减缓雨水进入城市道路、市政河道管网的速度，从而延缓暴雨洪峰过境，在一定程度上减少暴雨对市中心区域的影响。同时，在卧虎山山体公园、英雄山风景区的规划中进行应用，形成多种细化方式和收集利用方案，对总体框架进行验证，并提出问题和改进方法。

雨水;收集利用;山地公园

1 济南地区水资源情况及降雨特点

济南属于暖温带半湿润大陆性季风气候，春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季较为干燥，冬季气温低，雨水资源较丰富，多年平均降雨量为665.7 mm，65%降雨集中在6～9月份（图1、表1、表2、表3）。以多年平均降雨量计算，济南市行政区域范围内平均每年降雨量超过53×l08m3[1]。

表1 济南市2014年各月平均降水量(mm)及降水次数统计表(来源：济南气象网)Table 1 Jinan average monthly precipitation(mm)and frequency in 2014(Source:Jinan weather network)

表2 济南市2009～2014年各月平均降水量(mm)(来源：济南气象网)Table 2Average monthly precipitation(mm)from 2009 to 2014 in Jinan(Source:Jinan weather network)

表3 济南市2009年各月平均降水量、蒸发量（mm）(来源：济南气象网)Table 3Average monthly precipitation(mm)and evaporation(mm)in 2009 Jinan(Source:Jinan weather network)

2 济南郎茂山公园雨水收集利用研究

济南郎茂山公园（图2）总面积约89 hm2，土层瘠薄，以石灰岩为主，山脚下部绿化较好，山顶岩石裸露。雨季，山体雨水汇集，会对周边居住区形成一定的影响。济南郎茂山雨水收集规划（图3）充分把握现状条件，将雨水收集方法融入景观，并有效美化周边环境。雨水收集系统（图4、5）是公园远期雨水收集展开的基础，在具备相关资金投入的情况下逐步完善各区域雨水收集设施。

图2 郎茂山公园平面图 Fig.2 The plan of Langmaoshan Park

图3 郎茂山雨水收集规划平面图Fig.3 The plan rainwater collection on Langmaoshan

图4 郎茂山雨水收集系统图Fig.4 The system of rainwater collection on Langmaoshan

图5 山体雨水收集剖面图Fig.5 Sectional view of rainwater collection on mountain

2.1 雨水收集方式一（鱼鳞坑+蓄水池）

2.2.1 位置选择 郎茂山山顶下侧的区域，坡度较大，土壤较瘠薄，根据入渗优先的要求，首先选择修砌鱼鳞坑。同时，利用山体西侧雨水冲击形成的多个山凹地形，选择地势变化较小的区域，作为蓄水场所。增加引水挡墙，将雨水引入蓄水池（图6、7）。无雨时，通过蓄水池本身上乘下接的位置，浇灌高差较低区域的植物，有效增加植被成活率。

2.2.2 蓄水池容量计算 由于降雨强度有别，大雨、暴雨、大暴雨的日降雨量均可超过25 mm，蓄水池蓄满与其强度也有很大的关系，降雨量较大时，难以全部收集，将有大量雨水流失，所以在雨水收集量的计算中加入季节折损率，用以估算难以收集的雨水量。实验地点蓄水池容量，以大雨降雨量25 mm/d进行计算考量，雨水径流量=25*0.75*0.7*5000/1000=65.625 m3。由于现场地段狭长，利于水池横向展开，可以增加部分蓄水量，最终的水池蓄水池以70 m3作为最终蓄水量进行设计。实验地点蓄水池容量70 m3，根据年收集量1747 m3计算，可以蓄满水池25次。根据蓄满70 m3为基准进行倒推，约需日降雨量26.7 mm可蓄满。

图6 蓄水池平面和尺寸Fig.6 Plan and dimension of the pool

图7 蓄水池断面图Fig.7 Sectional view of pool

2.2.3 改造效果分析 改造前郎茂山山体裸露严重，雨水汇集倾泻，迅速汇集形成地面径流，流出园区(图8)。改造后，鱼鳞坑区域雨水下渗明显，同时保证松柏植物的成活率。雨水汇集至蓄水池，干旱时通过管道引出雨水浇灌下侧绿地（图9）。通过鱼鳞坑蓄水池的调蓄，山体雨水汇集速度减慢，减少了地面径流冲击速度和瞬时雨水量，有效降低对周边地区的雨洪影响。

图8 改造前郎茂山 Fig.8 Langmaoshan before modification

图9 方式一改造后的实景照片Fig.9 Live-action after modification in style 1

2.2 雨水收集方式二（水库景观）

结合公园规划，将山底休憩空间与雨水收集相结合，利用山南狭长的导水明沟，将水引入山底平坦处，增加大面积雨水集蓄的空间，形成景观水体（图10），蓄容更多的雨水。同时景观水体与规划的建筑相结合，形成围合水面的庭院空间。

图10 郎茂山公园水面(水库)位置、平面、效果图Fig.10 The position of lake,plan and effect of Langmaoshan Park

2.3 效益分析

山地公园雨水资源收集利用可有效控制城市水土流失和水涝、减少水污染。效益分析是决定项目成败的重要内容，它是衡量项目整体效果的重要内容。例如日本福冈体育场和国技馆，雨水收集面积为2.59×104m2，设计雨水蓄水池总容积2.9×103m3，通过雨水利用每年可节约12×104美元的费用[2]。在我们在研究中，也对所提出的雨水收集系统进行了详细的效益分析。

表4 降雨量Table 4 Rainfall statistics

表5 雨水收集量Table 5Amount of rainwater collection

表6 绿化用水量Table 6 Statistics of greening water

由表4可知，实验地点年降雨量3328.5 m³。

由表5可知，实验地点由于坡度较大，且岩石面裸露严重，进行计算，年收集量达1747.4625 m³。

由表6可知，每平米绿地浇灌取最低1 L/d需水量，实验地点年总用水量1800 m³。

2.3.1 蓄水池利用效率分析 实验地点雨水收集效率=年收集雨量/年降雨量=1747.46/3328.5=52.5%；蓄水池利用效率=年收集雨量/年需水量=1747.4625/1800=97%；年收集雨水量可以节省97%的浇灌用水，有效节约能源。

2.3.2 经济效益分析 由表5、6可知，根据室外给水设计规范计算浇水量，实验地点年用水量1800 m³，年雨水收集量1747.4625 m³。若以济南市居民自来水水费3.15元/m³计算，实验地点年浇灌用水总费用=1800*3.15=5670元；蓄水池雨水收集利用总费用=1747.4625*3.15=5504元，即雨水收集可节省的水费费用5504元；用水费用节省率=5504/5670=97%，实验地点一年可节省97%的浇灌费用。

3 济南山地公园雨水收集模式

通过郎茂山公园雨水收集系统建设经验的总结，我们提出“入渗优先，集蓄辅助，水库成景”的中心思想以及“入渗系统——汇集系统——过滤系统——储水系统——再利用”的雨水收集系统。在具体实施中，可以根据不同立地条件选择适宜方式进行深化。通过对济南市基础条件分析，适用于济南市山地公园雨水收集模式（表7）分为雨水渗透、雨水积蓄和景观水体三个阶段。

表7 济南地区适用的山地公园雨水收集方式Table 7 Ways to collect rainwater in mountain parks in Jinan

3.1 雨水渗透

雨水作为一种自然资源，污染轻，对调节补充城市水资源，改善城市自然生态系统具有重要作用[3]。适用于济南地区的雨水渗透方式主要包括鱼鳞坑(图11)、透水混凝土(图12)、透水砖、下凹式绿地、自然土壤、砂石、卵石、渗水井、渗水坑（图13）等。比如，透水砖适用于城市公园的小广场和步行道等空间，可以减弱城市径流、有效过滤雨水并促进雨水下渗，对自然界水循环起到积极作用[4]。下凹式绿地适合开阔区域，通过土地对雨水的临时储存，使一部分降雨被植物吸收或被土地蒸发，另一部分进入地下水。多于土壤渗容量的部分雨水则通过管网排掉，从而减缓地表径流[5]。洼池蓄水可利用微地形的小坑洼处，将地表径流拦蓄、滞留[6]。

图11 山体鱼鳞坑改造实景Fig.11 Modified fish scale pit on mountain

图12 彩色透水混凝土道路Fig.12 Permeable concrete road

图13 渗水井剖面图Fig.13 Sectional view of infiltration well

3.2 雨水集蓄

雨水集蓄可采用蓄水池（图14～15）、蓄水模块（图16）以及玻璃钢蓄水池（图17）等形式。

图14 开敞蓄水池 Fig.14 Open reservoir

图15 密闭式蓄水池Fig.15 Closed reservoir

图17 玻璃钢蓄水池Fig.17 Reservoir of glass steel

3.3 景观水体

如果有足够的停留时间，自然沉淀是一种简单而有效的处理方法[7]。因此，雨水集蓄应与水库、湖面等景观水体相结合，既能达到收集雨水的目的，又形成优美的景观环境，还可以为野生动物提供栖息地。而对于风景园林师来说，这两项设施可以与景观很好地结合[8]。当降雨强度超过地面入渗能力时，则通过园林设计手法（如植栽、洼沟等）的过滤净化环节，将雨水汇集到景观水体（水洼或池塘）中形成雨水花园。如果景观水体容量再度达到饱和，则溢流至人工蓄洪池或城市河道[9]。

4 济南山地公园雨水收集模式的实践与应用

4.1 济南卧虎山山体公园的雨水收集

济南卧虎山公园（图18）位于济南市市中区，属于千佛山风景名胜区。公园内雨水收集规划以提高山体公园的水源涵养能力，削减雨水径流排放量为目标，建设具有自然积存、自然渗透、自然净化功能的山体公园。

图18 卧虎山山体公园区位效果图Fig.18 The effect picture of Wohushan Park

规划渗透沟（图19）3025 m，局部扩展，形成水面。结合休闲场地，设置透水铺装（图20），满足人民休憩的同时，达到下渗雨水的目的。结合破损山体整治设置景观水体（图21），将雨水汇集，形成景观。

图19 渗水沟断面图、效果图Fig.19 Sectional view and effect picture of the permeable groove

图20 卧虎山公园的透水广场Fig.20 Permeable piazza of Wohushan Park

图21 卧虎山公园的景观水体Fig.21 Landscape water of Wohushan Park

4.2 济南英雄山的雨水收集

英雄山雨水收集规划在保留周边陵园等原有功能的基础上，提高雨水集蓄能力，恢复原有自然渗透和净化的山体风貌。

结合英雄山绿道建设，采用透水混凝土材料铺装（图22）同时达到健身和雨水入渗的目的。在开阔区域规划下凹式绿地（图23），以地被植物为基础，与周边植物配植相得益彰。林下空间利用砂石、卵石及原有裸地，形成多个功能性场地（图24）。

图22 济南英雄山透水混凝土绿道 Fig.22 Permeable concrete road of Jinan Yingxiongshan

图23 下凹式绿地Fig.23 Sunken green space

图24 自然土壤、砂石、卵石步道Fig.24 Natural soil trail,sandstone trail and pebble trail

4.3 雨水收集系统在实践中的问题

通过郎茂山的实验研究以及在卧虎山、英雄山山体公园改造中对入渗、汇集、过滤、储水、再利用等环节的应用实践，我们也发现几个需要思考的问题。

（1）入渗方面，一般情况下，山体南侧的植被比北侧要差，植被覆盖量少很多，南侧建设鱼鳞坑、渗水井，比较容易展开；而北侧区域，本身植被量大，增加鱼鳞坑等装置，从建设者的角度，认为没有必要，但从增加入渗，减缓雨水径流的方面看，却是有必要的，建设资金投入的不均衡，会影响雨水收集系统的效率。

（2）集蓄方面，普通蓄水池、蓄水模块、玻璃钢蓄水池都能有效收集雨水，但从建设资金角度考虑，优先选择度，依然是普通蓄水池＞玻璃钢蓄水池＞蓄水模块，所以在雨水收集系统设计的时候，也需要综合考虑，比如山地自然景观，用普通蓄水池；功能性的建筑周边，可以考虑玻璃钢蓄水池；重要节点区域，对景观要求比较高的区域，考虑蓄水模块，使雨水收集更加多样性。雨水含杂泥沙，会堵塞收集装置，设定清淤的时间，定期清掏，保证装置的正常运行也是设计中要考虑到的。

（3）自然水体方面，园林中，大家都用山水相依是形容美景，水景观是园林常用方法，但设计中，雨水集蓄能力测算和水体周边规划设计，要充分考虑瞬时暴雨大量汇集进入水体，对水系驳岸等形成强烈的冲刷，局部淤塞会导致水流四散，水土流失等情况，减少对周边环境的影响，是需要重视的内容。

5 结语

本文是首次针对济南市山地公园雨水资源收集利用进行研究，也是一次有益的尝试。以“入渗优先，集蓄辅助，水库成景”的山地公园雨水收集系统为基础，根据不同立地条件选择相关方式在渗、蓄两个方面着力深化，并合理利用于园林浇灌，形成模块化应用模式。雨水收集利用模式的推广利用可以极大减少地面径流，有效缓解市政管网的压力，控制城市水土流失和水涝，减少水污染[10]。将回收的雨水资源应用于园林灌溉，又可节约电能水能，使环境更加生态自然。

[1]万 凯.济南市城市雨水收集和利用的研究[D].济南:山东大学,2009

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[4]Heather Kinkade-Levario.Design for Water:Rainwater Harvesting,Stormwater[M].Gabriola Island:New Society Publishers,2007:49

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[7]王永磊,姜小平,王德民,等.我国城市雨水利用技术及对策[J].山东建筑大学学报,2006,21(2):151-153

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Research on Collection and Utilization for Rainwater in Jinan Mountain Park

LIU Fei1,KONG Yi2,WANG Yan2*
1.Jinan Gardens Development Construction Group Co.,Ltd.,Jinan 250002,China 2.Jinan Landscape Architecture Group Design Co.,Ltd.,Jinan 250013,China

Based on the practice and experience analysis about rainwater collection and utilization in Langmaoshan Park of Jinan,the article raised the overall framework of“Infiltration Priority,Catchment Assistance, Reservoir Collection”,and it also raised a viewpoint about how to increase the natural irrigation water for the park,reduce the energy and cost,prevent the rainwater from flowing away,slow down the speed of rainwater into the urban roads and municipal river network,delay rainstorm and flood peak transit,to some extent,reduce the impact of rainstorms on the urban areas.Meanwhile,in the program of Wohushan Mountain Park and Yingxiongshan Park,form a variety of refining methods,collection and utilization plan,verify the whole framework and finally put forwards the suggestions and improved methods.

Rainwater;collection and utilization;mountain park

TU986.2

:A

:1000-2324(2017)03-0334-07

2015-09-02

:2015-12-09

刘 飞(1975-),男,院长,主要从事风景园林规划设计研究.E-mail:13515317507@139.com

*通讯作者:Author for correspondence.Email:wycome0001@163.com