基于雨水收集利用的海绵校园构建

2021-11-27赵婧

皮革制作与环保科技 2021年19期

赵婧

（青岛酒店管理职业技术学院，山东青岛 266100）

关键字：海绵校园；雨水收集；雨水生态池

2012年4月，在《2012低碳城市与区域发展科技论坛》中首次提出了“海绵城市”这一概念。在2015年10月国务院办公厅出台的《关于推进海绵城市建设的指导意见》指出，建设海绵城市，是通过统筹发挥自然生态功能和人工干预功能有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式[1]。在实际运行中，采用“渗、滞、蓄、净、用、排”等多种措施，将降雨就地消纳和利用。这一做法既有利于修复城市水生态、涵养水资源，又能提高城市的防涝能力，促进人与自然和谐发展。

1 国内外现状分析

1.1 国内海绵城市的发展现状

我国对于城市雨水收集利用的研究相对较晚，尤其是对雨水资源化的系统探索和应用还处于起步阶段。自2015年4月以来，国家先后公布了两批中央财政支持的海绵城市建设试点，其中，北京、天津、大连、上海、宁波、福州等城市已走在前列。在2016年，青岛市被正式立项进入中央财政支持的海绵城市建设试点城市[2]。

1.2 国外海绵城市的发展现状

目前，德国城市地下管网的发展程度与现代化排水能力已居世界领先地位，这都得益于发达的地下管网系统与先进的雨水综合利用技术，以及规划合理的城市绿地建设，因此，德国也是世界上雨水利用最先进的国家之一。例如，瑞士以每家每户为单位，改建各家独立的建筑屋面排水设施，将雨水通过水管汇入室内的储水池，再利用水泵将沉淀过滤后的雨水进行循环再利用。此外，欧美等国家也多采用传统郊外储存雨水，利用水渠等综合管网送到市区再循环利用[3]。近年来，各国都在研究、探索雨水的截留、贮存、回灌等问题，也相应地制定相关法律法规，以推动雨水利用设施的长久发展。

2 海绵校园雨水资源化综合利用模型设计

2.1 雨水资源化综合利用技术路径

通过构建生态边沟和输送管道系统，先将雨水进行粗滤后，再引入雨水收集生态池；然后，经过生态池的进一步过滤沉淀后汇入贮水池；在贮水池中完成雨水细滤后，通过消毒设备的进一步净化，再通过回用水池实现再利用前的储备。在实际应用时，可利用太阳能水泵系统，将净化后的雨水通过管道系统输送至各个区域，实现冲厕、绿地浇灌等功能[4]。

2.2 雨水收集回用生态池设计

（1）要充分实现雨水的收集回用，可在校园内建设雨水花园生态池，其包括雨水收集净化系统和生态过滤系统。其中，雨水收集净化系统是通过生态过滤系统与雨水生态池系统的连接，实现对雨水的高效调蓄和自然净化以及过滤，而对于超标雨水则实行溢流排放的原则，同时，通过净化收集的屋面排下的雨水以及其他可用下渗水再进行水资源的二次利用。

（2）校园雨水收集回用生态池符合海绵城市的发展政策和规划要求，其施工工艺简便，施工成本低，工期较短。在实际建设中，生态池的外形为椭圆形设计，椭圆长边半径为5.5 m，短边半径为4 m，土方开挖深度为1.2 m，结构为透水水泥混凝土水池。其中，储水系统、净水系统和回用系统是生态雨水收集系统的三个主要组成部分[5]。

储水系统的建设，需要在水池四周渗透路面挖排水管道，将雨水引流到下部暗式储水箱中。具体过程是：雨水可通过生态池四周的排水沟过滤层下渗到地下排水管道，再通过水泵将水抽取到储水箱中，或者通过生态池底的雨水散流装置过滤后流入储水箱。需要说明的是，人工铺设地排水沟过滤层主要有腐叶土，砂土，石英砂等材料，这些材料对雨水的初级净化可达到雨水二次利用的标准。

净水系统由物理净水系统和生物净水系统组成。①物理净水系统一方面是池底的过滤材料，自下而上分别为碎石滤层、渗滤层、土层或其他有孔介质。在实际应用中，雨水自上而下逐层得到初步过滤后，雨水中的大颗粒砂石、细土沉淀下来，使水体得到初步净化[6]。另一方面也是为了水池四周的、雨水的表面径流考虑，排水沟的过滤层包括碎石过滤层，无纺布，土壤层等，且无需外部辅助即可实现垂直径流。②生物净水系统主要是通过上层的小型景观池塘创造生态环境，如在池中可种植水生植物，饲养淡水鱼类，以起到净化水池中的水体、绿化校园和景观观赏的作用。而池底的过滤层不仅可以过滤水中的杂质，还可以为水中的益生菌提供有效的生存环境。当雨水充沛时，池底储水箱中贮满雨水，储水箱中的水可通过水泵抽取上来进行二次利用，如可对生态花园中的植被进行喷洒、灌溉；或者通过排水管道连接到冲厕管网，作为中水进行二次利用。

2.3 创新雨水资源化综合利用模型

在生态池的上面可装置光伏太阳能板进行光能发电，给整个系统装置运行提供电力支持，以达到节能环保的效果。在雨水资源化综合利用系统中，可运用PLC完成对生态池系统水位的自动控制，在节省人工管理成本的同时，也提升了设备的整体运行效率。生态池系统中的雨水截流器可以延缓雨水流速，还可以对雨水进行简单的粗滤，将落叶等杂物进行拦截，同时，也缓解了过滤装置的过滤不到位的问题。其中，初级雨水过滤装置可以将雨水过滤净化达到灌溉用水的等级，从而实现了回用的功能[7]。

3 海绵校园雨水生态化综合利用效益分析

通过雨水生态化综合利用模型的建设，将收集到的雨水回用于景观补充水，不仅节省了经济资源，还产生了相应的社会效益和环境生态效益[8]。雨水收集回用生态池的使用，有效解决了校区生产生活用水，为校区的进一步建设提供了有力保障。

校园雨水生态化综合利用系统的建立存在不可忽视的社会效益。即通过对校区雨水的收集和回用，一方面可以有效减少雨水的排放量；另一方面，增加了校园水资源的可利用量，提高了水资源承载能力，保障了校园水资源的可持续利用。同时，对校园雨水的综合利用也减轻了市政再生水供水系统的负荷；而通过校园内增加的地面渗透性能，不但保护了地下水资源，还降低了城市洪涝灾害的危害程度。