基于海绵校园建设的雨水回收利用生态系统研究

葛玉洁

（青岛酒店管理职业技术学院，山东 青岛 266100）

海绵校园作为海绵城市系统中的特殊子系统，兼具城市建设雨洪管理理念，即校园园区具有“吸、蓄、渗、净、排、用”的海绵综合体[1]，将收集的雨水进行初级处理后再利用，是理念性延伸的派生概念，并在海绵城市治理过程中起着非常关键的作用。现阶段大部分高校为已建园区，需在现有校园规划的基础上丰富校园生态规划建设，提升园区海绵战略的理念，增强园区雨水收集与回用的生态技术体系，从而促使海绵校园不断更新，并与自然环境和谐共存。

1 海绵校园规划建设的必要性

学校校园具有人数多、开放空间面积大、用水基数较大、绿地比例高、节能、节水潜力大等特点，因此适合进行以绿色基础设施为主体的雨水控制利用系统的建设。如何在高校校园建设一套雨水收集利用系统，能够系统性、综合性、多样化地收集利用雨水，并将雨水纳入到校园的节水及水生态文明建设中去，统筹协调地综合管理校园水环境，是当前的热点问题。目前国内外不少学校都开展了雨水利用规划与项目建设，如：美国宾西法尼亚大学、耶鲁大学编制了可持续校园雨洪管理规划；哈佛大学、麻省理工学院在校园改造过程中建设了生态雨水景观；我国清华大学、北京建筑大学、同济大学等高校也开展了雨洪控制利用示范项目建设及研究。海绵校园建设正在如火如荼地进行[1]。

2 雨水回收利用生态系统规划设计

2.1 海绵校园雨水回收利用技术路径

高校校园绿地规划建设集中、分散相结合，散布在校园的各个角落。可以根据各区的不同功能进行海绵校园改造，充分利用校园内的雨水资源，不仅可节省费用，还将产生长远的生态环境效益。校区内雨水的收集再利用工艺流程如图1所示。

图1 雨水收集回用技术流程图

2.2 海绵校园雨水回收利用生态系统设计

2.2.1 技术原理

（1）自动控制原理：利用PLC电路控制系统实现自动化运行，太阳能光伏板在吸收太阳照射的光能后，通过逆变器转换成交流电接通在PLC电路上。通过水表的检测，雨季时当水位达到一定高限位时，将回收的雨水填充到储水箱中。旱季需要灌溉时，安装在系统上的自动开关打开，水泵开始运行，可将备用水箱中的水释放，实现灌溉。

（2）雨水截流器：雨水截流器的内部装置主要由不锈钢过滤网、不锈钢吊网、填充物组成，外部由硬塑料外壳构成，使用时放入地下井与水管相连，进行过滤，只需半年或者一年将吊篮清理一次。

（3）初级雨水过滤器：初级截污管具有双重功效，首先是弃流，排除收集表面第一批较脏的雨水，其次是分离大块杂质，为高级过滤做好准备。

（4）过滤装置：根据滤料的粒径大小，选择EPS泡沫滤料、果壳滤料、改性纤维球、石英砂滤料、矿石滤料作为雨水过滤的主要滤料。

（5）储水箱：储水箱中装有水位控制装置，当水位达到最高或者最低值时，自动控制系统将会打开或者关闭阀门，使水位始终处在合理的水位位置线上[2]。

2.2.2 生态边沟

由于校园区域内道路面积不是很大，而且大部分道路不是很宽，车辆也不太多，因此，路面上的雨水可以采用简单的措施进行截污，再经生态边沟进入雨水井，然后通过雨水收集管网进入景观湖体。对于区域范围内的面积，可将原有设计的混凝土路面改为透水草皮砖进行铺装。这种铺装方式的抗压性能和渗透性能比较好，对于雨水渗透回补地下水具有很好的效果。同时局部道路可按照一定坡度设计好，使雨水首先汇入附近低势绿地、路边浅沟，然后通过初期雨水截污措施汇集到雨水收集管网中，同时在校区道路两旁应设置绿化带及路沿石喷淋系统，即在路沿石上设置雨水喷淋装置，它同样可以连接就近的雨水管网系统，通过水泵抽取收集到的雨水，并对路面及路沿石进行定期喷洒，可以达到除尘降噪的效果[3]。

2.2.3 雨水收集回用生态池

该雨水收集回用生态池主要由雨水收集系统和雨水回用系统两部分组成。雨水收集回用生态池主要是对雨水的收集、过滤、储存、回用的循环再利用生态景观系统，收集再利用的雨水主要分为两部分，一部分为生态排水沟或地面下渗水收集的雨水，另一部分雨水来自池底净化收集排出的雨水，通过对水资源的二次利用，可缓解小范围的水资源环境，实现海绵校园水资源循环利用的最大化。

2.2.3.1 雨水收集系统

雨水通过生态边沟、绿地下渗汇流后通过初期雨水截流器，进行第一次粗滤，过滤出大片杂物和大颗粒杂质。然后经初级雨水过滤器，雨水以涡流形式进入初级截污管的水力离心装置，较大杂质被第一层斗状滤网过滤掉，带有悬浮物和细小杂质的雨水流入储水箱，经出水口滤网再次进行过滤，较为干净的雨水进入收集雨水的储水箱内。还有一部分雨水来自池底净化下渗收集的雨水，并利用PLC电路控制系统连接水表，通过水表的监测，可控制生态池正常水位。当雨季水位过高时，水位自控装置运行，自动控制系统将会打开阀门，通过池底的过滤材料和有孔介质进行逐层过滤，达到初步净化水体的效果。生态池中种有各种水生植物，饲养淡水鱼类，可达到生物净化水体的作用。生态池的下渗水经池底的粗滤汇流到初级雨水过滤器，经滤网二次过滤最终流入储水箱中。

2.2.3.2 雨水回用系统

当雨季雨水充沛时，储水箱可集满雨水待用。荷花形太阳能光伏板吸收光能后，通过逆变器转换成交流电接通在PLC电路上，为生态池系统的运行提供电力支持。PLC自动化控制系统通过控制水泵，将储水池收集到的雨水抽取到生活用水管网中，用于中水冲厕，还可通过水泵将收集的雨水抽取到灌溉用水管中，用于绿地微灌系统进行植被灌溉。对于电路控制台和过滤装置的检修，可通过检修井将装置提取出来，以便进行设备的维修和更换。

2.2.4 海绵校园雨水回收利用生态系统的创新性

（1）利用光伏板吸收太阳能，通过逆变器转换成交流电接通在PLC电路上发电，节约成本，为雨水回收利用生态系统提供电力保障。

（2）将太阳能光伏板外形改造成水池中的荷花、荷叶型，荷叶面积增大了光伏板的采光面积，同时美化了生态池的观赏性。

（3）通过PLC自动控制台和水表对雨水回收利用生态池中的水位进行监测，利用水位自控装置来调节水池中的正常水 位[4-5]。

3 结论

本文围绕海绵校园雨水回收利用生态系统的构建与设计展开研究，从技术创新角度对校园雨水的收集、处理、利用等方面进行了深入探讨。利用雨水回收利用生态系统可最大化地满足海绵校园的实施，可加强生态校园的雨水治理与生态建设，实现校园绿色生态系统的可持续发展，以点带面，推动海绵城市建设的快速前进。