李楊璐，廖秋林，胡磊，胡振華

摘要：南寧青秀山森林公園年雨水收集量為43.40×105 m3，為總需水量的77.74%，雨水是園區(qū)內(nèi)最直接、最經(jīng)濟的水資源。根據(jù)園區(qū)的氣候、地形地貌等條件，將青秀山分為天池雨水區(qū)、北坡雨水區(qū)、蠟燭灣雨水區(qū)、清水麓雨水區(qū)、玫瑰灣雨水區(qū)和瓦窯雨水區(qū)6個區(qū)并對雨水進行收集，分別設(shè)計了集雨系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)及存儲系統(tǒng)，旨在能夠較為充分地利用雨水資源，達到緩解用水壓力、節(jié)約經(jīng)濟成本、調(diào)蓄雨洪、改善水環(huán)境等目的。

關(guān)鍵詞：雨水收集；雨水利用；青秀山

中圖分類號：TV213.9 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）05-1093-05

Design on Rainwater Collection and Utilization of Qingxiushan in Nanning

LI Yang-lu，LIAO Qiu-lin，HU Lei，HU Zhen-hua

（College of Landscape Architecture， Central South University of Forestry and Technology， Changsha 410004， China）

Abstract： The annual amount of rainwater collection of Qingxiushan Forest Park is 43.40×105 m3， account for 77.74 percent of total water requirements， which is the most direct and economical water resource. According to the condition of weather and landform， the system of Rainwater Collection and Utilization of Qingxiushan has been designed. The system is consist of rainwater collected system， water-purifying system and water storage system. The rainwater collected mainly come from six districts， which are Tianchi rainwater district， Beipo rainwater district， Lazhuwan rainwater district， Qingshuilu rainwater district， Meiguiwan rainwater district and Wayao rainwater district. The system can make the best use of rainwater resource and achieves the objectives such as releasing water-using stress， saving economic costs and balancing water and flood.

Key words： rainwater collection； rainwater utilization； Qingxiushan

水是人類賴以生存的寶貴資源，對水資源合理的開發(fā)利用從古至今都是人類社會的重要課題。中國是一個人均水資源十分貧乏的國家，水資源短缺已成為中國水資源可持續(xù)利用的障礙之一[1-4]。降水是自然界水循環(huán)系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，合理地開發(fā)利用雨水資源對修復(fù)自然界水循環(huán)十分有效[5，6]。雨水作為一種最直接、最經(jīng)濟的水資源[7]，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會生活之中。國外對城市雨水利用的實踐及研究起步較早，從20世紀80年代起，歐美及日本等發(fā)達國家開展了對雨水進行收集利用的研究，形成了比較完善的雨水收集利用系統(tǒng)。中國城市雨水利用盡管取得了一定成果，但總體上起步晚，發(fā)展相對滯后[8]。

“雨水利用”含義非常廣泛，在很多領(lǐng)域都有涉及，有狹義和廣義之分。狹義的雨水利用主要指對匯水面產(chǎn)生的徑流進行收集、儲存和凈化后利用。廣義的雨水利用包括所有采取各種措施對雨水資源的利用，其主要包括收集、存儲后的直接利用；各種濕地、池塘、洼地等人工水體對雨水的凈化和利用；通過各種滲透措施，使雨水滲透至地下水體，補充地下水資源等[9-11]。對雨水進行收集利用具有多重意義，可解決水資源短缺，緩解水資源供需矛盾，帶來良好的社會效益和經(jīng)濟效益；調(diào)蓄雨洪，減少洪災(zāi)事件的發(fā)生率；涵養(yǎng)地下水資源，改善水環(huán)境狀況，產(chǎn)生良好的生態(tài)效益。

青秀山是“中國水城”南寧市的重要組成部分，是南寧市的窗口和名片，對城市形象有著舉足輕重的作用。青秀山的雨水收集利用，是對節(jié)約型社會建設(shè)號召的響應(yīng)，能夠保護城市生態(tài)環(huán)境，節(jié)約城市水資源，實現(xiàn)人與水、自然與文化的和諧發(fā)展。

1 研究區(qū)域概況及雨水收集區(qū)域劃分

1.1 區(qū)域概況

廣西省南寧市青秀山屬于丘陵地帶，地勢北高南低，區(qū)域內(nèi)海拔63.9～288.3 m，最高的鳳凰嶺海拔288.3 m，位于青秀山核心景區(qū)，是南寧市的最高峰。最低海拔位于區(qū)域南部沿江地帶。最大相對高差224.4 m。青秀山西起青山路，北至鳳嶺分區(qū)，南面和東面連接邕江的地域，總面積1 243.31 hm2，包括核心景區(qū)、北坡生態(tài)保護區(qū)、森林植物園區(qū)和休閑娛樂區(qū)四大部分?，F(xiàn)為集風(fēng)景旅游、森林休閑度假、科普教育于一體的綜合性的國家4A級風(fēng)景區(qū)。

1.2 雨水收集區(qū)域劃分

根據(jù)青秀山的水系分區(qū)及地形分布，將景區(qū)分為6個雨水收集區(qū)，分別是天池雨水區(qū)、北坡雨水區(qū)、蠟燭灣雨水區(qū)、清水麓雨水區(qū)、玫瑰灣雨水區(qū)和瓦窯雨水區(qū)。每個雨水收集區(qū)內(nèi)根據(jù)徑流系數(shù)的不同，分別對建筑、廣場、道路、綠地和水體這5個集雨面的雨水進行收集[12]，具體見表1。

2 雨水量的計算

2.1 暴雨強度計算

南寧市的暴雨強度可根據(jù)廣西建委綜合設(shè)計院編制的暴雨強度公式（1）計算得出。

q=■ （1）

式中，q為暴雨強度，單位L/（s·hm2）；t為降雨歷時，單位min；P為重現(xiàn)期。

根據(jù)GB50014-2006規(guī)定：南寧市的P值即重現(xiàn)期為2年，降雨歷時取5 min，可得出青秀山森林公園的暴雨強度為456.21 L/（s·hm2）。

2.2 雨水流量計算

雨水流量計算公式（2）為：

Q=qAφ （2）

式中，Q為初期雨水排放量，單位L/s；A為匯水面積，單位hm2；φ為徑流系數(shù)。徑流系數(shù)φ同匯水面積的地面覆蓋情況、地面坡度、地貌、建筑密度的分布、路面鋪砌等情況的不同而異。目前各種地面徑流系數(shù)通常采用按覆蓋地面種類確定的經(jīng)驗數(shù)值[13]。根據(jù)公式（2）計算得出青秀山各集雨面雨水流量見表2。

2.3 年雨水收集量計算

年雨水收集量可以根據(jù)公式（3）計算：

V=φHAα（1-β） （3）

式中，V為年雨水收集量，單位m3； H為降雨量，單位mm；α為季節(jié)折減系數(shù)，取0.85；β為初期雨水棄流系數(shù)，取0.15。根據(jù)公式（3）計算得到青秀山各區(qū)域年雨水收集量見表3。

2.4 水體蒸發(fā)量計算

采用水量平衡法[14]計算水體蒸發(fā)量，公式如下：

E=I-O+V-L±W （4）

式中，E為研究區(qū)域的蒸發(fā)水量，單位m3；I為入湖（庫）的水量，單位m3；O為出湖（庫）的水量，單位m3；L為滲漏水量，單位m3；W為出湖（庫）的蓄水變化量，單位m3。青秀山入湖水量為138.86×105 m3，出湖水量為127.88×105 m3，降雨量為16.11×105 m3，滲漏水量為19.05×105 m3，蓄水變化量為1.24×105 m3，蒸發(fā)量為6.80×105 m3。

2.5 綠地用水量計算

綠地用水量為灌溉綠地用水總量，計算公式為：

S=γ×A×10-3 （5）

其中，S為綠地灌溉用水量，單位m3/d；γ為《城市中水回用標準》中綠地綠化用水量標準，按照綠化狀況、氣候和土壤情況確定，一般為1.5～2.0 L/（m2·d），南寧市采用1.7 L/（m2·d）。需澆灌的綠地面積為611.75 hm2，則綠地灌溉用水量為1.04×104 m3/d，年綠地灌溉用水量為37.96×105 m3。

2.6 生活用水量計算

參考GB/T 50331-2002，根據(jù)項目設(shè)施規(guī)模，對青秀山用水量進行估算，最大用水量為1 641.10 m3/d，年生活用水量為5.99×105 m3。

2.7 其他損失、總需水量計算

其他損失為其余不可預(yù)計的水量損失，取蒸發(fā)量、綠地用水量及生活用水量總和的10%。總需水量為蒸發(fā)量、綠地用水量、生活用水量及其他損失之和[12]。青秀山年水體蒸發(fā)量為6.80×105 m3，綠地用水量為37.96×105 m3，生活用水量為5.99×105 m3，則其他損失水量為5.08×105 m3，總需水量為55.83×105 m3（表4）。根據(jù)前面的計算可以得出，青秀山年雨水收集量為43.40×105 m3，總需水量為55.83×105 m3，收集雨水量為總需水量的77.74%。對青秀山進行雨水收集是切實可行的，也是經(jīng)濟環(huán)保的。所收集的雨水能供給園區(qū)內(nèi)大部分的生活、景觀、市政等所需水量，減少了水資源的浪費。對雨水的收集也能起到調(diào)蓄雨洪、減輕排水壓力、補充地下水的作用。

3 雨水收集利用規(guī)劃

根據(jù)建筑的總體規(guī)劃，共設(shè)置雨水收集處理站2個，分別位于青秀山西南門和南大門，屬于清水麓雨水區(qū)和蠟燭灣雨水區(qū)。共設(shè)置蓄水池22個，集水井72個。雨水管總長28 320 m。

3.1 清水麓雨水區(qū)

清水麓雨水區(qū)區(qū)域內(nèi)建筑較少，可用于雨水收集的屋面僅有3個。因此，在建筑群集中的地方設(shè)置雨水收集處理站，在另一處建筑地下設(shè)置蓄水池。根據(jù)地表徑流方向，在地勢低洼處設(shè)置集水井7個。沿道路方向鋪設(shè)雨水管，管道總長2 032 m。

3.2 天池雨水區(qū)

天池雨水區(qū)區(qū)域內(nèi)設(shè)置3座蓄水池，用于儲存建筑屋面雨水。在雨水徑流量集中的地方設(shè)置集水井8個，鋪設(shè)雨水管總長6 832 m。

3.3 北坡雨水區(qū)

北坡雨水區(qū)在北門區(qū)和種植基地各埋設(shè)1座蓄水池。在地勢低洼處設(shè)置集水井3個。沿道路方向鋪設(shè)雨水管，管道總長5 929 m。

3.4 蠟燭灣雨水區(qū)

蠟燭灣雨水區(qū)區(qū)域內(nèi)水域面積大，建筑群落多。設(shè)置11座蓄水池，集水井33個，雨水收集處理站1個，雨水管總長9 524 m。

3.5 玫瑰灣雨水區(qū)

玫瑰灣雨水區(qū)區(qū)域內(nèi)設(shè)置蓄水池2座，集水井13個，雨水管總長1 842 m。

3.6 瓦窯雨水區(qū)

瓦窯雨水區(qū)區(qū)域內(nèi)共設(shè)置蓄水池3座，集水井8個，雨水管總長2 161 m。

4 雨水收集利用系統(tǒng)設(shè)計

南寧青秀山的雨水收集利用系統(tǒng)主要由集雨系統(tǒng)、輸水系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、供水系統(tǒng)等部分組成。

4.1 集雨系統(tǒng)設(shè)計

集雨系統(tǒng)主要指收集城市雨水的場地，按照城市下墊面的不同，主要包括建筑屋面、路面、人行道、廣場、停車場、綠地和草坪等[15]。青秀山的集雨系統(tǒng)由建筑集雨系統(tǒng)、廣場集雨系統(tǒng)、道路集雨系統(tǒng)、綠地集雨系統(tǒng)以及水體集雨系統(tǒng)5部分組成。

4.1.1 建筑集雨系統(tǒng) 青秀山中建筑眾多，對屋面雨水的收集主要選取建筑體量大、使用人數(shù)多的建筑屋頂進行，屋面面積為45.72 hm2。屋面雨水采用外收集方式，收集系統(tǒng)由集水溝、收集管、水落管、連接管等組成[16，17]。雨水經(jīng)初期棄流后，通過收集裝置到達調(diào)節(jié)池，進行化學(xué)沉淀反應(yīng)處理，再通過過濾，使處理后的水到達清水池，水泵從清水池中抽水，在水泵提升水過程中對水進行消毒處理。屋面雨水主要用于廁所沖洗、綠化澆灌、景觀用水、消防用水等。

4.1.2 廣場集雨系統(tǒng) 對廣場雨水的收集，按照廣場鋪裝滲水性的高低分為兩種方式。鋪裝滲透性低的廣場，由廣場中心地帶向邊緣地帶設(shè)置坡度，使地表徑流能流向廣場邊緣的雨水口。雨水通過雨水管依次流經(jīng)截污格柵、篩網(wǎng)后，最終匯入蓄水池。鋪裝滲透性高的廣場，則可以在鋪裝下設(shè)置集水孔，雨水通過滲透性鋪裝滲入集水孔，由雨水管輸入調(diào)蓄池中。經(jīng)過處理后的雨水可用于路面沖洗、景觀營造等。

4.1.3 道路集雨系統(tǒng) 南寧青秀山的道路雨水收集目標主要是對主干道區(qū)域的雨水收集，道路寬7 m，總長57.06 km，面積為39.94 hm2。

路面設(shè)置5‰的橫坡，旨在路面排水并收集雨水。雨水沿坡流入雨水篦，經(jīng)過初期棄流后，通過篩網(wǎng)由雨水管進入蓄水池。人行道鋪設(shè)滲水磚，由集水孔流入雨水管道，最終進入蓄水池（圖1）。對蓄水池中的雨水進行沉淀、過濾等凈化處理后，可以用于綠地灌溉、景觀營造、路面沖洗等。

4.1.4 綠地集雨系統(tǒng) 根據(jù)坡度的不同，對綠地雨水分三種方式進行收集。在地勢略為平坦的綠地上，選取地勢較低的點設(shè)置滲透渠，雨水由此經(jīng)雨水管流入調(diào)蓄池。在有緩坡的綠地處，地表水流動的距離和時間都比較長，流動速度慢，大量滲入土壤之中，可在其低洼處布置滲井，儲存多余水量并通過雨水管輸送到地下蓄水池中。在坡度較為陡峭的地帶，可在兩側(cè)設(shè)置魚骨式的截水溝，這樣既可以防止水流對土壤的沖刷又可以蓄水。綠地雨水可用于回灌綠地地下水，或者儲存起來作為噴灌綠地和消防的用水。

4.1.5 水體集雨系統(tǒng) 水體本身就是一個自然界的調(diào)蓄池，擁有一定的自凈能力。水體的雨水收集是以濕地的形式進行的（圖2），再加以人工建造的土-植被系統(tǒng)凈化雨水，形成一個天然的雨水收集處理系統(tǒng)。濕地不僅具備儲水功能，還能隨水位的變化形成不同景觀，可謂是一舉兩得。人工濕地根據(jù)類型與結(jié)構(gòu)的不同可分為表面流人工濕地、潛流人工濕地和復(fù)合垂直流人工濕地。其中潛流人工濕地具有較高的水力負荷率和去除率，是人工濕地設(shè)計中最常使用的結(jié)構(gòu)形式之一[18，19]。雨水進入濕地后，由于水生植物根系及表層土壤和填料的截留作用從而達到凈化水質(zhì)的作用，凈化后的水體可以作為景觀用水、灌溉用水等。在植物的選擇上，多采用深根挺水類植物，如香蒲、蘆葦、鳶尾、美人蕉、千屈菜、水蔥、慈姑、再力花等。凈化后的水體一部分滲入土壤補充地下水，另一部分則可進行瀑布、跌水、溪流等水景景觀的營造。

4.2 凈化系統(tǒng)設(shè)計

凈化系統(tǒng)就是對雨水進行凈化處理的系統(tǒng)，包括雨水棄流、沉沙池、濾池、攔污柵等設(shè)施，主要是去除雨水中的泥沙、垃圾等雜質(zhì)。青秀山的雨水凈化主要依靠篩網(wǎng)、雨水篦、截污格柵等小型設(shè)施將污染物體攔截后，通過沉淀、過濾后的水體方可使用。對匯水面積大、雨水污染較嚴重的區(qū)域則設(shè)置調(diào)節(jié)池、清水池等凈化設(shè)備。同時，通過土壤、植被的自身凈化功能對雨水進行凈化處理。園區(qū)內(nèi)雨水經(jīng)過水質(zhì)凈化工藝處理后能達到國家四類水一級排放標準和景觀環(huán)境用水標準，以及城市雜用水水質(zhì)標準，最終實現(xiàn)雨水回用作水體補水、綠地灌溉、道路沖洗、消防用水、沖廁等。

4.3 存儲系統(tǒng)設(shè)計

青秀山的存儲系統(tǒng)主要由蓄水池、集水井、濕地以及景觀小品組成。

4.3.1 蓄水池設(shè)計 蓄水池的容積根據(jù)南寧氣候資料，按一定設(shè)計重現(xiàn)期降雨量計算，計算方法參考公式（6）。

Ws=■ （6）

式中，Ws為蓄水池積水量，單位m3；hy為日降雨量，單位mm；δ為初期雨水棄流厚度，單位mm。蓄水池的大小需適宜，應(yīng)在1～3 d內(nèi)將池中雨水用完，為下一次降雨留出空間。若體積過大，不僅投資成本高，而且容易滋生細菌；體積過小又降低了蓄水池的產(chǎn)水量，達不到雨水回收利用的目的。

4.3.2 人工濕地設(shè)計 人工濕地的儲存容積可用公式（7）計算：

V=CyA （7）

式中，V為濕地的儲存容積，單位m3；C為系數(shù)，取10；y為匯水區(qū)的設(shè)計水位，單位mm。濕地選取礫石作為填料，水深40～60 cm[20]。將濕地的調(diào)蓄、凈化功能與景觀相結(jié)合，分別設(shè)計其在平水、枯水及洪水期時的不同效果。

5 小結(jié)

南寧青秀山氣候條件優(yōu)渥，植被資源豐富，水域面積寬闊，十分有利于雨水收集。對雨水資源進行利用，能解決園區(qū)內(nèi)大部分的需水量，避免了水資源的浪費。降雨過程中植物群落對大部分的雨水進行截留、滲透以及凈化，這些雨水回滲地下補充了地下水資源。濕地兼具凈化與存儲功能，可以起到凈化水體、調(diào)蓄雨洪的作用。對雨水進行收集利用將有利于整個公園的可持續(xù)發(fā)展，真正做到低碳、經(jīng)濟、環(huán)保。

參考文獻：

[1] 宋令勇.西安市雨水收集潛力及利用模型研究[D].西安：西北大學(xué)，2010.

[2] 楊建鋒.城市化和雨水利用[J].北京水利，2001（1）：22-23.

[3] 馮尚友.水資源持續(xù)利用與管理導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社，2000.

[4] 陳家琦，王 浩，楊小柳.水資源學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

[5] 黃淑玲，徐光來.城市化發(fā)展對城市洪災(zāi)的影響及減災(zāi)對策[J].安徽大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006，30（2）：91-94.

[6] ZAIZCN M， TCLRAKAWA Y， MATSUMOTO H， et al. The collection of rainwater from dome stadiums in Japan[J]. Urban Water，1999（1）：355-359.

[7] 王彥紅.城市雨水收集與利用研究[J].洛陽理工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2010，20（1）：11-13.

[8] 陳海清.西安市雨水處理利用技術(shù)研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2011.

[9] 車 武，李俊奇.從第十屆國際雨水利用大會看城市雨水利用的現(xiàn)狀與趨勢[J].給水排水，2002，28（3）：12-14.

[10] 魯蘭蘭.城市道路雨水收集利用系統(tǒng)[D].大連：大連交通大學(xué)，2006.

[11] 宋進喜，李懷恩，李 琦.城市雨水資源化及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)雜志，2003，22（2）：32-35.

[12] 厲晶晶.雨水收集利用系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及工程示范研究[D].江蘇鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2010.

[13] 車 伍，程文靜，李海燕.雨水利用與水量平衡分析在城市園區(qū)水景設(shè)計中的應(yīng)用[[J].中國園林，2006（12）：62-65.

[14] 孫夏利，費良軍，李學(xué)軍.我國水面蒸發(fā)研究與進展[J].水資源與水工程學(xué)報，2009，20（4）：17-25.

[15] 劉 瑜.長沙市道路綠地雨水收集和利用研究[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[16] 王 鵬.建筑與小區(qū)雨水收集利用系統(tǒng)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2011.

[17] 徐軍紅，劉 舜.屋面雨水收集回用的應(yīng)用分析[J].給水排水，2010，36（增刊）：117-119.

[18] 萬 凱.濟南市城市雨水收集和利用的研究[D].濟南：山東大學(xué)，2009.

[19] 顧濟榮. 結(jié)合地表徑流管理的人工水系營造——居住區(qū)水環(huán)境設(shè)計研究：以上海地區(qū)為例[D].上海：同濟大學(xué)，2008.

[20] 吳文伶，宋中南，石云興，等.透水混凝土路面/人工濕地雨水收集處理系統(tǒng)的設(shè)計[J].中國給水排水，2011，27（18）：46-50.