魏馳原

（南京工業(yè)大學(xué)浦江學(xué)院 江蘇南京 211200）

引言

在水資源匱乏及城市雨水排放不通暢問題日益嚴(yán)重下，如何緩解用水壓力及排水壓力顯得尤為重要。“海綿校園”概念雖早已提出，但目前國(guó)內(nèi)高校踐行力度較小。高校占地面積大，綠化多，校園內(nèi)教學(xué)樓、公寓樓、圖書館等大型屋面建筑較多，通過低影響開發(fā)改造，在雨天可便捷、高效地將地面、屋面雨水收集，減少路面積水，經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)后供給校園中水回用用水。雨水是自然水循環(huán)的重要組成部分，雨水的回收與利用與景觀結(jié)合是海綿校園建設(shè)的主要內(nèi)容。

1 國(guó)內(nèi)外研究概述

1.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)的雨水利用主要有以下兩種方式：（1）綠化截留雨水。城市綠化中設(shè)置凹形綠地，低于地面高度，綠地中安裝雨水截留設(shè)施[1]。（2）建造人工雨水貯存構(gòu)筑物。利用建筑物屋頂、庭院等防滲表面收集雨水，建設(shè)雨水儲(chǔ)存設(shè)施收集和儲(chǔ)存城市雨水，可用于周邊沖廁、洗車、消防、綠化和洗衣。國(guó)內(nèi)海綿校園建設(shè)方面，天津農(nóng)學(xué)院通過雨水花園、綠色屋頂、下凹式綠地等方式對(duì)校園道路、停車場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、建筑等進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)[2]。廣州中醫(yī)藥大學(xué)通過摸查校園現(xiàn)有排水管道，進(jìn)行雨水分流和海綿設(shè)施改造，并制定了日常監(jiān)管維護(hù)制度[3]。

國(guó)外雨水利用的現(xiàn)狀如下：（1）日本在建筑屋頂設(shè)置“空中花園”，有效降低城市地表雨水量，增加城市的綠化面積，美化外部環(huán)境，凈化室外空氣，減少城市噪音以及城市熱島效應(yīng)。另外建設(shè)儲(chǔ)存雨水設(shè)施，一方面控制了汛期的剩余徑流，此外還緩解了城市供水壓力。（2）在英國(guó)，以世紀(jì)穹頂為例。該建筑穹頂高50m，屋頂種植植被面積100000m2。雨水通過屋頂植被再被收集，為建筑提供100m3/d 的再生水作用于建筑內(nèi)的廁所沖洗。（3）作為雨水利用設(shè)施規(guī)模較好的德國(guó)，在上世紀(jì)初就已經(jīng)出版未受污染雨水的回用標(biāo)準(zhǔn)。新建住宅時(shí)必須設(shè)計(jì)雨水利用設(shè)施，否則將被征收相關(guān)費(fèi)用。（4）美國(guó)雨水利用的目的是提高自然滲透能力，以應(yīng)對(duì)城市化引起的河流下游洪水。普遍應(yīng)用推廣技術(shù)是綠色屋頂系統(tǒng)和由植被、透水路面等組成的地表回灌系統(tǒng)[4]。國(guó)外海綿校園建設(shè)較為成熟，賓夕法尼亞大學(xué)通過校園綠地景觀系統(tǒng)可收集場(chǎng)地內(nèi)95%的雨水；塞勒姆州大學(xué)將校園雨水回用與生態(tài)環(huán)境修復(fù)配合設(shè)計(jì)，運(yùn)用濕地走廊設(shè)計(jì)，打造自然人文循環(huán)系統(tǒng)[5]。

1.2 發(fā)展趨勢(shì)

雨水的收集回用一方面減輕了排水壓力，減少路面積水，另一方面為非飲用水問題提供供水水源，可以緩解部分用水資源緊張現(xiàn)狀。雖然前期投資較大，但雨水利用減少了傳統(tǒng)排放中統(tǒng)一收集、處理的長(zhǎng)距離管道投資[1]。近年來，隨著海綿城市概念的提出，雨水回用逐漸被關(guān)注，其未來發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)[4][6]：（1）雨水回用正朝向標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，出臺(tái)相關(guān)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)，讓雨水回用成為城市供水系統(tǒng)的重要輔助工程。（2）雨水回用設(shè)施的集成化，形成定型、組裝式成套設(shè)備。（3）雨水回用是一門綜合技術(shù)。雨水回用不是一個(gè)狹義的雨水資源利用和節(jié)約用水，它還可以包括減緩洪澇、補(bǔ)充地下水、控制雨水徑流污染、改善生態(tài)環(huán)境等，完善整個(gè)城區(qū)水循環(huán)系統(tǒng)。

2 研究區(qū)域概況

南京工業(yè)大學(xué)浦江學(xué)院溧水校區(qū)，總建筑面積約32 萬m2，由綜合樓、教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、宿舍樓、食堂、大學(xué)生活動(dòng)中心、體育館、圖書館組成。在海綿城市的理念下，從綠色校園與海綿校園角度出發(fā)，對(duì)浦江學(xué)院校園進(jìn)行海綿校園改造、雨水回用方案設(shè)計(jì)。針對(duì)校園地形、建筑、景觀綠化特點(diǎn)，在雨天可便捷、高效地將雨水收集，經(jīng)過相關(guān)雨水處理系統(tǒng)后達(dá)到雜用水回用標(biāo)準(zhǔn)；亦可將校園中的湖泊水進(jìn)行有效水質(zhì)凈化；提高校園地面滲水面積，減小地面徑流，減少路面積水。

3 海綿校園改造探索

3.1 校園地面區(qū)域改造

由于校園地面多是不透水鋪裝，改變了原有的自然生態(tài)本底，因此自然滲透放在第一位。加強(qiáng)地表的滲透性可以減少地面積水、減小地表徑流，減輕降雨管道排水負(fù)擔(dān)。另外通過地下滲流補(bǔ)充地下水量，通過土壤凈化水質(zhì)，改善區(qū)域微氣候。主要采用改變路面、地面鋪裝材料，通過下滲將雨水留下來。通過對(duì)綠化改造，根據(jù)校園現(xiàn)有綠化、地形地貌、功能區(qū)域劃分，采用植草溝、下凹式綠地、雨水花園進(jìn)行海綿校園改造。

以浦江學(xué)院宿舍區(qū)為例，宿舍中庭作為學(xué)生宿舍生活的主要場(chǎng)所，必須保證它在雨雪等天氣下的干燥整潔，所以選擇透水地磚與人造草坪的結(jié)合。透水地面主要包含有透水面、透水找平層、透水基層、透水底基層和土基，在透水基層中還埋有PVC 排水管，以備水量過大時(shí)排出基層無法滲透的水。

運(yùn)動(dòng)場(chǎng)區(qū)域浦江學(xué)院為塑膠跑道塑料草坪，雨水滲透性差，所以改造以自然徑流為主。除了前期建設(shè)已經(jīng)鋪設(shè)的跑道內(nèi)側(cè)的內(nèi)環(huán)排水溝，規(guī)劃在觀眾看臺(tái)一側(cè)設(shè)置外環(huán)排水溝，在足球場(chǎng)兩端設(shè)置端邊排水溝，以此來減少區(qū)域積水。排水溝就近接入周邊植草溝或校園雨水排水系統(tǒng)。在道路及廣場(chǎng)每隔一段距離設(shè)置縫隙式排水溝，分別連接到對(duì)應(yīng)草坪上的植草溝處，在地面上形成網(wǎng)狀線性縫隙式排水溝，提高雨水徑流的收集，轉(zhuǎn)輸效率在道路與綠化邊界區(qū)域增加滲透性干式植草溝設(shè)施，采用倒拋物線形。中心綠化區(qū)域改造成下凹式綠地，它的理念是利用開放空間接收和儲(chǔ)存雨水，從而減少?gòu)搅髋欧拧Ｅc植被淺溝相比，可以接收更多的雨水。下凹式綠地雨水口設(shè)置在綠地內(nèi)且高于綠地高程。綠地采用百慕大草，其在小雨條件下滲透能力較高，達(dá)到73.197%。再配上馬尼拉，種植蔥蘭和高羊茅以提升觀賞性。另外在小面積綠化區(qū)域減少不透水路面鋪設(shè)，采用嵌草路面，常見的形式有花崗巖嵌草路、空心磚嵌草路、冰裂紋嵌草路等，提高區(qū)域的滯水性和滲水性。

浦江學(xué)院校園內(nèi)有湖泊，其周圍可建設(shè)雨水花園，種植層、營(yíng)養(yǎng)土層、碎石層和凈化層，所述凈化層內(nèi)設(shè)有凈化裝置和滲水管，滲水管與雨水回收利用管道相連接。利用高差地形條件設(shè)置階梯式綠地，將雨水流行時(shí)間延長(zhǎng)，同時(shí)雨水中的泥砂、樹葉等雜物截留在綠地內(nèi)，凈化雨水的同時(shí)減小了雨水徑流對(duì)雨水花園種植層的沖刷；通過碎石層的過濾以及凈化層內(nèi)凈化裝置的再次凈化，提升雨水水質(zhì)條件，得到更廣范圍的利用[9]。在湖岸處建立過渡地帶護(hù)坡，上面可以種植適合護(hù)坡上生長(zhǎng)的植物，低于湖岸路面。平時(shí)可作為湖岸綠色景觀，當(dāng)水位上漲時(shí)，可作為第二階河床，以免湖水漲上岸。湖中加入適當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)景觀浮島，既可改善水質(zhì)也有觀賞效果。

3.2 校園屋面區(qū)域改造

建筑屋面改造是綠色建筑的重要組成部分，利用自然資源讓建筑與環(huán)境相融合，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能減排的目標(biāo)。以浦江學(xué)院教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、圖書館為例，分為普通屋面雨水收集改造和綠色屋頂改造。坡面傾斜超過15 度、不適宜種植植物或未覆蓋綠化部分的屋面，增加雨水斗，方便雨水收集，防止樓頂積水。并安裝初期屋面雨水棄流裝置，雨水管接入校園雨水處理系統(tǒng)。屋面平整、面積大，適合設(shè)置綠色屋頂?shù)慕ㄖㄟ^在屋頂鋪設(shè)防水層、保護(hù)層、排水層、過濾層、土壤層以及植被層，可以達(dá)到保護(hù)建筑表層的目的。表面種植不同植被，可以延長(zhǎng)屋面雨水徑流時(shí)間，達(dá)到滯留效果；并且雨水經(jīng)由植物根系凈化過濾可直接進(jìn)入雨水回用系統(tǒng)儲(chǔ)存利用。綠色植被層一方面可以作為景觀融入生態(tài)校園建設(shè)，另一方面可以吸收建筑熱量，改善校園空氣質(zhì)量。

4 校園雨水收集回用系統(tǒng)

結(jié)合海綿校園改造建設(shè)，綠色屋面、可滲透地面、下凹綠地等進(jìn)行雨水收集，通過現(xiàn)有或新建雨水管輸送，雨水回用系統(tǒng)分為兩條技術(shù)路線：（1）回用水只用于道路沖洗與綠化灌溉，因其對(duì)于水質(zhì)要求低，直接采用具有“管道過濾的蓄水池”即可。（2）用于包括建筑沖廁、景觀用水和補(bǔ)充雜用水等。對(duì)初期雨水棄流，初處理、二次處理等步驟進(jìn)行雨水處理，最終使雨水達(dá)到利用標(biāo)準(zhǔn)。以下雨水回用系統(tǒng)針對(duì)第2 條技術(shù)路線進(jìn)行講解。

采用雨水的“收集–調(diào)蓄–處理–利用”整體思路，統(tǒng)籌解決雨水的“入”到“出”問題。雨水管網(wǎng)收集屋面雨水和地表徑流雨水，通過初期雨水棄流，一體化設(shè)備對(duì)雨水進(jìn)行截污、沉淀、過濾、紫外消毒達(dá)到回用水水質(zhì)要求，最后進(jìn)行雨水利用。綠色屋頂、下凹式綠地和雨水花園因設(shè)施具有凈化裝置，采用分布式調(diào)蓄一體化裝置，可直接經(jīng)調(diào)蓄消毒后進(jìn)行利用。

此外，一體化設(shè)備與校園內(nèi)部湖泊連通，在強(qiáng)降雨天氣可直接溢流至湖內(nèi)，減輕市政管網(wǎng)排水壓力，亦可排盡替換回用池中的儲(chǔ)蓄雨水。在非汛期晴天天氣或校園湖泊水質(zhì)較差的情況下，一體化雨水處理裝置可用于簡(jiǎn)易水處理，凈化校園湖泊水質(zhì)。技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 校園雨水回用系統(tǒng)圖

雨水處理調(diào)蓄回用一體化設(shè)備通過現(xiàn)有機(jī)制、管網(wǎng)體系與新型雨水設(shè)計(jì)系統(tǒng)、工藝設(shè)備相結(jié)合，打造全新“低碳”設(shè)備，選用低阻力管材，降低水損，減少污水提升泵和加壓泵站的建設(shè)。現(xiàn)有的雨水收集裝置系統(tǒng)的維護(hù)操作復(fù)雜，并且對(duì)于藥劑的投加量難以控制，導(dǎo)致工作效率低下，對(duì)于投加量所造成系統(tǒng)的維修也是一筆大開支。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的一體化雨水收集回用裝置有著智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于藥劑的投加量有著很好的控制，遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，采集運(yùn)行數(shù)據(jù)。

一體化雨水處理回用設(shè)備包括分流裝置、調(diào)蓄裝置、處理裝置、消毒裝置以及回用裝置。分布式調(diào)蓄回用設(shè)備包括調(diào)蓄裝置、消毒裝置及回用裝置。

（1）初期雨水分流。安設(shè)雨水計(jì)對(duì)雨水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)雨水量確定棄流初期雨水量。U 型分隔池采用高低擋板分隔，配設(shè)自動(dòng)閥門，對(duì)初期雨水進(jìn)行棄流，同時(shí)U 型分隔池不同于方形水池存在死角、池內(nèi)細(xì)菌不易滋生，避免“死水”現(xiàn)象。

（2）粗過濾。一體化設(shè)備安裝粗過濾設(shè)施，粗格柵、濾網(wǎng)，截污掛籃、對(duì)初處理雨水進(jìn)行粗過濾，并對(duì)濾物進(jìn)行收集處理。

（3）絮凝沉淀單元。對(duì)粗過濾雨水進(jìn)行絮凝沉淀，使用絮凝劑、通過設(shè)計(jì)管道液體流量采用射流方式將液體與藥物充分混合，減少機(jī)械攪拌后使用斜板沉淀池進(jìn)行沉淀。

（4）活性炭吸附?；钚蕴勘缺砻娣e較大、空隙較多，吸附性能強(qiáng)，可有效吸附水中大小不同的污染物，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

（5）過濾消毒。一體化設(shè)備中配設(shè)雨水過濾器，紫外消毒裝置，對(duì)雨水精過濾、消毒進(jìn)行不同程度的處理，使雨水滿足多方向利用。

（6）回用池。一體化設(shè)備配設(shè)液位計(jì)、水質(zhì)分析儀；通過液位儀監(jiān)控回用池水位變化解決晴天、雨天雨水蓄存問題，同時(shí)起到調(diào)蓄作用。

結(jié)語

在海綿城市的理念下，以浦江學(xué)院高校校園為研究對(duì)象，從綠色校園與海綿校園角度出發(fā)，進(jìn)行海綿校園改造和雨水回用方案設(shè)計(jì)。針對(duì)浦江校園地形、建筑、景觀綠化特點(diǎn)，提高校園地面滲水面積，減小地面徑流，減少路面積水。在雨天可便捷、高效地將雨水收集，經(jīng)過一體化低碳雨水處理系統(tǒng)后達(dá)到雜用水回用標(biāo)準(zhǔn)，亦可將校園中的湖泊水進(jìn)行有效水質(zhì)凈化。