山东建筑大学新校区雨水资源潜力分析

山东建筑大学新校区雨水资源潜力分析

天然雨水具有硬度低、污染物少等优点。经过处理和一定处理后，可用于各种水源和地下水的补充和恢复。大学校园区汇水面积大，水质较好，是一种较理想的雨水源。目前我国大学校园区雨水的利用研究刚刚起步，还没有一个较完善的雨水利用模式。本文以山东建筑大学新校区的雨水收集利用方案为例，为高校校园雨水利用提供参考。1学校建筑分布山东建筑大学位于山东省省会济南，学校占地134.88hm2，建筑面积670000m2，建筑密度12.6%，学校有图书馆、计算中心、实验楼、办公楼以及大学生活动中心，田径运动场等占地面积比较大的建筑。2雨水集流介质设计雨水资源理论潜力应为该区域的降水总量，其计算公式为：式中：Rt——年雨水资源的理论潜力（m3）;由上式计算建筑屋顶、道路、绿地等雨水集流介质的雨水资源理论潜力。其中济南市多年平均降雨量为665mm，不同地面的雨水资源理论潜力数据见表1。雨水资源的开发必须坚持可持续发展的原则，一方面，要满足一定区域内的需求；另一方面，开发规模要有一个合适的程度，决不能超过雨水资源的承载力。建筑屋顶、道路、绿化面积水资源开发程度分别为45%、45%、7.5%。据此，山东建筑大学校园建筑屋顶、道路、绿化面积雨水资源可开发潜力见表1。3年降水量目前雨水利用主要是满足杂用水需求，即绿地浇灌、道路喷洒、汽车冲洗等。大学校区中的杂用水，主要是用于绿地浇灌和道路喷洒。根据校园绿地道路面积，按照《给水排水设计手册》杂用水标准，计算其年用水量，每平方米每次用水1.5L，每年按6个月，每月按30天计算，具体计算过程如下：绿化年用水量：浇洒道路年用水量：年总杂用水量：山东建筑大学新校区杂用水年需水量108594m3，雨水资源理论潜力为每年341943m3，建筑屋顶、道路、绿化面积雨水资源可开发潜力为每年95595m3，基本可以满足杂用水的需水量，不足部分可以配以中水站所处理的中水作为补给。4关于雨水综合利用的研究4.1直接使用雨水4.1.1屋顶雨水利用屋面雨水水质较好，径流量大、便于收集利用。宿舍楼区、教学区、办公区等建筑屋面雨水在经过初期弃流装置将初期径流排出后可采用絮凝沉淀工艺进行处理，工艺简便、易操作且处理效果较好。处理后的雨水可用于道路喷洒、建筑周围绿地浇灌等杂用。根据山东建筑大学校园雨污分流的排水体系，可在建筑物周围的雨水集水井的基础上，进一步拓宽地下空间，建造地下雨水贮水池。初期弃流后的屋面雨水经雨水斗、雨水立管和过滤器过滤后注入贮水池，贮水池兼具有贮藏、调节、沉淀的作用。同时在地下设施中设置提升泵站，提升泵站将收集处理后的雨水打入中水集水井，作为中水的补给水源之一，用于楼宇前绿地浇灌和道路喷洒。屋顶雨水除了建立收集系统直接收集利用外，还可以通过建立屋顶绿化系统，直接净化雨水，用于建筑内冲厕、建筑周围绿地浇灌等杂用。屋顶绿化就是利用建筑屋顶的面积覆土种植植物，形成屋顶庭院，是园林建设的形式之一。充分开发屋顶空间，实现屋顶绿化，建设花园式屋顶不仅有利于美化校园景观，更有利于减少初期雨水径流所造成的污染，同时可以一定程度上减少雨水构筑物设施，如初期弃流装置、雨水处理系统等设施，更有利于实现屋面雨水的综合利用。但屋顶花园式雨水利用工程需要综合考虑屋顶承重能力及屋顶防水性等因素，就目前山东建筑大学校园内已有的建筑而言并不适合采用屋顶绿化，因此建议在后期工程建设时要注意屋顶结构尤其是其承重和防水能力的设计。4.1.2湖北侧绿雨水生态处理大学校区校园道路雨水不同于城市道路雨水，污染物、油渍等物质较少，处理工艺流程较为简单。山东建筑大学新校区地势有一定的坡度，西南高东北低，便于道路雨水收集。道路雨水可在雨水口处过滤，拦截道路上的树叶、烟头、悬浮固体等杂物，并使之最终流入雨水贮水池。雨水贮水池依据地势可建在映雪湖北侧绿地处，将通过道路两侧用于收集排放雨水的管线进行改造，直接将管线铺至雨水贮水池下方；另外绿地溢流出的雨水经下凹式绿地雨水明水沟排入雨水管线，与道路雨水一起进入雨水贮水池，后经过自然沉淀及混凝作用使雨水进行初步处理，再利用泵站将贮水池内的雨水提升至映雪湖南侧入水口外，在湖水南侧水域对雨水做进一步的生态处理。具体做法如下：将南侧湖域用隔水板分隔成若干小单元，在各个小型单元内种植作用不同的水生植物以进一步净化雨水，根据工艺流程及观赏效果的需要，分配布置植物优势种和点缀种，各植物床、植物塘单元以优势种命名，具体流程如图1所示。其中芡实对CODcr、BOD5等有降解作用，睡莲对CODcr等有降解作用，芦苇、鸢尾、旱伞莲、香蒲和水葱等植物根系对重金属具有吸收作用，荷花则对砷、汞、悬浮物等具有吸收作用。此外，在映雪湖大面积区域内放养具有观赏价值和具有水质检测作用的鱼类，一方面增加生态效果另一方面检测雨水水质是否达到要求。4.2连续使用雨水4.2.1下凹式绿地草坪地面低于路面的入渗量比高于地面时多2～3倍。在相对标高设计上采取“建筑物>硬化地面>绿地>排水口”的模式，即通常所说的下凹式绿地。目前，各种绿地多为上凸式或平地式，为促进雨水下渗，校园绿地标高宜低于道路标高，规划建设下凹式绿地，将校园绿地建成天然的汇集池。下凹式绿地具有蓄渗雨水、削减洪峰流量、过滤水质和防止水土流失等优点，是雨水利用的重要途径之一。下凹式绿地可以减少灌溉次数和灌溉量。此外，以往道路必备的大量配套雨水井和雨水管也可以大大减少。山东建筑大学新校区大多为上凸式或平地式绿地，对这两种类型不同的绿地有着相似的改造方法，一是可在绿地边缘或中央设置雨水明沟，以防止雨量较大时造成绿地雨水溢流至道路或人行道，另一种方法是选择冷季性草坪或耐旱、耐践踏及保持水土性较强的植被以增加雨水在绿地的渗透量。4.2.2基地系统铺筑对于校园内的地面铺设，应首先遵循一个原则，即尽量减少铺地材料的使用面积，尽可能保留可渗透性的土壤或绿地，在此基础上，根据不同铺地的性质，选择适宜的透水性铺地。透水性铺地是指能使雨水直接渗入路基的人工铺筑路面，一般有较好的透水、透气性能，雨水可直接渗透到地下。对植物而言，透水性铺地能改善植物生长条件和生存环境，增加根系生长深度，加快植物的生长速度，增强抗逆性，直接减少对人工灌溉的需求。透水性铺地还能调节温度和湿度，改善校园生态环境。大学校园可采用嵌草铺地、植草砖铺地、植草板铺设、路面透水性铺装、渗透设施铺设等方式，与下凹式绿地不同点在于这几种雨水间接利用方式都需要人为铺设雨水构筑物以促进雨水的下渗，植草砖、植草板需要设置适合当地情况的孔径以利于孔洞中草种的生长，路面透水、渗透设施则需要设置以透水性混凝土和PVC管等为主要原料的渗透性铺设以促进雨水进一步下渗。5校园雨水利用体系山东建筑大学新校区建筑屋顶、道路、绿化面积雨水资源可开发潜力为每年95595m3，而校园杂用水年需水量108594m3。因此，该校通过道路、绿地、屋面收集的雨水，可以基本满足