郑州大学新校区雨水综合利用技术方案探究

魏昊轩　赵新宇　董俊伟　杨天刚

摘要：回收利用城市的雨水可以减轻城市洪涝灾害、降低城市污水处理负荷和建设费用、缓解水资源短缺、维护城市水循环的生态平衡，是城市于洪控制的发展趋势。本文通过分析雨水回收利用的意义及国内外现状、发展趋势，结合工程实例，通过计算分析结果，对雨水回收的可行性、回收利用的效益及可能存在的问题等方面进行分析，并提出来相应的建议和对策。

关键词：雨水综合利用；硬面雨水收集；渗透集雨设施的计算

引 言

缺水，已是不争的事实。郑州是水资源短缺的城市之一。郑州水资源人均占有量 ，仅为全国人均值的 ，世界人均值的 。随着全球气候变化带来的降水量减少，水环境污染加剧，海洋咸潮侵袭等引起的水质恶化，以及经济社会的发展带来的日益增长的生产、生活用水需求，郑州水资源的供需矛盾必然日趋紧张，是进一步实现经济和社会可持续发展的重要制约因素。如何解决或缓解水资源危机，包括我国在内的世界各国早已采取行动，其中雨水回收利用是最为重要的措施。就地充分利用雨水，有效提高雨水收集能力和利用效率，是解决水资源困境的重要途径。国外对雨水资源回收利用的研究较早，技术也比较成熟，取得了技术、环境、生态和景观灯多重效益。我国的雨水利用则起步较晚，主要是针对住宅小区和公园等局部小规模雨水的试验性利用，从城市规划角度出发的雨水利用还未实行，雨水利用技术还有待研究和开发。本文是通过对郑州大学新校区雨水综合利用方案的探究，设计适用于新校区的雨水收集模、雨水处理工艺及综合利用办法。

1、校区自然环境特征及水量平衡分析

1.1郑州市自然环境特征和校区自然环境特征

郑州市属北温带大陆性季风气候，冷暖适中、四季分明，年降雨量为633mm，郑州大学新校区位于郑州市高新技术开发区。校园占地总面积284.4公顷，建筑面积165万平方米，绿地面积达118万平方米，绿地率51%。不透水性地面面积和绿地面积相对集中，适合雨水集中回收和利用。

1.2回收利用工程设计理论

主要分为硬面雨水收集利用和绿化区域渗透雨水收集利用两方面。

1.2.1硬面雨水收集利用工程设计理论

一次暴雨可集雨量计算

先根据当地的暴雨强度公式算出一定重现期内，一定暴雨历时所对应的暴雨强度，再算出相应的雨水设计流量Q，最后计算出储水池有效容积V。

郑州市暴雨强度公式：q=7650*[1+1.15*lg（P+0.143）]/（t+37.3）0.99

一次暴雨可集雨量：Q=Ψ*q*F

蓄水池的容积计算：V=（Q*T*60*10-3）-（F*h*10）

年平均集雨量的计算

城区年均可收集雨量受气候条件、降雨量在不同季节的分配、雨水水质情况等自然因素以及特定地区建筑物的布局和结构等其他因素的影响。对大多数地区，年平均可收集雨量的计算公式：

Q=Ψ*α*β*A*（H*10-3）

1.2.2绿化区域渗透雨水收集利用设计理论

1.2.2.1土壤渗滤机理：

雨水土壤渗滤技术主要利用土壤颗粒的过滤作用、表面吸附作用、离子交换作用、植物根系吸附等作用对雨水进行处理。

雨水土壤渗滤效果：

土壤垂直渗滤净化，人工土1m深的COD去除率可达70%—80%，天然土1m深可达60%，即表示1—1.5m厚的土壤层可去除大部分的有机污染物，随着深度的增加，净化效果会进一步增加但效果并不明显。

土壤渗滤的形式采用土壤垂直渗滤，净化效果号，主要用于雨水集蓄回用、雨水回灌地下。

用做渗滤的土壤应具有较强的净化能力和较高的水力负荷，应具有以下条件：

1.用做土壤渗滤的材料，要求具有一定的渗率；

2.有一定的耐污染符合的能力和较强的吸附能力；

3.价格低廉，易于获得，便于施工与管理；

4.有利于植物生长。

当做垂直渗滤技术净化雨水回用时，可以选用一定比例配制的天然沙土等人工土壤层作为渗滤土，在表层覆盖一定厚度的腐殖质土，以有利于植物生长。当用于低势绿地、植被浅沟、植被缓冲带等技术时也可直接选用适合的天然土。

植物的选择：

1.植物的品种具有一定的抗旱和耐水能力；

2.植物对土壤肥力和性能要求不高；

3.对养护要求低，应与当地气候条件相适宜；

4.尽量与当地景观相协调。

滤池的构造，断面形式及个数：

滤池可就地取材，选用砖石结构、钢筋混凝土结构，也可用防水膜加保护层的做法。滤池平面形状不受限制，根据地形条件而定。为便于施工，滤池平面通常采用矩形。

1.2.2.2城市雨水渗透模型

雨水渗透就是利用工程措施将自然降雨量按规划的目标审图地下，以改善原有的渗透状态或补偿城市建设所造成的影响；包括集水、输水、渗水以及辅渗结合、储渗结合等环节。他可以延长暴雨径流时间、抬高地下水位，在防止地面沉降等方面具有良好的环境效应和生态效益。在适合的地点采用透水井和透水路面，采用多孔铺地材料铺筑路面等渗透设施，进行雨水渗透，一般可采用霍顿下渗公式进行计算。

渗透设施的渗透能力按下式计算：

WP=a*K*J*AS*TS

滲透设施的有效渗透面积按下列要求确定：1.水平渗透面按投影面积计算；2.数值渗透面按有效水位高度的1/2计算；3.斜渗透面按有效水位高度的1/2所对应的斜面实际面积计算；4.地下渗透设施的顶面积不计。

渗透设施进水量的计算：WC=1.25*[60*q*（F*ΨC）+F0/1000]*t

2、处理工艺

2.1建筑区域：

2.2绿化区域：

我校存在几块大面积的绿化区域，其余绿化带较为分散。结合我校实际情况，我们拟采用以下方案。

对于绿化面积较大，边界形状较为规整的区域，取该区域内地势相对较低位置建立雨水渗透槽利用地势以及土地的渗透作用，可大量收集雨水。对于平坦区域，拟采用“田”字型分布的小渗透槽，由管线统一引流至中心水槽，由中央喷头喷灌。

3 雨水利用工程设计

3.1硬面雨水收集。

4.经济、环境与社会效益评估

4.1经济效益评估

计算荷园建筑区域年集水量为2526m^3，根据《城市中水回用标准》，绿化用户水量每年0.2～0.5t/m^2，根据郑州的具体情况，考虑到蒸发量等因素，建议绿化用水量每年取0.4t/m^2，以荷园预计年节水2526m^3，可供6315m^2大小的绿化地供水，按现行郑州市行政事业单位供水价格3.05元/m^3计算，则年可节约水费7094元。

该工程需投资7.6万元，则需10年即可收回投资，同时可减少国家财政收入，消除污染，节省城市排水设施运行费用等，具有非常明显的社会效益和推广价值。

4.2环境与社会效益评估

通过雨水回收利用，截留处理原在校区屋面、道路及广场上的大量污染物，避免其直接进入市政排水系统，减轻了水体污染，改善了校区生态，营造了良好的人居环境[17]。另外，充分利用自然雨水，减少自来水使用，一定程度地避免了水资源的浪费，并有效减小了市政雨水系统的压力，为解决城市水资源困境提供了新思路，社会效益显著。

5 结论与展望

本文以郑州大学新校区雨水回收利用生态工程为实例，对校区水量平衡作了详细分析，确定了雨水收集总量与模式，设计了雨水回收利用的工艺流程和总体结构布置，评估了工程的经济、环境及社会效益。在实践過程中，雨水回收利用生态工程需由建筑、给排水、环境工程及景观绿化等专业协同配合，才能够取得良好的应用效果。

参考文献：

[1]雨水回收利用生态工程.南京政治学院西校区项目实例研究.徐锦生

[2]广州某商业中心雨水回收利用设计.谢峰

[3]屋面初期雨水弃流装置的设计及试验.黄勇强

作者简介：

魏昊轩（1995.04-？），男，黑龙江牡丹江人，郑州大学水利与环境学院2012级本科生，给水排水工程专业？