节水型高校建设中的雨水集蓄利用方案——以湖南水利水电职业技术学院为例

罗利顺，殷 园，戴绥平，姚 韧

（湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南 长沙 410007）

雨水是每个城市都拥有的天然资源，当雨水作为一种满足人们生活和生产以及生态环境需要的物质资料时，就成为雨水资源。雨水资源具有利用简单方便、处理价格低廉等优点，可以缓解城市水资源危机，且合理充分利用雨水资源还可以防止城市内涝，对调节和补充地下水也有帮助，所以城市雨水资源化利用是一种经济的、生态的用水方式，会给城市带来良好的生态环境效益和经济效益。

1 学校地形概况

湖南水利水电职业技术学院校区地形高差变化较大，自西向东地势逐渐升高，形成明显的三级台地分布，Ⅰ级台地位于校区东侧，地形标高为67.1～67.5 m，面积43 363 m2，其中绿地面积11 541 m2，道路广场23 457 m2，屋顶面积8 365 m2，主要分布有培训楼、培训食堂、疗养院2 栋、学生公寓4 栋、东院食堂；Ⅱ级台地位于校区中部，地形标高为63.1～63.5 m，面积33 038 m2，其中绿地面积14 231 m2，道路广场10 749 m2，屋顶面积8 058 m2，主要分布有实训楼、图书馆、西院食堂、学生浴室、学生宿舍及公寓4 栋、教工宿舍2栋；Ⅲ级台地位于校区西侧，地形标高为48.0～55.6 m，面积13 029 m2，其中绿地面积1 761 m2，道路广场3 372 m2，屋顶面积7 896 m2，主要分布有教学楼、体育馆、临时实训场、学府佳院。

2 雨水集蓄利用方案

由于学校的高落差多级台阶地势，加之校园内路面多为非透水性硬化地面，阻断了降水入渗补给地下水的途径。雨水降落屋顶、地面，极易形成较大的地表径流，暴雨季节还会造成排水不畅，形成内涝，时常发生大量雨水漫过楼梯台阶的景象（图1），Ⅲ级台地低洼地带尤为严重。大量雨水白白流走，造成水资源浪费的同时，也带来环境污染和安全隐患等问题。

目前学院校区并没有对雨水资源进行合理利用，完全可以将校园内的雨水经过处理后进行回用，减少自来水的使用量，收集的校园内的雨水经处理后可回用于冲厕、绿化灌溉、道路广场浇洒、洗车、景观水体等用途。

图1 学校未利用的雨水

学校Ⅰ、Ⅱ级台地原有两个供水池，容积分别为400 m3和800 m3，现已废弃，本次可以利用这两个供水池集蓄Ⅰ、Ⅱ级台地雨水，Ⅲ级台地教学楼西北角原水泵运行实训室有一座地下水池，可用容积较小，经过扩容改造后，可集蓄Ⅲ级台地雨水及Ⅰ、Ⅱ级台地多余雨水，再通过提升泵站提升至Ⅰ、Ⅱ级蓄水池。见图2。

图2 雨水汇流示意图

雨水收集回用系统是将雨水根据需求进行收集后，并经过对收集的雨水进行处理达到符合设计使用标准后使用，应设雨水收集、储存、处理和回用水管网等设施。为防止雨水中较大的杂物进入雨水收集系统堵塞管道及雨水收集处理设备，应在系统中设置过滤装置。根据学院校区下垫面情况，本次雨水收集系统主要包括屋顶雨水收集、地面雨水收集及绿地雨水收集。

屋顶雨水相对干净，杂质、泥沙及其他污染物少，可通过弃流和简单过滤后，直接排入蓄水系统，进行处理后使用。地面雨水杂质多，污染源复杂，在弃流和粗略过滤后，还必须沉淀才能进入蓄水系统。参照《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》（GB 50400-2016），宜采用下列处理工艺进行处理。见图3。

图3 雨水处理工艺流程

本次设计雨水利用使用对象有冲厕、绿化、道路浇洒、洗车用水，收集雨水有屋面、道路广场及绿地雨水。见图4。

图4 雨水集蓄利用总体方案

具体设备可参考水利部发布的《国家成熟适用节水技术推广目录（2019 年）》的“雨水集蓄利用”目录选择。

3 雨水利用供需分析

3.1 基本资料

湖南水利水电职业技术学院校区地处亚热带湿润地区，受季风影响大。冬季多为西伯利亚干冷气团控制，气候较干燥寒冷；夏季为低纬海洋暖湿气团所盘据，温高湿重。具有“春温多变、寒流频繁、雨季明显、四季分明”等特点。根据长沙气象站气象资料进行统计:多年平均降水量为1 442.5 mm，降雨主要集中在3—8月，占全年的70%以上，其中以5、6 两月最多，占全年的29.3%。多年平均蒸发量为1 294.9 mm，主要集中在5—9 月，其中以7 月份蒸发量最大。经计算学院校区50%、75%、90%频率典型年降雨量成果见表1。

3.2 雨水资源量计算

1）综合径流系数。综合径流系数按下垫面种类加权平均计算，对学院校区不同用地类型的面积进行统计，参照《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》（GB 50400-2016）中不同下垫面的径流系数，计算校区的综合径流系数，计算结果见表2。

表1 学院校区50%、75%、90%频率典型年降雨量成果表 mm

表2 学院校区综合径流系数

2）可利用雨水资源量。根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》，可利用雨水资源量计算采用如下公式：

W=10×ψ×h×F×β

式中 ψ——降雨径流系数；

h——设计降水量（mm）；

F——汇水面积（hm2）；

β——初雨弃流系数。

初雨弃流系数根据降雨和水质资料，路面、屋面定为0.8，绿地定为1。学院校区各级台地可利用雨水资源量成果见表3。

表3 学院校区各级台地可利用雨水资源量成果表

3.3 用水需求量

雨水优先使用顺序为景观用水、绿化用水、循环冷却用水、路面地面冲洗水、冲洗汽车用水、其它等，根据学院用水需求调查，本方案设计回收的雨水用于冲厕用水、日常绿化灌溉用水、道路浇洒用水、洗车用水等。

1）冲厕所需水量。考虑利用雨水解决部分公共厕所冲洗用水，拟选择靠近最低一级台阶的教学楼和学生宿舍一栋及附一栋。根据相关分析计算，教学楼和学生宿舍一栋及附一栋最高日生活用水量分别为150 m3/d、101 m3/d、36 m3/d。估算其中冲厕用水分别取97.5 m3/d、30.2 m3/d、10.8 m3/d。

2）绿化灌溉需水量。根据《民用建筑节水设计标准》（GB 50555-2010）、《湖南省用水定额》（DB 43/T 388-2020），绿地用水定额采用60 L/（m2·月），喷灌、滴灌调节系数分别为0.7、0.64。学校现有绿化面积27 533 m2，调节系数取0.66，则绿地日用水量为36.3 m3/d。

3）道路浇洒需水量。根据《民用建筑节水设计标准》（GB 50555-2010）、《湖南省用水定额》（DB 43/T 388-2020），道路浇洒用水定额为2 L/（m2·d），学校现有道路广场面积37 578 m2，则道路浇洒日用水量为75.2 m3/d。

4）洗车需水量。本次设计选择教学楼西北角处，新建节水型智能洗车系统，洗车位为透水铺装地面，透水结构垫层埋设透水花管收集入渗过滤后的雨水用于洗车。经咨询供应商，采用毛刷隧洞式清洗方式单次洗车用水量为0.01 m3/车·次，学校现有公私汽车按150辆计算，一天清洗50 辆，日最高洗车用水为0.5 m3。

5）景观水体补水量。校区西校门处有一景观水体，水面面积410 m2，平均水深50 cm，根据《湖南省用水定额》（DB 43/T 388-2020），“城乡市容管理-城市河湖环境”用水定额为50 L/（m3·月），日均景观补水为0.34 m3。

学院校区雨水利用50%、75%、90%不同频率降雨情况下需水量分别为48 474 万m3、52 392 万m3、53 175 万m3，成果见表4。

4 水量平衡计算分析

比较学院校区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级台地不同频率下各月的雨水资源量和需水量成果（图5～图7）可以看出，全年多数月份内学院需水量大于雨水资源量或与之持平，说明雨水资源量基本可以得到有效利用。但从图中也可以看出，部分月份由于雨水量丰富，需水量低于雨水资源，会造成该月内雨水资源的浪费，因此，需要利用学院校区内的水池进行年内调节。

表4 校区雨水利用不同频率降雨情况下各月需水量情况表

图5 50%频率降雨情况下可利用雨水量与需水量

图6 75%频率降雨情况下可利用雨水量与需水量

图7 90%频率降雨情况下可利用雨水量与需水量

将学院校区Ⅰ、Ⅱ级台地每个月的汇流雨水量、水池蓄水量与需水量进行水量平衡计算，富余水量汇入Ⅲ级台地，再根据Ⅲ级台地汇流雨水量、Ⅰ、Ⅱ级台地汇入雨水量与需水量进行水量平衡计算，计算得出50%、75%、90%不同频率降雨情况下，为满足学院校区教学楼和学生宿舍一栋及附一栋冲厕、绿化、道路浇洒、洗车及景观补水所需新建调节水池容积。

经过计算，50%频率降雨情况下，为满足学院校区雨水利用需水量要求需新建或改扩建调节水池容积为766 m3；75%频率降雨情况下，为满足学院校区雨水利用需水量要求需新建或改扩建调节水池容积为2 523 m3；90%频率降雨情况下，为满足学院校区雨水利用需水量要求需新建或改扩建调节水池容积为3 625 m3。

根据水量平衡分析可知，在平水年（P=50%）所需调节水池容积为766 m3，超过原水泵运行实训室地下水池容积。实际用水中，在充分利用雨水及其产生的地表下渗径流的前提下，可根据需要，启用屋顶水箱并适当补充市政自来水。

5 结 语

雨水集蓄利用是节水型高校建设的重要组成部分。充分利用雨水资源，按照50%来水频率估算，年节约取新水量2.38 万m3，按自来水价格2.48 元/m3计算，1 年至少可以节约水费5.9 万元，经济效益显著。通过雨水集蓄利用实例进行节水教育与宣传，在学生中建立起节水意识，形成节水习惯，并带动家人和朋友践行节水行动，发挥带动辐射作用，具有良好的社会效益。因此，在节水型高校建设中推广雨水集蓄利用具有重大意义。