濟(jì)南山地公園雨水收集利用研究

劉 飛,孔 毅,王 巖*

1.濟(jì)南園林開發(fā)建設(shè)集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250002 2.濟(jì)南園林集團(tuán)景觀設(shè)計(jì)有限公司,山東 濟(jì)南 250014

濟(jì)南山地公園雨水收集利用研究

劉 飛1,孔 毅2,王 巖2*

1.濟(jì)南園林開發(fā)建設(shè)集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250002 2.濟(jì)南園林集團(tuán)景觀設(shè)計(jì)有限公司,山東 濟(jì)南 250014

本文通過(guò)對(duì)濟(jì)南郎茂山公園的雨水收集利用實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)分析，總結(jié)出“下滲優(yōu)先、集蓄輔助、水庫(kù)匯集”的總體框架，提出如何在增加園林自然灌溉用水、節(jié)能降耗的同時(shí)，減少雨水外流，減緩雨水進(jìn)入城市道路、市政河道管網(wǎng)的速度，從而延緩暴雨洪峰過(guò)境，在一定程度上減少暴雨對(duì)市中心區(qū)域的影響。同時(shí)，在臥虎山山體公園、英雄山風(fēng)景區(qū)的規(guī)劃中進(jìn)行應(yīng)用，形成多種細(xì)化方式和收集利用方案，對(duì)總體框架進(jìn)行驗(yàn)證，并提出問(wèn)題和改進(jìn)方法。

雨水;收集利用;山地公園

1 濟(jì)南地區(qū)水資源情況及降雨特點(diǎn)

濟(jì)南屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱少雨，夏季炎熱多雨，秋季較為干燥，冬季氣溫低，雨水資源較豐富，多年平均降雨量為665.7 mm，65%降雨集中在6～9月份（圖1、表1、表2、表3）。以多年平均降雨量計(jì)算，濟(jì)南市行政區(qū)域范圍內(nèi)平均每年降雨量超過(guò)53×l08m3[1]。

表1 濟(jì)南市2014年各月平均降水量(mm)及降水次數(shù)統(tǒng)計(jì)表(來(lái)源：濟(jì)南氣象網(wǎng))Table 1 Jinan average monthly precipitation(mm)and frequency in 2014(Source:Jinan weather network)

表2 濟(jì)南市2009～2014年各月平均降水量(mm)(來(lái)源：濟(jì)南氣象網(wǎng))Table 2Average monthly precipitation(mm)from 2009 to 2014 in Jinan(Source:Jinan weather network)

表3 濟(jì)南市2009年各月平均降水量、蒸發(fā)量（mm）(來(lái)源：濟(jì)南氣象網(wǎng))Table 3Average monthly precipitation(mm)and evaporation(mm)in 2009 Jinan(Source:Jinan weather network)

2 濟(jì)南郎茂山公園雨水收集利用研究

濟(jì)南郎茂山公園（圖2）總面積約89 hm2，土層瘠薄，以石灰?guī)r為主，山腳下部綠化較好，山頂巖石裸露。雨季，山體雨水匯集，會(huì)對(duì)周邊居住區(qū)形成一定的影響。濟(jì)南郎茂山雨水收集規(guī)劃（圖3）充分把握現(xiàn)狀條件，將雨水收集方法融入景觀，并有效美化周邊環(huán)境。雨水收集系統(tǒng)（圖4、5）是公園遠(yuǎn)期雨水收集展開的基礎(chǔ)，在具備相關(guān)資金投入的情況下逐步完善各區(qū)域雨水收集設(shè)施。

圖2 郎茂山公園平面圖 Fig.2 The plan of Langmaoshan Park

圖3 郎茂山雨水收集規(guī)劃平面圖Fig.3 The plan rainwater collection on Langmaoshan

圖4 郎茂山雨水收集系統(tǒng)圖Fig.4 The system of rainwater collection on Langmaoshan

圖5 山體雨水收集剖面圖Fig.5 Sectional view of rainwater collection on mountain

2.1 雨水收集方式一（魚鱗坑+蓄水池）

2.2.1 位置選擇 郎茂山山頂下側(cè)的區(qū)域，坡度較大，土壤較瘠薄，根據(jù)入滲優(yōu)先的要求，首先選擇修砌魚鱗坑。同時(shí)，利用山體西側(cè)雨水沖擊形成的多個(gè)山凹地形，選擇地勢(shì)變化較小的區(qū)域，作為蓄水場(chǎng)所。增加引水擋墻，將雨水引入蓄水池（圖6、7）。無(wú)雨時(shí)，通過(guò)蓄水池本身上乘下接的位置，澆灌高差較低區(qū)域的植物，有效增加植被成活率。

2.2.2 蓄水池容量計(jì)算 由于降雨強(qiáng)度有別，大雨、暴雨、大暴雨的日降雨量均可超過(guò)25 mm，蓄水池蓄滿與其強(qiáng)度也有很大的關(guān)系，降雨量較大時(shí)，難以全部收集，將有大量雨水流失，所以在雨水收集量的計(jì)算中加入季節(jié)折損率，用以估算難以收集的雨水量。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)蓄水池容量，以大雨降雨量25 mm/d進(jìn)行計(jì)算考量，雨水徑流量=25*0.75*0.7*5000/1000=65.625 m3。由于現(xiàn)場(chǎng)地段狹長(zhǎng)，利于水池橫向展開，可以增加部分蓄水量，最終的水池蓄水池以70 m3作為最終蓄水量進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)蓄水池容量70 m3，根據(jù)年收集量1747 m3計(jì)算，可以蓄滿水池25次。根據(jù)蓄滿70 m3為基準(zhǔn)進(jìn)行倒推，約需日降雨量26.7 mm可蓄滿。

圖6 蓄水池平面和尺寸Fig.6 Plan and dimension of the pool

圖7 蓄水池?cái)嗝鎴DFig.7 Sectional view of pool

2.2.3 改造效果分析 改造前郎茂山山體裸露嚴(yán)重，雨水匯集傾瀉，迅速匯集形成地面徑流，流出園區(qū)(圖8)。改造后，魚鱗坑區(qū)域雨水下滲明顯，同時(shí)保證松柏植物的成活率。雨水匯集至蓄水池，干旱時(shí)通過(guò)管道引出雨水澆灌下側(cè)綠地（圖9）。通過(guò)魚鱗坑蓄水池的調(diào)蓄，山體雨水匯集速度減慢，減少了地面徑流沖擊速度和瞬時(shí)雨水量，有效降低對(duì)周邊地區(qū)的雨洪影響。

圖8 改造前郎茂山 Fig.8 Langmaoshan before modification

圖9 方式一改造后的實(shí)景照片F(xiàn)ig.9 Live-action after modification in style 1

2.2 雨水收集方式二（水庫(kù)景觀）

結(jié)合公園規(guī)劃，將山底休憩空間與雨水收集相結(jié)合，利用山南狹長(zhǎng)的導(dǎo)水明溝，將水引入山底平坦處，增加大面積雨水集蓄的空間，形成景觀水體（圖10），蓄容更多的雨水。同時(shí)景觀水體與規(guī)劃的建筑相結(jié)合，形成圍合水面的庭院空間。

圖10 郎茂山公園水面(水庫(kù))位置、平面、效果圖Fig.10 The position of lake,plan and effect of Langmaoshan Park

2.3 效益分析

山地公園雨水資源收集利用可有效控制城市水土流失和水澇、減少水污染。效益分析是決定項(xiàng)目成敗的重要內(nèi)容，它是衡量項(xiàng)目整體效果的重要內(nèi)容。例如日本福岡體育場(chǎng)和國(guó)技館，雨水收集面積為2.59×104m2，設(shè)計(jì)雨水蓄水池總?cè)莘e2.9×103m3，通過(guò)雨水利用每年可節(jié)約12×104美元的費(fèi)用[2]。在我們?cè)谘芯恐?，也?duì)所提出的雨水收集系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的效益分析。

表4 降雨量Table 4 Rainfall statistics

表5 雨水收集量Table 5Amount of rainwater collection

表6 綠化用水量Table 6 Statistics of greening water

由表4可知，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)年降雨量3328.5 m3。

由表5可知，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)由于坡度較大，且?guī)r石面裸露嚴(yán)重，進(jìn)行計(jì)算，年收集量達(dá)1747.4625 m3。

由表6可知，每平米綠地澆灌取最低1 L/d需水量，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)年總用水量1800 m3。

2.3.1 蓄水池利用效率分析 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)雨水收集效率=年收集雨量/年降雨量=1747.46/3328.5=52.5%；蓄水池利用效率=年收集雨量/年需水量=1747.4625/1800=97%；年收集雨水量可以節(jié)省97%的澆灌用水，有效節(jié)約能源。

2.3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析 由表5、6可知，根據(jù)室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算澆水量，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)年用水量1800 m3，年雨水收集量1747.4625 m3。若以濟(jì)南市居民自來(lái)水水費(fèi)3.15元/m3計(jì)算，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)年澆灌用水總費(fèi)用=1800*3.15=5670元；蓄水池雨水收集利用總費(fèi)用=1747.4625*3.15=5504元，即雨水收集可節(jié)省的水費(fèi)費(fèi)用5504元；用水費(fèi)用節(jié)省率=5504/5670=97%，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)一年可節(jié)省97%的澆灌費(fèi)用。

3 濟(jì)南山地公園雨水收集模式

通過(guò)郎茂山公園雨水收集系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，我們提出“入滲優(yōu)先，集蓄輔助，水庫(kù)成景”的中心思想以及“入滲系統(tǒng)——匯集系統(tǒng)——過(guò)濾系統(tǒng)——儲(chǔ)水系統(tǒng)——再利用”的雨水收集系統(tǒng)。在具體實(shí)施中，可以根據(jù)不同立地條件選擇適宜方式進(jìn)行深化。通過(guò)對(duì)濟(jì)南市基礎(chǔ)條件分析，適用于濟(jì)南市山地公園雨水收集模式（表7）分為雨水滲透、雨水積蓄和景觀水體三個(gè)階段。

表7 濟(jì)南地區(qū)適用的山地公園雨水收集方式Table 7 Ways to collect rainwater in mountain parks in Jinan

3.1 雨水滲透

雨水作為一種自然資源，污染輕，對(duì)調(diào)節(jié)補(bǔ)充城市水資源，改善城市自然生態(tài)系統(tǒng)具有重要作用[3]。適用于濟(jì)南地區(qū)的雨水滲透方式主要包括魚鱗坑(圖11)、透水混凝土(圖12)、透水磚、下凹式綠地、自然土壤、砂石、卵石、滲水井、滲水坑（圖13）等。比如，透水磚適用于城市公園的小廣場(chǎng)和步行道等空間，可以減弱城市徑流、有效過(guò)濾雨水并促進(jìn)雨水下滲，對(duì)自然界水循環(huán)起到積極作用[4]。下凹式綠地適合開闊區(qū)域，通過(guò)土地對(duì)雨水的臨時(shí)儲(chǔ)存，使一部分降雨被植物吸收或被土地蒸發(fā)，另一部分進(jìn)入地下水。多于土壤滲容量的部分雨水則通過(guò)管網(wǎng)排掉，從而減緩地表徑流[5]。洼池蓄水可利用微地形的小坑洼處，將地表徑流攔蓄、滯留[6]。

圖11 山體魚鱗坑改造實(shí)景Fig.11 Modified fish scale pit on mountain

圖12 彩色透水混凝土道路Fig.12 Permeable concrete road

圖13 滲水井剖面圖Fig.13 Sectional view of infiltration well

3.2 雨水集蓄

雨水集蓄可采用蓄水池（圖14～15）、蓄水模塊（圖16）以及玻璃鋼蓄水池（圖17）等形式。

圖14 開敞蓄水池 Fig.14 Open reservoir

圖15 密閉式蓄水池Fig.15 Closed reservoir

圖17 玻璃鋼蓄水池Fig.17 Reservoir of glass steel

3.3 景觀水體

如果有足夠的停留時(shí)間，自然沉淀是一種簡(jiǎn)單而有效的處理方法[7]。因此，雨水集蓄應(yīng)與水庫(kù)、湖面等景觀水體相結(jié)合，既能達(dá)到收集雨水的目的，又形成優(yōu)美的景觀環(huán)境，還可以為野生動(dòng)物提供棲息地。而對(duì)于風(fēng)景園林師來(lái)說(shuō)，這兩項(xiàng)設(shè)施可以與景觀很好地結(jié)合[8]。當(dāng)降雨強(qiáng)度超過(guò)地面入滲能力時(shí)，則通過(guò)園林設(shè)計(jì)手法（如植栽、洼溝等）的過(guò)濾凈化環(huán)節(jié)，將雨水匯集到景觀水體（水洼或池塘）中形成雨水花園。如果景觀水體容量再度達(dá)到飽和，則溢流至人工蓄洪池或城市河道[9]。

4 濟(jì)南山地公園雨水收集模式的實(shí)踐與應(yīng)用

4.1 濟(jì)南臥虎山山體公園的雨水收集

濟(jì)南臥虎山公園（圖18）位于濟(jì)南市市中區(qū)，屬于千佛山風(fēng)景名勝區(qū)。公園內(nèi)雨水收集規(guī)劃以提高山體公園的水源涵養(yǎng)能力，削減雨水徑流排放量為目標(biāo)，建設(shè)具有自然積存、自然滲透、自然凈化功能的山體公園。

圖18 臥虎山山體公園區(qū)位效果圖Fig.18 The effect picture of Wohushan Park

規(guī)劃滲透溝（圖19）3025 m，局部擴(kuò)展，形成水面。結(jié)合休閑場(chǎng)地，設(shè)置透水鋪裝（圖20），滿足人民休憩的同時(shí)，達(dá)到下滲雨水的目的。結(jié)合破損山體整治設(shè)置景觀水體（圖21），將雨水匯集，形成景觀。

圖19 滲水溝斷面圖、效果圖Fig.19 Sectional view and effect picture of the permeable groove

圖20 臥虎山公園的透水廣場(chǎng)Fig.20 Permeable piazza of Wohushan Park

圖21 臥虎山公園的景觀水體Fig.21 Landscape water of Wohushan Park

4.2 濟(jì)南英雄山的雨水收集

英雄山雨水收集規(guī)劃在保留周邊陵園等原有功能的基礎(chǔ)上，提高雨水集蓄能力，恢復(fù)原有自然滲透和凈化的山體風(fēng)貌。

結(jié)合英雄山綠道建設(shè)，采用透水混凝土材料鋪裝（圖22）同時(shí)達(dá)到健身和雨水入滲的目的。在開闊區(qū)域規(guī)劃下凹式綠地（圖23），以地被植物為基礎(chǔ)，與周邊植物配植相得益彰。林下空間利用砂石、卵石及原有裸地，形成多個(gè)功能性場(chǎng)地（圖24）。

圖22 濟(jì)南英雄山透水混凝土綠道 Fig.22 Permeable concrete road of Jinan Yingxiongshan

圖23 下凹式綠地Fig.23 Sunken green space

圖24 自然土壤、砂石、卵石步道Fig.24 Natural soil trail,sandstone trail and pebble trail

4.3 雨水收集系統(tǒng)在實(shí)踐中的問(wèn)題

通過(guò)郎茂山的實(shí)驗(yàn)研究以及在臥虎山、英雄山山體公園改造中對(duì)入滲、匯集、過(guò)濾、儲(chǔ)水、再利用等環(huán)節(jié)的應(yīng)用實(shí)踐，我們也發(fā)現(xiàn)幾個(gè)需要思考的問(wèn)題。

（1）入滲方面，一般情況下，山體南側(cè)的植被比北側(cè)要差，植被覆蓋量少很多，南側(cè)建設(shè)魚鱗坑、滲水井，比較容易展開；而北側(cè)區(qū)域，本身植被量大，增加魚鱗坑等裝置，從建設(shè)者的角度，認(rèn)為沒(méi)有必要，但從增加入滲，減緩雨水徑流的方面看，卻是有必要的，建設(shè)資金投入的不均衡，會(huì)影響雨水收集系統(tǒng)的效率。

（2）集蓄方面，普通蓄水池、蓄水模塊、玻璃鋼蓄水池都能有效收集雨水，但從建設(shè)資金角度考慮，優(yōu)先選擇度，依然是普通蓄水池＞玻璃鋼蓄水池＞蓄水模塊，所以在雨水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，也需要綜合考慮，比如山地自然景觀，用普通蓄水池；功能性的建筑周邊，可以考慮玻璃鋼蓄水池；重要節(jié)點(diǎn)區(qū)域，對(duì)景觀要求比較高的區(qū)域，考慮蓄水模塊，使雨水收集更加多樣性。雨水含雜泥沙，會(huì)堵塞收集裝置，設(shè)定清淤的時(shí)間，定期清掏，保證裝置的正常運(yùn)行也是設(shè)計(jì)中要考慮到的。

（3）自然水體方面，園林中，大家都用山水相依是形容美景，水景觀是園林常用方法，但設(shè)計(jì)中，雨水集蓄能力測(cè)算和水體周邊規(guī)劃設(shè)計(jì)，要充分考慮瞬時(shí)暴雨大量匯集進(jìn)入水體，對(duì)水系駁岸等形成強(qiáng)烈的沖刷，局部淤塞會(huì)導(dǎo)致水流四散，水土流失等情況，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響，是需要重視的內(nèi)容。

5 結(jié)語(yǔ)

本文是首次針對(duì)濟(jì)南市山地公園雨水資源收集利用進(jìn)行研究，也是一次有益的嘗試。以“入滲優(yōu)先，集蓄輔助，水庫(kù)成景”的山地公園雨水收集系統(tǒng)為基礎(chǔ)，根據(jù)不同立地條件選擇相關(guān)方式在滲、蓄兩個(gè)方面著力深化，并合理利用于園林澆灌，形成模塊化應(yīng)用模式。雨水收集利用模式的推廣利用可以極大減少地面徑流，有效緩解市政管網(wǎng)的壓力，控制城市水土流失和水澇，減少水污染[10]。將回收的雨水資源應(yīng)用于園林灌溉，又可節(jié)約電能水能，使環(huán)境更加生態(tài)自然。

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

[2]Zaizen M,Urakawa T,Matsumoto Y,et al.The eoheeifon of rainwater from dome stadiums in Japna[J].Urbna Water, 1999,26(1):355-359

[3]宋進(jìn)喜.西安市雨水資源化及其利用的探索[J].水土保持學(xué)報(bào),2002,16(3):102-105

[4]Heather Kinkade-Levario.Design for Water:Rainwater Harvesting,Stormwater[M].Gabriola Island:New Society Publishers,2007:49

[5]Gobel P,StubbeH,Wei nert M,et al.Near-naturalstormwater management anditseffects onthewater budget and groundwater surfaceinurbanareastakingaccountofthehydrogeologicalconditions[J].JournalofHydrology,2004,92:267-283

[6]（美）馬什.景觀規(guī)劃的環(huán)境學(xué)途徑[M].第四版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006:158

[7]王永磊,姜小平,王德民,等.我國(guó)城市雨水利用技術(shù)及對(duì)策[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2006,21(2):151-153

[8]宗 凈.城市的蓄水囊——滯留池和儲(chǔ)水池在美國(guó)園林設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)園林,2005,21(3):51-55

[9]劉 頌,章亭亭.西方國(guó)家可持續(xù)雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)進(jìn)展及啟示[J].中國(guó)園林,2010,26(8):44-48

[10]李海燕,車 伍,李俊奇,等.大型場(chǎng)館雨水利用系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].中國(guó)給水排水,2006,22(10):50-53

Research on Collection and Utilization for Rainwater in Jinan Mountain Park

LIU Fei1,KONG Yi2,WANG Yan2*
1.Jinan Gardens Development Construction Group Co.,Ltd.,Jinan 250002,China 2.Jinan Landscape Architecture Group Design Co.,Ltd.,Jinan 250013,China

Based on the practice and experience analysis about rainwater collection and utilization in Langmaoshan Park of Jinan,the article raised the overall framework of“Infiltration Priority,Catchment Assistance, Reservoir Collection”,and it also raised a viewpoint about how to increase the natural irrigation water for the park,reduce the energy and cost,prevent the rainwater from flowing away,slow down the speed of rainwater into the urban roads and municipal river network,delay rainstorm and flood peak transit,to some extent,reduce the impact of rainstorms on the urban areas.Meanwhile,in the program of Wohushan Mountain Park and Yingxiongshan Park,form a variety of refining methods,collection and utilization plan,verify the whole framework and finally put forwards the suggestions and improved methods.

Rainwater;collection and utilization;mountain park

TU986.2

:A

:1000-2324(2017)03-0334-07

2015-09-02

:2015-12-09

劉 飛(1975-),男,院長(zhǎng),主要從事風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)研究.E-mail:13515317507@139.com

*通訊作者:Author for correspondence.Email:wycome0001@163.com