基于海綿校園建設(shè)的雨水回收利用生態(tài)系統(tǒng)研究

葛玉潔

（青島酒店管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266100）

海綿校園作為海綿城市系統(tǒng)中的特殊子系統(tǒng)，兼具城市建設(shè)雨洪管理理念，即校園園區(qū)具有“吸、蓄、滲、凈、排、用”的海綿綜合體[1]，將收集的雨水進(jìn)行初級(jí)處理后再利用，是理念性延伸的派生概念，并在海綿城市治理過(guò)程中起著非常關(guān)鍵的作用?，F(xiàn)階段大部分高校為已建園區(qū)，需在現(xiàn)有校園規(guī)劃的基礎(chǔ)上豐富校園生態(tài)規(guī)劃建設(shè)，提升園區(qū)海綿戰(zhàn)略的理念，增強(qiáng)園區(qū)雨水收集與回用的生態(tài)技術(shù)體系，從而促使海綿校園不斷更新，并與自然環(huán)境和諧共存。

1 海綿校園規(guī)劃建設(shè)的必要性

學(xué)校校園具有人數(shù)多、開(kāi)放空間面積大、用水基數(shù)較大、綠地比例高、節(jié)能、節(jié)水潛力大等特點(diǎn)，因此適合進(jìn)行以綠色基礎(chǔ)設(shè)施為主體的雨水控制利用系統(tǒng)的建設(shè)。如何在高校校園建設(shè)一套雨水收集利用系統(tǒng)，能夠系統(tǒng)性、綜合性、多樣化地收集利用雨水，并將雨水納入到校園的節(jié)水及水生態(tài)文明建設(shè)中去，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)地綜合管理校園水環(huán)境，是當(dāng)前的熱點(diǎn)問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外不少學(xué)校都開(kāi)展了雨水利用規(guī)劃與項(xiàng)目建設(shè)，如：美國(guó)賓西法尼亞大學(xué)、耶魯大學(xué)編制了可持續(xù)校園雨洪管理規(guī)劃；哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院在校園改造過(guò)程中建設(shè)了生態(tài)雨水景觀；我國(guó)清華大學(xué)、北京建筑大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等高校也開(kāi)展了雨洪控制利用示范項(xiàng)目建設(shè)及研究。海綿校園建設(shè)正在如火如荼地進(jìn)行[1]。

2 雨水回收利用生態(tài)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)

2.1 海綿校園雨水回收利用技術(shù)路徑

高校校園綠地規(guī)劃建設(shè)集中、分散相結(jié)合，散布在校園的各個(gè)角落?？梢愿鶕?jù)各區(qū)的不同功能進(jìn)行海綿校園改造，充分利用校園內(nèi)的雨水資源，不僅可節(jié)省費(fèi)用，還將產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)的生態(tài)環(huán)境效益。校區(qū)內(nèi)雨水的收集再利用工藝流程如圖1所示。

圖1 雨水收集回用技術(shù)流程圖

2.2 海綿校園雨水回收利用生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 技術(shù)原理

（1）自動(dòng)控制原理：利用PLC電路控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，太陽(yáng)能光伏板在吸收太陽(yáng)照射的光能后，通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電接通在PLC電路上。通過(guò)水表的檢測(cè)，雨季時(shí)當(dāng)水位達(dá)到一定高限位時(shí)，將回收的雨水填充到儲(chǔ)水箱中。旱季需要灌溉時(shí)，安裝在系統(tǒng)上的自動(dòng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)，水泵開(kāi)始運(yùn)行，可將備用水箱中的水釋放，實(shí)現(xiàn)灌溉。

（2）雨水截流器：雨水截流器的內(nèi)部裝置主要由不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)、不銹鋼吊網(wǎng)、填充物組成，外部由硬塑料外殼構(gòu)成，使用時(shí)放入地下井與水管相連，進(jìn)行過(guò)濾，只需半年或者一年將吊籃清理一次。

（3）初級(jí)雨水過(guò)濾器：初級(jí)截污管具有雙重功效，首先是棄流，排除收集表面第一批較臟的雨水，其次是分離大塊雜質(zhì)，為高級(jí)過(guò)濾做好準(zhǔn)備。

（4）過(guò)濾裝置：根據(jù)濾料的粒徑大小，選擇EPS泡沫濾料、果殼濾料、改性纖維球、石英砂濾料、礦石濾料作為雨水過(guò)濾的主要濾料。

（5）儲(chǔ)水箱：儲(chǔ)水箱中裝有水位控制裝置，當(dāng)水位達(dá)到最高或者最低值時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)將會(huì)打開(kāi)或者關(guān)閉閥門(mén)，使水位始終處在合理的水位位置線上[2]。

2.2.2 生態(tài)邊溝

由于校園區(qū)域內(nèi)道路面積不是很大，而且大部分道路不是很寬，車(chē)輛也不太多，因此，路面上的雨水可以采用簡(jiǎn)單的措施進(jìn)行截污，再經(jīng)生態(tài)邊溝進(jìn)入雨水井，然后通過(guò)雨水收集管網(wǎng)進(jìn)入景觀湖體。對(duì)于區(qū)域范圍內(nèi)的面積，可將原有設(shè)計(jì)的混凝土路面改為透水草皮磚進(jìn)行鋪裝。這種鋪裝方式的抗壓性能和滲透性能比較好，對(duì)于雨水滲透回補(bǔ)地下水具有很好的效果。同時(shí)局部道路可按照一定坡度設(shè)計(jì)好，使雨水首先匯入附近低勢(shì)綠地、路邊淺溝，然后通過(guò)初期雨水截污措施匯集到雨水收集管網(wǎng)中，同時(shí)在校區(qū)道路兩旁應(yīng)設(shè)置綠化帶及路沿石噴淋系統(tǒng)，即在路沿石上設(shè)置雨水噴淋裝置，它同樣可以連接就近的雨水管網(wǎng)系統(tǒng)，通過(guò)水泵抽取收集到的雨水，并對(duì)路面及路沿石進(jìn)行定期噴灑，可以達(dá)到除塵降噪的效果[3]。

2.2.3 雨水收集回用生態(tài)池

該雨水收集回用生態(tài)池主要由雨水收集系統(tǒng)和雨水回用系統(tǒng)兩部分組成。雨水收集回用生態(tài)池主要是對(duì)雨水的收集、過(guò)濾、儲(chǔ)存、回用的循環(huán)再利用生態(tài)景觀系統(tǒng)，收集再利用的雨水主要分為兩部分，一部分為生態(tài)排水溝或地面下滲水收集的雨水，另一部分雨水來(lái)自池底凈化收集排出的雨水，通過(guò)對(duì)水資源的二次利用，可緩解小范圍的水資源環(huán)境，實(shí)現(xiàn)海綿校園水資源循環(huán)利用的最大化。

2.2.3.1 雨水收集系統(tǒng)

雨水通過(guò)生態(tài)邊溝、綠地下滲匯流后通過(guò)初期雨水截流器，進(jìn)行第一次粗濾，過(guò)濾出大片雜物和大顆粒雜質(zhì)。然后經(jīng)初級(jí)雨水過(guò)濾器，雨水以渦流形式進(jìn)入初級(jí)截污管的水力離心裝置，較大雜質(zhì)被第一層斗狀濾網(wǎng)過(guò)濾掉，帶有懸浮物和細(xì)小雜質(zhì)的雨水流入儲(chǔ)水箱，經(jīng)出水口濾網(wǎng)再次進(jìn)行過(guò)濾，較為干凈的雨水進(jìn)入收集雨水的儲(chǔ)水箱內(nèi)。還有一部分雨水來(lái)自池底凈化下滲收集的雨水，并利用PLC電路控制系統(tǒng)連接水表，通過(guò)水表的監(jiān)測(cè)，可控制生態(tài)池正常水位。當(dāng)雨季水位過(guò)高時(shí)，水位自控裝置運(yùn)行，自動(dòng)控制系統(tǒng)將會(huì)打開(kāi)閥門(mén)，通過(guò)池底的過(guò)濾材料和有孔介質(zhì)進(jìn)行逐層過(guò)濾，達(dá)到初步凈化水體的效果。生態(tài)池中種有各種水生植物，飼養(yǎng)淡水魚(yú)類，可達(dá)到生物凈化水體的作用。生態(tài)池的下滲水經(jīng)池底的粗濾匯流到初級(jí)雨水過(guò)濾器，經(jīng)濾網(wǎng)二次過(guò)濾最終流入儲(chǔ)水箱中。

2.2.3.2 雨水回用系統(tǒng)

當(dāng)雨季雨水充沛時(shí)，儲(chǔ)水箱可集滿雨水待用。荷花形太陽(yáng)能光伏板吸收光能后，通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電接通在PLC電路上，為生態(tài)池系統(tǒng)的運(yùn)行提供電力支持。PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過(guò)控制水泵，將儲(chǔ)水池收集到的雨水抽取到生活用水管網(wǎng)中，用于中水沖廁，還可通過(guò)水泵將收集的雨水抽取到灌溉用水管中，用于綠地微灌系統(tǒng)進(jìn)行植被灌溉。對(duì)于電路控制臺(tái)和過(guò)濾裝置的檢修，可通過(guò)檢修井將裝置提取出來(lái)，以便進(jìn)行設(shè)備的維修和更換。

2.2.4 海綿校園雨水回收利用生態(tài)系統(tǒng)的創(chuàng)新性

（1）利用光伏板吸收太陽(yáng)能，通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電接通在PLC電路上發(fā)電，節(jié)約成本，為雨水回收利用生態(tài)系統(tǒng)提供電力保障。

（2）將太陽(yáng)能光伏板外形改造成水池中的荷花、荷葉型，荷葉面積增大了光伏板的采光面積，同時(shí)美化了生態(tài)池的觀賞性。

（3）通過(guò)PLC自動(dòng)控制臺(tái)和水表對(duì)雨水回收利用生態(tài)池中的水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用水位自控裝置來(lái)調(diào)節(jié)水池中的正常水 位[4-5]。

3 結(jié)論

本文圍繞海綿校園雨水回收利用生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建與設(shè)計(jì)展開(kāi)研究，從技術(shù)創(chuàng)新角度對(duì)校園雨水的收集、處理、利用等方面進(jìn)行了深入探討。利用雨水回收利用生態(tài)系統(tǒng)可最大化地滿足海綿校園的實(shí)施，可加強(qiáng)生態(tài)校園的雨水治理與生態(tài)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)校園綠色生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，以點(diǎn)帶面，推動(dòng)海綿城市建設(shè)的快速前進(jìn)。