企業(yè)辦公區(qū)域雨水收集利用研究與實踐

姜振君

大慶油田有限責任公司

做好“水”文章，是實現(xiàn)綠色發(fā)展的關鍵所在[1]。據(jù)相關調查顯示，我國近50%的城市面臨水資源短缺問題[2]，城區(qū)缺水現(xiàn)象日趨嚴重[3]，雨水收集利用應列入國家節(jié)水戰(zhàn)略[4]。習近平總書記從生態(tài)文明建設的整體視野提出“山水林田湖草是生命共同體”的論斷，而水又是其中的靈魂，沒有水一切都無從談起。水成為習近平總書記每到一地視察較為關注的內容。他強調：“解決城市缺水問題，必須順應自然”。比如，在提升城市排水系統(tǒng)時要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來，優(yōu)先考慮更多利用自然力量排水，建設自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”[5]，實質是將雨水收集利用上升到解決水資源短缺問題重要途徑的戰(zhàn)略高度。國務院辦公廳《關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知》提出，要與城市開發(fā)、道路建設、園林綠化統(tǒng)籌協(xié)調，因地制宜配套建設雨水滯滲、收集利用等設施，提高對雨水的吸納能力和蓄滯能力。國務院《關于加強城市基礎設施建設的意見》規(guī)定，將建筑、小區(qū)雨水收集利用要求作為城市規(guī)劃許可和項目建設的前置條件。國務院辦公廳《關于推進海綿城市建設的指導意見》明確，因地制宜采取雨水調蓄與收集利用措施，提高雨水積存和蓄滯能力，推行道路與廣場雨水的收集、凈化和利用。

大慶油田總部東辦公區(qū)開展雨水收集利用，是推動用水方式由粗放向節(jié)約集約轉變的重要嘗試，在減少水資源消耗、推廣水資源循環(huán)利用方面具有積極的現(xiàn)實意義。

1 現(xiàn)狀

大慶油田總部東辦公區(qū)位于黑龍江省大慶市，大慶市屬于典型的半干旱氣候類型。地區(qū)降水主要集中在夏季，春秋季干旱少雨，冬季多雪。園區(qū)總占地面積105公頃，其中：綠化面積80公頃，包括草坪、花卉，喬灌木40 余種40.3 萬株，循環(huán)水域面積19.03 公頃；油水井生產設施100 余口，樓宇、內環(huán)道路、廣場和停車場等硬鋪裝面積26.55公頃。園區(qū)內綠化灌溉和環(huán)境景觀消耗水資源總量較大，平均每年在10.2×104m3，主要來源為清水和湖泊積水。近年來，春季湖泊積水水質超標現(xiàn)象嚴重，pH 值達到9.06，水體渾濁、產生異味、藍藻增加，水域邊緣部分樹木和地被植物逐漸出現(xiàn)退化、枯死現(xiàn)象（圖1、圖2）。開展雨水收集利用，不僅能夠滿足環(huán)境景觀用水和植物澆灌需要，而且還可將多余的蓄水反向補充湖泊，改善湖泊水質，生態(tài)效應巨大，實現(xiàn)區(qū)域內水資源循環(huán)利用、永續(xù)利用。

圖1 水體渾濁藍藻增加Fig.1 Turbid water with increased cyanobacteria

圖2 植物退化、枯死Fig.2 Degradation and death of plants

2 可行性分析

利用收集的雨水進行灌溉，符合景觀的露天生長模式，使其在充分接觸雨水的過程中吸收更充足的水分，吸收雨水中的微量元素[6]，能夠促進植物景觀的觀賞效果。大慶油田在資源型企業(yè)乃至全國的工業(yè)企業(yè)中都具有較強的影響力，每年接待參覌、考察、交流的機會特別多，對于推廣節(jié)水理念和展示雨水收集成果具有很多便利條件，會帶來強大的擴散效應。

綜合情況看，大慶油田總部東辦公區(qū)具備開展雨水收集利用的基礎條件。區(qū)域雨季降水相對充沛，大慶國家氣象觀測站資料顯示，2011—2020年，最高降雨量為716.5 mm/a，最低降雨量為380.8 mm/a，平均降雨量為541.56 mm/a，雨水供應相對充足，園區(qū)雨水的pH 值檢測為6.52，有利于植物生長。園區(qū)可利用硬化鋪裝規(guī)模達到26.55 公頃，可利用人工湖面積19.03 公頃，總利用面積45.58 公頃。園區(qū)環(huán)境清潔，道路廣場整潔干凈，沒有其他污染源介入，所收集的雨水沒有受到污染（圖3）。園區(qū)內分布3 個相互連通可用于蓄水的“人工湖”，蓄水總量約30×104m3。園區(qū)雨排系統(tǒng)完備，區(qū)域雨排匯集后分為東、西兩條支線，排入世紀大道北側雨排干線，排出雨水清澈，含泥沙等雜質較少，收集的雨水經專業(yè)機構檢測符合綠化澆灌及觀賞性景觀環(huán)境用水水質要求，不需要進行水質處理[7]。

圖3 大慶油田公司總部機關園區(qū)綠植及人工湖俯覽圖Fig.3 Overview of green plants and artificial lake in the office park of Daqing Oilfield Company Headquarters

3 分階段實施

通過多次進行實地測量和比對分析，針對園區(qū)的特殊性，結合園區(qū)水質、水量和空間利用等特點，以提高雨水收集利用率為目標，確定了“留得住、排得暢、回得來”雨水收集利用思路。因地制宜利用園區(qū)3 個人工湖、2 個噴泉池和2 條雨排管線等設施，將建筑、廣場和道路上收集的雨水進行儲存，儲存總量約30×104m3，能夠解決雨水“留得住”的問題，又可以有效降低項目投資。園區(qū)雨排管線功能齊全，在兩條出口干線上分別安裝1個閘板閥，平時出口閘板閥關閉，在遇到暴雨、大暴雨等緊急情況下，可全部開啟及時外排積水；東、西兩側人工湖在特殊情況下，可分別自行溢流至果午湖和世紀大道雨排干線，解決雨水“排得暢”的問題。園區(qū)缺水時，可啟動噴泉池和果午湖泵組，把儲存在果午湖和廣場噴泉池中的雨水重新循環(huán)到園區(qū)，滿足環(huán)境景觀和綠化澆灌用水，解決雨水“回得來”的問題。

3.1 建立區(qū)域小循環(huán)系統(tǒng)

解決因旱季自然蒸發(fā)帶來的園區(qū)補水負擔，優(yōu)化園區(qū)補水方案，建立區(qū)域小循環(huán)系統(tǒng)（圖4、圖5）。把水直接補到東側人工湖，縮減不必要的補水范圍，旱季可節(jié)水96%。通過開展廣場噴泉池收集雨水試驗，用口徑150 mm 潛水泵和200 mm 水龍帶，把廣場收集的雨水輸送到果午湖泵池，通過泵組循環(huán)至東側人工湖。當年收集雨水約20 000 m3。

圖4 區(qū)域小循環(huán)系統(tǒng)Fig.4 Regional small circulatory system

圖5 區(qū)域小循環(huán)系統(tǒng)Fig.5 Regional small circulatory system

3.2 建立雨水收集回用系統(tǒng)

項目總投資77 萬元。通過現(xiàn)場實地勘察、標準化設計、工廠化預制、模塊化安裝，縮短了現(xiàn)場施工工期，只用10 天時間就完成了現(xiàn)場施工和調試工作。在園區(qū)南門入口東、西兩側綠地中分別新建砼雨水集水池一座，規(guī)格3 500 mm×3 500 mm×4 450 mm（圖6、圖7）。分別用DN500的防腐鋼管與東、西兩側雨排出口管線連通，在原雨排管線上出口位置，分別新建閘板閥1個，規(guī)格為1 200 mm×2 460 mm，切斷雨水外排的同時確保雨水自然流入集水池[8]。集水池和廣場噴泉池內分別設置一臺功率9 kW，流量150 m3/h自動啟停的潛水泵，通過管線與人工湖相連，將集水池內收集的雨水，分別輸送至東、西兩側人工湖儲存，用于日常園區(qū)景觀用水和綠地澆灌。運行時隨著潛水泵將收集的雨水排出，雨排管道內存水會源源不斷補充至集水池。集水池頂部覆土厚度0.5 m，確保植被正常生長，池內低點設置集水坑，便于冬季集水池清理。

圖6 集水池平面圖Fig.6 Plan of water collecting tank

圖7 現(xiàn)場施工圖Fig.7 Site construction drawing

4 取得的效果

為保證運行效果，課題組人員跟進完善相關保障措施，增加水位監(jiān)測和定時啟泵等功能（圖8），并指定專人監(jiān)測，專人管理，專人采集數(shù)據(jù)；根據(jù)不同水位調整啟泵時間和頻率進行數(shù)據(jù)分析研究，統(tǒng)計出最佳的能耗比，取得了較好效果（圖9）。

圖8 液位監(jiān)測定時啟泵Fig.8 Start pump at regular time for liquid level monitoring

圖9 最佳能耗排水Fig.9 Optimal energy consumption drainage

4.1 經濟效益顯著

園區(qū)雨水經過收集、輸送、儲存等措施，達到了為園區(qū)綠化植被和環(huán)境景觀提供雨水補給的效果，實現(xiàn)了綜合利用雨水資源與節(jié)約用水的目的，解決了水源短缺問題。按照年平均降水量541 mm計算，開展雨水收集利用，理論上每年降雨量約24.66×104m3（45.58 公頃×541.56 mm/a），按徑流系數(shù)0.65測算，可收集16.03×104m3，可滿足園區(qū)每年10.2×104m3的澆灌用水需求[9]。2022年8月中旬項目建成至9月30日試運行后，由于天氣干旱原因，實際收集雨水約5.04×104m3，取得34.02萬元的經濟效益。收集1 m3雨水的直接成本（電費）是0.05 元，按照6.75 元/m3的清水價格計算，每年投入的電費約為0.80萬元，收集雨水的經濟價值約為108.20 萬元/a，2022 年清水用量同比2021 和2020年平均下降35%，節(jié)約水費40 多萬元，合計每年可產生150 余萬元的經濟效益，當年收回項目投資[10]，性價比高、經濟效益顯著、收益可持續(xù)。該工程設計使用年限50年，累計可產生7 000多萬元的經濟效益。

4.2 生態(tài)效益良好

對植物生長而言，井水不如河水，河水不如雨水，雨水中含有天然的礦物微量元素，在滿足植物生長和環(huán)境景觀用水需求的同時，也涵養(yǎng)了園區(qū)土壤和地下水源[11]。開展雨水收集利用，緩解了園區(qū)用水短缺現(xiàn)狀；提升了水質，消除了水體異味，減少了淤泥和藍藻發(fā)生；園區(qū)植被得到恢復，進入良性生長狀態(tài)；對園區(qū)內生產建設排放的二氧化碳吸收固碳作用明顯，是助力大慶油田“碳中和”的有效途徑；對水土流失、湖水污染、緩解市政汛期排水壓力和城市旱澇災害等環(huán)境問題起到了積極作用，有利于改善生態(tài)環(huán)境質量[12]。

5 結束語

雨水的資源化利用可以緩解城市的水資源短缺，助力城市可持續(xù)發(fā)展[13]。項目運行后，已先后有油田內外部30 余家企業(yè)前來參觀學習，并在油田和市區(qū)的生態(tài)建設工作會議上介紹工作經驗，且已在一些企業(yè)進行推廣，產生了較廣泛的社會影響。對于大型企業(yè)踐行習近平生態(tài)文明思想、推進綠色低碳發(fā)展、創(chuàng)建節(jié)水型企業(yè)，將產生不可估量的示范引領作用。