羅利順，殷 園，戴綏平，姚 韌

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院，湖南 長(zhǎng)沙 410007）

雨水是每個(gè)城市都擁有的天然資源，當(dāng)雨水作為一種滿足人們生活和生產(chǎn)以及生態(tài)環(huán)境需要的物質(zhì)資料時(shí)，就成為雨水資源。雨水資源具有利用簡(jiǎn)單方便、處理價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，可以緩解城市水資源危機(jī)，且合理充分利用雨水資源還可以防止城市內(nèi)澇，對(duì)調(diào)節(jié)和補(bǔ)充地下水也有幫助，所以城市雨水資源化利用是一種經(jīng)濟(jì)的、生態(tài)的用水方式，會(huì)給城市帶來良好的生態(tài)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 學(xué)校地形概況

湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院校區(qū)地形高差變化較大，自西向東地勢(shì)逐漸升高，形成明顯的三級(jí)臺(tái)地分布，Ⅰ級(jí)臺(tái)地位于校區(qū)東側(cè)，地形標(biāo)高為67.1～67.5 m，面積43 363 m2，其中綠地面積11 541 m2，道路廣場(chǎng)23 457 m2，屋頂面積8 365 m2，主要分布有培訓(xùn)樓、培訓(xùn)食堂、療養(yǎng)院2 棟、學(xué)生公寓4 棟、東院食堂；Ⅱ級(jí)臺(tái)地位于校區(qū)中部，地形標(biāo)高為63.1～63.5 m，面積33 038 m2，其中綠地面積14 231 m2，道路廣場(chǎng)10 749 m2，屋頂面積8 058 m2，主要分布有實(shí)訓(xùn)樓、圖書館、西院食堂、學(xué)生浴室、學(xué)生宿舍及公寓4 棟、教工宿舍2棟；Ⅲ級(jí)臺(tái)地位于校區(qū)西側(cè)，地形標(biāo)高為48.0～55.6 m，面積13 029 m2，其中綠地面積1 761 m2，道路廣場(chǎng)3 372 m2，屋頂面積7 896 m2，主要分布有教學(xué)樓、體育館、臨時(shí)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)、學(xué)府佳院。

2 雨水集蓄利用方案

由于學(xué)校的高落差多級(jí)臺(tái)階地勢(shì)，加之校園內(nèi)路面多為非透水性硬化地面，阻斷了降水入滲補(bǔ)給地下水的途徑。雨水降落屋頂、地面，極易形成較大的地表徑流，暴雨季節(jié)還會(huì)造成排水不暢，形成內(nèi)澇，時(shí)常發(fā)生大量雨水漫過樓梯臺(tái)階的景象（圖1），Ⅲ級(jí)臺(tái)地低洼地帶尤為嚴(yán)重。大量雨水白白流走，造成水資源浪費(fèi)的同時(shí)，也帶來環(huán)境污染和安全隱患等問題。

目前學(xué)院校區(qū)并沒有對(duì)雨水資源進(jìn)行合理利用，完全可以將校園內(nèi)的雨水經(jīng)過處理后進(jìn)行回用，減少自來水的使用量，收集的校園內(nèi)的雨水經(jīng)處理后可回用于沖廁、綠化灌溉、道路廣場(chǎng)澆灑、洗車、景觀水體等用途。

圖1 學(xué)校未利用的雨水

學(xué)校Ⅰ、Ⅱ級(jí)臺(tái)地原有兩個(gè)供水池，容積分別為400 m3和800 m3，現(xiàn)已廢棄，本次可以利用這兩個(gè)供水池集蓄Ⅰ、Ⅱ級(jí)臺(tái)地雨水，Ⅲ級(jí)臺(tái)地教學(xué)樓西北角原水泵運(yùn)行實(shí)訓(xùn)室有一座地下水池，可用容積較小，經(jīng)過擴(kuò)容改造后，可集蓄Ⅲ級(jí)臺(tái)地雨水及Ⅰ、Ⅱ級(jí)臺(tái)地多余雨水，再通過提升泵站提升至Ⅰ、Ⅱ級(jí)蓄水池。見圖2。

圖2 雨水匯流示意圖

雨水收集回用系統(tǒng)是將雨水根據(jù)需求進(jìn)行收集后，并經(jīng)過對(duì)收集的雨水進(jìn)行處理達(dá)到符合設(shè)計(jì)使用標(biāo)準(zhǔn)后使用，應(yīng)設(shè)雨水收集、儲(chǔ)存、處理和回用水管網(wǎng)等設(shè)施。為防止雨水中較大的雜物進(jìn)入雨水收集系統(tǒng)堵塞管道及雨水收集處理設(shè)備，應(yīng)在系統(tǒng)中設(shè)置過濾裝置。根據(jù)學(xué)院校區(qū)下墊面情況，本次雨水收集系統(tǒng)主要包括屋頂雨水收集、地面雨水收集及綠地雨水收集。

屋頂雨水相對(duì)干凈，雜質(zhì)、泥沙及其他污染物少，可通過棄流和簡(jiǎn)單過濾后，直接排入蓄水系統(tǒng)，進(jìn)行處理后使用。地面雨水雜質(zhì)多，污染源復(fù)雜，在棄流和粗略過濾后，還必須沉淀才能進(jìn)入蓄水系統(tǒng)。參照《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50400-2016），宜采用下列處理工藝進(jìn)行處理。見圖3。

圖3 雨水處理工藝流程

本次設(shè)計(jì)雨水利用使用對(duì)象有沖廁、綠化、道路澆灑、洗車用水，收集雨水有屋面、道路廣場(chǎng)及綠地雨水。見圖4。

圖4 雨水集蓄利用總體方案

具體設(shè)備可參考水利部發(fā)布的《國(guó)家成熟適用節(jié)水技術(shù)推廣目錄（2019 年）》的“雨水集蓄利用”目錄選擇。

3 雨水利用供需分析

3.1 基本資料

湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院校區(qū)地處亞熱帶濕潤(rùn)地區(qū)，受季風(fēng)影響大。冬季多為西伯利亞干冷氣團(tuán)控制，氣候較干燥寒冷；夏季為低緯海洋暖濕氣團(tuán)所盤據(jù)，溫高濕重。具有“春溫多變、寒流頻繁、雨季明顯、四季分明”等特點(diǎn)。根據(jù)長(zhǎng)沙氣象站氣象資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì):多年平均降水量為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 兩月最多，占全年的29.3%。多年平均蒸發(fā)量為1 294.9 mm，主要集中在5—9 月，其中以7 月份蒸發(fā)量最大。經(jīng)計(jì)算學(xué)院校區(qū)50%、75%、90%頻率典型年降雨量成果見表1。

3.2 雨水資源量計(jì)算

1）綜合徑流系數(shù)。綜合徑流系數(shù)按下墊面種類加權(quán)平均計(jì)算，對(duì)學(xué)院校區(qū)不同用地類型的面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，參照《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50400-2016）中不同下墊面的徑流系數(shù)，計(jì)算校區(qū)的綜合徑流系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 學(xué)院校區(qū)50%、75%、90%頻率典型年降雨量成果表 mm

表2 學(xué)院校區(qū)綜合徑流系數(shù)

2）可利用雨水資源量。根據(jù)《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》，可利用雨水資源量計(jì)算采用如下公式：

W=10×ψ×h×F×β

式中 ψ——降雨徑流系數(shù)；

h——設(shè)計(jì)降水量（mm）；

F——匯水面積（hm2）；

β——初雨棄流系數(shù)。

初雨棄流系數(shù)根據(jù)降雨和水質(zhì)資料，路面、屋面定為0.8，綠地定為1。學(xué)院校區(qū)各級(jí)臺(tái)地可利用雨水資源量成果見表3。

表3 學(xué)院校區(qū)各級(jí)臺(tái)地可利用雨水資源量成果表

3.3 用水需求量

雨水優(yōu)先使用順序?yàn)榫坝^用水、綠化用水、循環(huán)冷卻用水、路面地面沖洗水、沖洗汽車用水、其它等，根據(jù)學(xué)院用水需求調(diào)查，本方案設(shè)計(jì)回收的雨水用于沖廁用水、日常綠化灌溉用水、道路澆灑用水、洗車用水等。

1）沖廁所需水量?？紤]利用雨水解決部分公共廁所沖洗用水，擬選擇靠近最低一級(jí)臺(tái)階的教學(xué)樓和學(xué)生宿舍一棟及附一棟。根據(jù)相關(guān)分析計(jì)算，教學(xué)樓和學(xué)生宿舍一棟及附一棟最高日生活用水量分別為150 m3/d、101 m3/d、36 m3/d。估算其中沖廁用水分別取97.5 m3/d、30.2 m3/d、10.8 m3/d。

2）綠化灌溉需水量。根據(jù)《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50555-2010）、《湖南省用水定額》（DB 43/T 388-2020），綠地用水定額采用60 L/（m2·月），噴灌、滴灌調(diào)節(jié)系數(shù)分別為0.7、0.64。學(xué)?，F(xiàn)有綠化面積27 533 m2，調(diào)節(jié)系數(shù)取0.66，則綠地日用水量為36.3 m3/d。

3）道路澆灑需水量。根據(jù)《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50555-2010）、《湖南省用水定額》（DB 43/T 388-2020），道路澆灑用水定額為2 L/（m2·d），學(xué)校現(xiàn)有道路廣場(chǎng)面積37 578 m2，則道路澆灑日用水量為75.2 m3/d。

4）洗車需水量。本次設(shè)計(jì)選擇教學(xué)樓西北角處，新建節(jié)水型智能洗車系統(tǒng)，洗車位為透水鋪裝地面，透水結(jié)構(gòu)墊層埋設(shè)透水花管收集入滲過濾后的雨水用于洗車。經(jīng)咨詢供應(yīng)商，采用毛刷隧洞式清洗方式單次洗車用水量為0.01 m3/車·次，學(xué)校現(xiàn)有公私汽車按150輛計(jì)算，一天清洗50 輛，日最高洗車用水為0.5 m3。

5）景觀水體補(bǔ)水量。校區(qū)西校門處有一景觀水體，水面面積410 m2，平均水深50 cm，根據(jù)《湖南省用水定額》（DB 43/T 388-2020），“城鄉(xiāng)市容管理-城市河湖環(huán)境”用水定額為50 L/（m3·月），日均景觀補(bǔ)水為0.34 m3。

學(xué)院校區(qū)雨水利用50%、75%、90%不同頻率降雨情況下需水量分別為48 474 萬(wàn)m3、52 392 萬(wàn)m3、53 175 萬(wàn)m3，成果見表4。

4 水量平衡計(jì)算分析

比較學(xué)院校區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)臺(tái)地不同頻率下各月的雨水資源量和需水量成果（圖5～圖7）可以看出，全年多數(shù)月份內(nèi)學(xué)院需水量大于雨水資源量或與之持平，說明雨水資源量基本可以得到有效利用。但從圖中也可以看出，部分月份由于雨水量豐富，需水量低于雨水資源，會(huì)造成該月內(nèi)雨水資源的浪費(fèi)，因此，需要利用學(xué)院校區(qū)內(nèi)的水池進(jìn)行年內(nèi)調(diào)節(jié)。

表4 校區(qū)雨水利用不同頻率降雨情況下各月需水量情況表

圖5 50%頻率降雨情況下可利用雨水量與需水量

圖6 75%頻率降雨情況下可利用雨水量與需水量

圖7 90%頻率降雨情況下可利用雨水量與需水量

將學(xué)院校區(qū)Ⅰ、Ⅱ級(jí)臺(tái)地每個(gè)月的匯流雨水量、水池蓄水量與需水量進(jìn)行水量平衡計(jì)算，富余水量匯入Ⅲ級(jí)臺(tái)地，再根據(jù)Ⅲ級(jí)臺(tái)地匯流雨水量、Ⅰ、Ⅱ級(jí)臺(tái)地匯入雨水量與需水量進(jìn)行水量平衡計(jì)算，計(jì)算得出50%、75%、90%不同頻率降雨情況下，為滿足學(xué)院校區(qū)教學(xué)樓和學(xué)生宿舍一棟及附一棟沖廁、綠化、道路澆灑、洗車及景觀補(bǔ)水所需新建調(diào)節(jié)水池容積。

經(jīng)過計(jì)算，50%頻率降雨情況下，為滿足學(xué)院校區(qū)雨水利用需水量要求需新建或改擴(kuò)建調(diào)節(jié)水池容積為766 m3；75%頻率降雨情況下，為滿足學(xué)院校區(qū)雨水利用需水量要求需新建或改擴(kuò)建調(diào)節(jié)水池容積為2 523 m3；90%頻率降雨情況下，為滿足學(xué)院校區(qū)雨水利用需水量要求需新建或改擴(kuò)建調(diào)節(jié)水池容積為3 625 m3。

根據(jù)水量平衡分析可知，在平水年（P=50%）所需調(diào)節(jié)水池容積為766 m3，超過原水泵運(yùn)行實(shí)訓(xùn)室地下水池容積。實(shí)際用水中，在充分利用雨水及其產(chǎn)生的地表下滲徑流的前提下，可根據(jù)需要，啟用屋頂水箱并適當(dāng)補(bǔ)充市政自來水。

5 結(jié) 語(yǔ)

雨水集蓄利用是節(jié)水型高校建設(shè)的重要組成部分。充分利用雨水資源，按照50%來水頻率估算，年節(jié)約取新水量2.38 萬(wàn)m3，按自來水價(jià)格2.48 元/m3計(jì)算，1 年至少可以節(jié)約水費(fèi)5.9 萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。通過雨水集蓄利用實(shí)例進(jìn)行節(jié)水教育與宣傳，在學(xué)生中建立起節(jié)水意識(shí)，形成節(jié)水習(xí)慣，并帶動(dòng)家人和朋友踐行節(jié)水行動(dòng)，發(fā)揮帶動(dòng)輻射作用，具有良好的社會(huì)效益。因此，在節(jié)水型高校建設(shè)中推廣雨水集蓄利用具有重大意義。