基于景观整合的绿地雨水收集及回用系统设计

wbj

基于景观整合的绿地雨水收集及回用系统设计

摘要： 采用两种方式进行绿地雨水的收集，将地面绿化、屋顶绿化及植物与水体景观进行整合，形成完整、高效的地面屋面绿地雨水集储系统，实现绿地景观的环保、低碳、生态与可持续发展。

关键词： 雨水  收集   回用   景观   节能

1 前言

      德州市位于山东省西北部，东西宽22km，南北长175km，总面积10356km2。属于半湿润季风气候区域，多年平均降雨量527.2mm，降雨75%以上集中在6-9月，水资源总量11.53亿m3，人均水资源占有量211 m3，仅为全国的10%，全省的60%，水资源严重匮乏，供需矛盾十分突出。随着城市建设和经济的发展，德州市绿地面积发展迅速，2012年提出创建“国家园林城市”的目标，绿地面积的增加势必导致园林用水量的增加。

雨水是一个城市水资源的主要来源之一，对补充城市水资源和改善生态环境起着关键的作用。现代城市雨水利用是一种新型的多目标综合性技术，其推广应用有着广泛而深远的意义。目前，在我国城市中，雨水资源的回收利用在北京、上海等一线城市已开展相关研究并进入初步实施阶段，大多数城市在应用上还是一片空白，每年造成城市雨水资源的大量流失。

本设计结合小区绿化，运用高效的绿地雨水收集与再利用技术措施，构建能在后期养护管理中保持最少资源消耗和最小成本投入、长期获得最大生态与景观功能的节约型园林绿地综合系统，对于缓解德州地区的绿化用水紧张、节能减排、构建丰富实用的植物与水体景观具有重要的意义。   

2   国内外研究进展

2．1 德国雨水集储利用技术

上世纪80年代开始，世界各国就开始探索雨水的资源化，德国是欧洲开展此项工程最早、技术最发达、实施状况最好的国家之一，1989年就出台了雨水利用设施标准。

目前德国的雨水利用技术已经进入标准化、产业化阶段，市场上已大量存在收集、过滤、储存、渗透雨水的产品，可以完成雨水截污、调蓄、过滤、渗透、提升过程。截至1999年，德国约有20万套雨水利用设备投入使用，取得了良好的环境效益和社会效益。

德国的城市雨水利用方式有多种：道路雨水通过下水道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充地下水。城市街道雨水管道口均设有截污挂篮，以拦截雨水径流携带的污染物；城市地面使用可渗透的地砖，以减小径流；行道树周围以疏松的树皮、木屑、碎石、镂空金属盖板覆盖；小区沿着排水道建有渗透浅沟，表面植有草皮，供雨水径流流过时下渗；超过渗透能力的雨水则进入雨水池或人工湿地，作为水景或继续下渗。先进的小区甚至建造出集太阳能、风能和雨水综合利用于一体的生态建筑。

2.2日本雨水集储利用技术

日本政府十分重视对雨水的利用。早在1980年，日本建设省就开始推行雨水贮留渗透计划，有效地补充涵养地下水，复活泉水，恢复河川基流，改善生态环境条件。利用雨水贮留渗透的场所一般为公园、绿地、庭院、停车场、建筑物、运动场和道路等，采用的渗透设施有渗透池、渗透管、渗透井、透水性铺盖、浸透侧沟、调节池和绿地等。

此外，日本还在一些城市的建筑物上设计了收集雨水的设施，将收集到的雨水用于消防、植树、洗车、冲厕所和冷却水补给等，也可以经处理后供居民饮用。

2.3我国雨水集储利用现状

我国对城市的水资源的利用主要着眼于地表和地下水资源的开发，不重视城市雨水汇集径流的利用，任其排放，一方面造成水资源的浪费，另一方面又大量排放雨水导致城市水涝、水体污染和生态环境恶化。

真正意义上的城市雨水利用起步较晚，目前主要在缺水地区有一些小型、局部的非标准性应用，比较典型的有山东的长岛县、大连的獐子岛、浙江省舟山市、葫芦岛等地区的雨水集流利用工程。大中城市的雨水利用基本处于探索与研究阶段，但已显示出良好的发展势头，如北京、上海、大连、哈尔滨、西安、昆明、沈阳等许多城市相继开展多项研究，其中，北京由于缺水形势严峻及国际化城市对生态设计的需求，发展步伐较快，已有部分雨水收集示范项目实施并投入使用，但未获得大范围的推广，更多的雨水收集设备和装置处于开发推广阶段，需要强有力支持措施。目前，德州市绿地雨水收集与回用系统的相关研究未见报道。　

　

3   基于景观整合的绿地雨水收集及回用系统设计方案

3.1 系统技术路线

在本设计中，我们采用了“屋面收集、屋面存储”与“地面收集、地面存储”相结合的技术路线，能够满足地面绿化和屋顶绿化的双重需求。地面收集系统与传统方式相似；屋面收集系统则利用了雨水本身具有的重力势能将其留在屋面而后加以利用，实现整个屋面雨水收集利用过程对传统能源的零消耗。

图1 技术路线

      屋面收集系统适用于目前德州市多数具有平坦顶面的多层建筑。系统充分利用平坦的建筑屋面、采用空中雨水花园形式来完成收集与初步净化，将雨水收集在标准雨水蓄水模块内，多个标准蓄水模块可以叠加成不同的形状，如长方体、立方体、不规则几何体等，可以集中大规模“块状”、“线状”安装，亦可分散成“点状”安装，适合多层建筑不同形状的屋面。经过植物与储水模块过滤的雨水在自身重力势能作用下，可以直接用于地面绿化的喷灌系统、微灌系统、小型水景营造，多余部分可以存储在地面储水装置中或者通过回灌井来回灌土壤。地面雨水收集采用下凹式绿地（卵石）收集系统，经过沉沙装置、过滤装置，存储在地面储水系统中用于地面绿化。屋面与地面雨水的收集及利用可以分别单独进行，也可以耦合在同一系统中。

3.2  关键技术设计

3.2.1 屋顶绿地雨水集蓄系统的设计

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image022.gif

图2 屋顶雨水集储装置示意图

由图2可以看到，在屋面雨水集储系统中，屋面雨水的收集系统主要由屋面种植层完成。孙常磊以西安理工大学屋面雨水水质为研究对象，分析认为初期的雨水径流水质不容乐观。因此，我们在屋面收集系统中结合屋顶绿化的实施，采用空中雨水花园形式来完成收集与初步净化。屋顶雨水花园的种植层结构见图3。

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image032.gif

图3  屋顶雨水花园的种植层结构

3.2.1 地面下凹式绿地雨水集蓄系统的设计

结合绿化，地面采用下凹式雨水集储系统。下凹式绿地也可以用景观卵石替代。系统结构如图4所示。

雨水进入下凹式绿地或者景观卵石渠后，经过植物（图3种植层的结构参照雨水花园）或卵石缝隙初步净化，通过有轻微倾斜度的管道进入沉砂池，经过沉淀与泥沙过滤装置，进入储水池，储水池设溢流管接通排污管道。

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image037.gif

图4下凹式绿地雨水集储系统

4. 创新性与应用推广

通过对当前雨水收集利用方式的分析，我们知道对于雨水的收集一般有两种方式，一是雨后地表径流的收集，二是建筑物屋面雨水的收集。在本设计中，我们采用了“屋面收集、屋面存储”与“地面收集、地面存储”相结合的技术路线，能够满足地面绿化和屋顶绿化的双重需求，利用雨水本身具有的重力势能将其留在屋面而后加以利用，实现整个雨水收集利用过程对传统能源的零消耗。具有以下创新点：

1.充分利用天然雨水资源，节约淡水资源，节能环保并可持续发展；

2.将建筑景观、屋面景观（屋顶雨水花园）、植物造景景观与地面水景景观整合在一起；

3.节约土地，不额外占用空间，且施工方便，适合各种形状的多层建筑。

4.屋面雨水系统利用了雨水自身重力势能，减少电能等传统能源，保持绿地后期养护管理中最少资源的消耗与成本的投入。

在应用方面，本设计结合屋面绿化、建筑物、园林构筑物等的外观设计和各种水景设施来净化和收集利用雨水，并把雨水作为地面绿地、地面水体景观及屋顶绿地浇灌用水的来源，无需较大的资金投入，技术路线简明，实施方便，在理论上可在小区绿化、公园部分绿化中逐步实施。具体细节与工程设计，涉及到结构工程、土壤学、景观规划、种植设计等多个专业与部门的人团队合作共同完成。

参考文献

[1]University of Wiscons in Extents ion and Wiscons in Department of NaturalResources. Rain Gardens: A household Way to Improve Water Quality in Your Community[M].Wisconsin: University of Wiscons in Extension, 2002: 6-7

[2]向璐璐，李俊奇，邝诺等. 雨水花园设计方法探析[J ]. 给水排水，2008（6）：47-51

[3]Roger Bannerman, Ellen Considine. Rain Gardens: A How to Manual for Homeowners[M]. Wiscons in: University of Wiscons in Extension, 2003: 9-10

[4]李强. 以怡馨花园绿地雨水收集再利用工程的研究论城市节约型园林绿地建设[J].中国园林，2008（9）：83-88

[5]左建兵，刘昌明，郑红星.北京市城区雨水利用及对策[J]. 资源科学，2008，30（7）：990-998

[6]殷波.城市雨水利用探讨[J]. 工业安全与环保,2008,34（8）：23-26

[7]宋进喜，李怀恩，王伯锋等.西安市雨水资源化及其利用的探索[J]. 水土保持学报，2002，16（3）：102-105

[8]马乃喜，尹怀庭，马俊杰等.西安生态环境建设研究[M]. 西安:西安地图出版社,1999.：21-22

[9]李俊奇,车武.德国城市雨水利用技术考察分析[J]. 城市环境与城市生态，2002，15（1）：47-49

[10]黄亚伟.西安市城市雨水利用可行性与技术方案研究[D]. 西安建筑科技大学硕士论文,2006：12-13

[11]孙常磊.西安城市雨水利用分区及不同下垫面雨水径流水质研究[D]. 西安理工大学硕士学位论文,，2005：35

[12]郭凤台，朱磊.北方城市雨水利用工水科学与工程技术，2005（4）：9-11

[13]任树梅，杨俊，李建牢等.国内外雨水资源利综述[J]. 自然资源学报，2000，14（l）：81-92

[14]刘兰岚，杨凯，程江等.雨水调蓄工程与城市绿地建设结合途径初探[J]. 沈阳农业大学学报，2006，37（4）：631-634