大學(xué)校園雨水收集與利用可行性研究

趙慶玲+趙瑜+葉惠珠+李海榮

摘要：通過對云南師范大學(xué)文理學(xué)院新校區(qū)可收集利用雨水量進(jìn)行分析計算，在合理考慮雨水收集利用率前提下，得出了校區(qū)年可收集利用雨水52879 m3，可節(jié)約一定自來水用量，同時也彌補了職教園區(qū)供水不足帶來的用水問題。

關(guān)鍵詞：大學(xué)校園；雨水收集；雨水利用

中圖分類號：TU986

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）17-0045-02

1 引言

由于大學(xué)生多為住校制，學(xué)習(xí)和生活都在校園內(nèi)，因此大學(xué)校園用水量較大。而大學(xué)校園具有大面積的屋面、廣場、道路，有較大的匯水面積；且校園內(nèi)環(huán)境良好、污染較少，雨水受污染程度較輕，是較好的雜用水水源。將雨水進(jìn)行收集、儲存、回用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。筆者將以云南師范大學(xué)文理學(xué)院新校區(qū)雨水收集與利用系統(tǒng)規(guī)劃為例，說明大學(xué)校園雨水收集和利用的可行性。

2 項目概況

云南師范大學(xué)文理學(xué)院新校區(qū)位于云南省嵩明縣楊林職教園區(qū)，學(xué)校現(xiàn)有在校學(xué)生15000余人，一期用地500畝，擴(kuò)建后達(dá)570畝，有教學(xué)樓、實訓(xùn)樓、辦公樓、圖書館、體育館、學(xué)生宿舍、后勤樓等，總建筑面積達(dá)到222500 m2。

3 可收集雨水量計算

楊林鎮(zhèn)境內(nèi)氣候受大陸和海洋的影響，年平均氣溫14.1℃，日照1971.2 h，多年平均降雨量866.7 mm，雨水集中在5～10月，各月年平均降雨量數(shù)值見表1。

量，m；A為徑流面積，m2；α為季節(jié)折減系數(shù)，取0.85；β為初期雨水棄流系數(shù)，取0.87。

根據(jù)云南師范大學(xué)文理新校區(qū)校園雨水排放現(xiàn)狀、地形地勢、用地情況、規(guī)劃布局，將校園劃分為了3個匯流區(qū)域。區(qū)域1主要為教學(xué)活動、辦公區(qū)域，包括了教學(xué)樓、實訓(xùn)樓、后勤辦公樓、綜合樓等建筑，以及紅旗廣場，總匯水面積為140050 m2，本區(qū)域主要為建筑和硬化路面，綜合徑流系數(shù)取值0.7；區(qū)域2主要為圖書館、食堂、1～8棟學(xué)生公寓、綠地，總匯水面積為11850 m2，本區(qū)域有大面積綠地，因此綜合徑流系數(shù)取值為0.5；區(qū)域3主要為9～16棟學(xué)生公寓、體育館、運動場、綠地，總匯水面積為126258 m2，本區(qū)域有大面積綠地和田徑運動場地，因此綜合徑流系數(shù)取0.35。逐月計算各區(qū)域可收集雨水量，計算結(jié)果如表2。

4 雨水用量計算

由于職教園區(qū)供水不足，經(jīng)常發(fā)生斷水，本次規(guī)劃考慮將雨水作為生活雜用水（主要作為教學(xué)樓和辦公樓等建筑沖廁、拖地）、園林灌溉用水。

根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》[2]第3.1.10條規(guī)定，高等院校教學(xué)樓、實驗樓每生生活用水量為40～50L/d，取50L/d，楊林校區(qū)學(xué)生人數(shù)為10000人，按每年用水天數(shù)270考慮，則教學(xué)樓年生活用水量為：50×10000×270÷1000=135000 m3，每月用水量為15000 m3，每日用水量為500 m3。

校園內(nèi)綠化面積為162300 m2，根據(jù)《室外給水設(shè)計規(guī)范》[3]規(guī)定，澆灑草坪、綠化年平均灌水定額取1.5 L/（m2·d），按每年6個月、每月按30 d計算。則校園年綠化用水量為：1.5×162300×6×30÷1000=43820 m3，每月用水量為7300 m3，每日用水量為250 m3。

5 雨水收集和利用措施

在考慮雨水收集時，盡量做到低影響、低成本。校園內(nèi)排水體制為雨污分流制，已有雨水暗溝收集教學(xué)樓、宿舍樓、食堂等建筑的雨水，可加以利用。收集道路雨水可在道路兩側(cè)增加雨水口及雨水管道。在每個區(qū)域地勢較低點安置儲水池，可做到重力收集。

國外已有較多雨水回用于生活雜用水、澆灑綠地的案例[4]，國內(nèi)也逐漸加強(qiáng)對雨水收集利用的研究。初期雨水一般漢污染物濃度較高，采用棄流裝置對初期雨水進(jìn)行棄流。校園雨水水質(zhì)總體較好，但也因地表類型不同也有所區(qū)別，屋面雨水水質(zhì)優(yōu)于道路廣場雨水水質(zhì)，COD含量為20～40 mg/L，SS含量25～50 mg/L，氨氮含量1.5～2 mg/L ，pH值6～7[5]。根據(jù)《污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范》[6]、《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》[7]，生活雜用水和綠化用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

可見雨水水質(zhì)比回用水標(biāo)準(zhǔn)略超標(biāo)，采用簡單的處理辦法去除部分COD和采用投加絮凝劑、沉淀的方法處理后即可達(dá)到使用要求。處理流程如圖1所示。

6 雨水回用經(jīng)濟(jì)效益分析

6.1 投資成本分析

本系統(tǒng)增加了部分雨水收集管道、調(diào)節(jié)池、濾罐、儲水池、回用水泵、消毒設(shè)備等。增加管道長度約1.4 km，管徑為DN400～DN700；區(qū)域1收集到的雨水用于教學(xué)區(qū)域的生活雜用水，按儲存兩日生活雜用水量考慮，儲水池容積為1000 m3；教學(xué)區(qū)域生活用水按每日用水12 h，時變化系數(shù)取2.0[2]，則回用水泵流量100 m3/h，揚程40 m。區(qū)域2收集到的雨水用于校園綠化、澆灑道路，考慮儲存兩日綠化用水量，儲水池容積為540 m3，回用水泵流量40 m3/h，揚程30 m。區(qū)域3由于沒有空地建雨水收集利用系統(tǒng)，此流域雨水外排至校園外市政雨水管網(wǎng)。增加沉淀池、紫外線消毒器等設(shè)備，本項目總投資約90萬元。

6.2 運行成本分析

本項目運行費用主要為回用水泵電耗、紫外線消毒器電耗、絮凝劑費用。年耗電量約為31620 kW，按0.5元/kW電費考慮，電費及藥劑費約為1.6萬元。設(shè)備每年的維護(hù)費按工程投資的1%考慮，則設(shè)備維護(hù)費為1.1萬元。本項目操作簡單，可考慮由學(xué)校設(shè)備中心人員兼職，管理人員工資按8000元/年計，則本項目年運行成本為3.5萬元。

6.3 效益分析

由于降水的不均衡性，收集利用雨水時需考慮徑流雨水利用率，日降雨量大于1000 m3（儲水池容積）時，多于雨水將通過溢流裝置排放出去，由楊林鎮(zhèn)降雨資料分析，徑流雨水利用率按0.7考慮，區(qū)域1年產(chǎn)生雨水量為51552 m3，則雨水有效收集利用量為36086 m3；區(qū)域2年產(chǎn)生雨水量為23990m3，則雨水有效收集利用量為16793 m3，所以年節(jié)約用水量為52879 m3，按2.0元/m3水價計算每年節(jié)約水費10.6萬元，扣除運行成本之后，年節(jié)約用水成本7.1萬元，運行13年可收回成本，實現(xiàn)盈利。

7 結(jié)語

校園內(nèi)利用地形高差，合理劃分排水流域，可實現(xiàn)重力收集雨水；雨水水質(zhì)較優(yōu)，經(jīng)過簡單處理即可實現(xiàn)回用。在學(xué)校規(guī)模逐漸擴(kuò)大、水資源日益短缺的情況下，加強(qiáng)雨水的利用具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]余占環(huán)，丁志斌.蘇州某廠區(qū)雨水收集利用方案設(shè)計[J].給水排水，2008，34（5）：42～46.

[2]中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會組織.建筑給水排水設(shè)計規(guī)范：GB50015-2010[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]上海市政工程設(shè)計院.室外給水設(shè)計規(guī)范：GB50013-2016[S].上海：中國計劃出版社，2016.

[4]【美】H·K·萊瓦里奧.吳俊奇譯.雨水設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[5]陳淑芳，王雪峰，校園雨水水質(zhì)分析及處理回用技術(shù)試驗[J].凈水技術(shù)，2017，36（7）：62～66.

[6]住房城鄉(xiāng)建設(shè)部.污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范：GB50335-2016[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

[7]中國建筑設(shè)計研究院.建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范GB50400-2016[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.endprint