雨水利用在延安新區城市水土保持示范工程中的應用

孫中媛,師夢嬌

(1.哈巴河縣水資源中心，新疆 哈巴河 836700;2.西安理工大學水利水電土木建筑研究設計院，陜西 西安710000)

1 引言

城市水土保持是城市化進程中的必然結果。城市化是農村變城市、農業人口轉變為城市人口的過程。在城市基礎設施大規模建設的同時，也造成了嚴重的城市水土流失。而雨水作為重要的水資源，收集利用雨水可以有效地緩解城市化帶來的水土流失現象和雨水產生的洪澇現象，收集的雨水可用于園區灌溉，并減少園區景觀對淡水資源的需求量[1]。

2 項目背景

本項目位于延河以北，延安新區市區以西。場地呈方形，東西直線距離為201 m，南北最長直線距離為472 m，土地總面積為57.3 hm2，其中園區北部22.43 hm2，南部34.81 hm2。為貫徹《水土保持法》，通過對雨水的收集再利用，以原地貌為基礎，著力打造一個充分展示城市生態濕地雨洪調蓄作用的城市水保示范工程。

項目區位于華北陸臺鄂爾多斯單斜構造的東南角，在成份和構造上屬中生代沉積巖系。經過大范圍地形整治后，區內地基復雜多變。在整治過程中，為了消除由原土基土體的壓縮固結沉降和濕陷性黃土的濕陷沉降引起的場地沉降和不均勻沉降，對原有地質地形進行了填挖壓實。從項目區的整體組成來看，有挖方區、填方區和挖填交界區，在填挖交界區不宜做下沉式綠地、植草溝等海綿設施[2]，因項目區屬于濕陷性黃土區，地基應注意防滲。

3 雨水收集利用系統

3.1 雨水收集措施

(1)植草溝

植草溝是通過模擬自然綠地而人為設計和建造的具有可控性和工程化特點的海綿設施。植草溝利用溝渠和植物的協同作用來實現雨水的收集、轉輸以及凈化。植草溝做法由下至上依次為素土、防滲土工布、20 cm 厚砂卵石層、10 cm 厚中粗砂層、40 cm 厚種植土層、礫石覆蓋層。

(2)下沉式綠地

為便于收集路面雨水，園區綠地均低于路面20 cm，以便降低雨水徑流外排的能力[3]，下沉式綠地做法由下至上依次為素土、防滲土工膜、35 cm 厚砂石濾水層，10 cm 厚粗砂級配層，30 cm 厚種植土層，礫石覆蓋層。

(3)雨水花園

植草溝和下沉式綠地收集的雨水經盲管傳輸至雨水花園進行二次過濾，雨水花園做法由下至上依次為素土夯實，20 cm 厚3∶7 灰土墊層， 防滲土工膜，25 cm 厚砂卵石層，10 cm 厚中粗砂層、45 cm 厚種植土層、5 cm 厚植皮層。

(4)雨水調節塘

經雨水花園的雨水通過二次過濾后匯入雨水調節塘形成景觀水面，雨水調節塘做法由下至上依次為素土夯實，30 cm厚3∶7 灰土墊層，防滲土工膜，40 cm 厚砂卵石層。

結合延安當地的氣候條件，植草溝所種植植物選擇根系較深、抗沖擊的草本植物，具有一定的固土、防止水土流失的作用，并可增加雨水的滯留時間，起到一定的凈化作用，如高羊茅、黑麥草、萱草、鳶尾;下沉式綠地、雨水花園除了種植一些草本植物外，還應選擇一些耐淹且抗旱的喬、灌木類植物，如紫薇，南天竹，金銀花，紅葉石楠，紫葉李，金葉女貞等[4]。

3.2 北區雨水利用

北區植草溝與下沉式綠地通過鉛絲籠石相連，底部通過d100 PVC 透水管進行連接，縱坡比降為2‰，開孔率20%。透水管末端匯入雨水花園，雨水花園與雨水調節塘之間采用pe 管連接。通過植草溝和下沉式綠地收集的雨水，經雨水花園二次過濾后，集中至雨水調節塘內形成景觀水面，當雨水調節塘蓄滿，多余水補給至地下蓄水池，地下蓄水池收集的雨水可用于園區的日常灌溉及道路澆灑，蓄滿后排入市政管網。見圖1。

圖1 北區雨水收集利用流程

3.3 南區雨水利用

延安市區多年的降雨規律如下:夏季雨強大、歷時短、降雨次數逐年減少。已建成的排洪管網排洪初期的泥沙、漂浮物、懸移質較多，因此在雨水取水接入口，設計自動控制閥門，將排水初期渾濁的雨水沿原排水管排走，僅收集較為清潔的雨水資源引入園區蓄存凈化后利用。

南區雨水利用主要是通過布置進水管道連接現狀市政雨水管，并通過南區內部植草溝、下沉式綠地收集雨水，收集到的雨水引入雨水花園、雨水調節塘內形成水面，同時雨水經過雨水調節塘的沉淀和過濾后，將部分雨水蓄至地下蓄水池內進行利用。

雨水調節塘進水管處布置一座智能截流井，井內布置2座液壓啟動的不銹鋼閘門，通過井內液位計和井外雨量計進行自動控制，將初期降雨和中后期降雨的徑流分開，調蓄池內主要集蓄中后期雨量，調節塘滿后智能井分流口閘門關閉，多余雨水仍沿市政雨水管進行排泄。見圖2。

圖2 南區雨水收集利用流程

4 水量平衡分析

4.1 可供水量

水量平衡是雨水收集利用系統一個首先需要解決的問題。可收集雨水量計算如下:

式中:V表示可以收集的雨量;φ代表徑流系數;綜合考慮當地地塊特性及對雨水的涵養能力，采用10 年一遇24 小時降雨的雨洪利用標準，綜合徑流系數取0.4;H代表降雨量;A表示徑流面積; 表示季折減系數，取0.5; 為初期雨水徑流系數，取0.80。

項目區蒸發量及降雨量見表1，經計算，扣除蒸發和冬春季降水不可用水量(表2)，年平均可用水量為27295 m3。豐水年、平水年、枯水年的雨水回用量分別34055 m3、26454 m3、20729 m3。特枯年回水量為15663 m3。

表1 項目區降水量及蒸發量列表 單位:mm

表2 項目區可用水量計算成果

4.2 需水量

(1)綠化澆灌用水

根據園區規劃，綠化面積為25377 m2，占到園區總面積的43.98%;根據陜西省行業用水定額(DB61/T 943-2014)，綠化定額為2 L/(m2·d)，考慮到項目區屬于干旱半干旱地區，年蒸發量大而降雨量較小以及園區自身的重要性等因素，本次計算取用綠化定額為2.5 L/(m3·d)，則每次澆灑用水量為25377×2.5/1000=63 m3。由于綠化對于水質的要求較低，因此園區選用雨水回用進行綠化，進行綠化澆灑的次數綜合植物的生長特性、降水、季節氣候的變化等因素，最終確定的各月澆灑次數和用水量，見表3。

表3 綠化澆灌用水估算

由表3 可以看出，綠化澆灑所需年用水量為8740 m3，其中12 月、1 月、2 月處于植物非生長期用水量較小，僅為380 m3/月;4 月～10 月份屬于植物的整體生長期，用水量較大，11 月份屬于植物開始進行冬灌的時期，因此用水量也較大。

(2)道路澆灑用水

根據園區規劃，規劃道路總面積為12802 m2，占到園區總面積的22.4%;根據陜西省行業用水定額(DB61/T 943-2014)，道路廣場澆灑定額為2.5 L/(m2·d)，考慮到項目區屬于干旱半干旱地區，年蒸發量大而降雨量較小以及園區自身的重要性等因素，本次計算取用道路廣場澆灑定額為3.0 L/(m3·d)， 則每次澆灑用水量為12802×3.0/1000=38.4 m3。由于道路澆灑對于水質的要求不高，因此園區選用雨水回用進行道路澆灑，進行道路澆灑的次數綜合考慮季節氣候、降水、溫度等變化因素，最終確定的各月澆灑次數和用水量見表4。

表4 道路澆灑用水估算

(3)園區景觀需水量

根據園區景觀規劃，估算出園區在豐水期、平水期、枯水期所需水體體積分別為3000 m3、2000 m3、1000 m3。由此可知，園區的年最大需水量為3000 m3。

總的年用水量Qy=8740+2652+3000=14392 m3/a。

總來水量Wy(15663 m3) >總用水量Qy(14392 m3)，故可用水量能滿足需水量的要求。

5 結語

隨著社會的飛速發展，水土資源的大量流失，注重對雨水資源的收集和利用，不僅能夠有效緩解我國雨水短缺的相應問題，還能避免洪澇災害的發生，對維持社會的可持續發展具有重要意義，也是保障城市生態循環的關鍵所在。收集的雨水資源可以作為城市供水系統的輔助水源，相當于增加城市水資源可利用量，提高城市水資源承載能力，保障城市水資源的可持續利用和城市經濟的快速發展。本項目運用雨水收集及處理技術方法，收集利用這一無成本的資源，不僅節約了水資源，而且在涵養地下水源、控制雨水徑流污染、改善區域生態環境等方面具有廣泛意義。