孙中媛,师梦娇

(1.哈巴河县水资源中心，新疆 哈巴河 836700;2.西安理工大学水利水电土木建筑研究设计院，陕西 西安710000)

1 引言

城市水土保持是城市化进程中的必然结果。城市化是农村变城市、农业人口转变为城市人口的过程。在城市基础设施大规模建设的同时，也造成了严重的城市水土流失。而雨水作为重要的水资源，收集利用雨水可以有效地缓解城市化带来的水土流失现象和雨水产生的洪涝现象，收集的雨水可用于园区灌溉，并减少园区景观对淡水资源的需求量[1]。

2 项目背景

本项目位于延河以北，延安新区市区以西。场地呈方形，东西直线距离为201 m，南北最长直线距离为472 m，土地总面积为57.3 hm2，其中园区北部22.43 hm2，南部34.81 hm2。为贯彻《水土保持法》，通过对雨水的收集再利用，以原地貌为基础，着力打造一个充分展示城市生态湿地雨洪调蓄作用的城市水保示范工程。

项目区位于华北陆台鄂尔多斯单斜构造的东南角，在成份和构造上属中生代沉积岩系。经过大范围地形整治后，区内地基复杂多变。在整治过程中，为了消除由原土基土体的压缩固结沉降和湿陷性黄土的湿陷沉降引起的场地沉降和不均匀沉降，对原有地质地形进行了填挖压实。从项目区的整体组成来看，有挖方区、填方区和挖填交界区，在填挖交界区不宜做下沉式绿地、植草沟等海绵设施[2]，因项目区属于湿陷性黄土区，地基应注意防渗。

3 雨水收集利用系统

3.1 雨水收集措施

(1)植草沟

植草沟是通过模拟自然绿地而人为设计和建造的具有可控性和工程化特点的海绵设施。植草沟利用沟渠和植物的协同作用来实现雨水的收集、转输以及净化。植草沟做法由下至上依次为素土、防渗土工布、20 cm 厚砂卵石层、10 cm 厚中粗砂层、40 cm 厚种植土层、砾石覆盖层。

(2)下沉式绿地

为便于收集路面雨水，园区绿地均低于路面20 cm，以便降低雨水径流外排的能力[3]，下沉式绿地做法由下至上依次为素土、防渗土工膜、35 cm 厚砂石滤水层，10 cm 厚粗砂级配层，30 cm 厚种植土层，砾石覆盖层。

(3)雨水花园

植草沟和下沉式绿地收集的雨水经盲管传输至雨水花园进行二次过滤，雨水花园做法由下至上依次为素土夯实，20 cm 厚3∶7 灰土垫层， 防渗土工膜，25 cm 厚砂卵石层，10 cm 厚中粗砂层、45 cm 厚种植土层、5 cm 厚植皮层。

(4)雨水调节塘

经雨水花园的雨水通过二次过滤后汇入雨水调节塘形成景观水面，雨水调节塘做法由下至上依次为素土夯实，30 cm厚3∶7 灰土垫层，防渗土工膜，40 cm 厚砂卵石层。

结合延安当地的气候条件，植草沟所种植植物选择根系较深、抗冲击的草本植物，具有一定的固土、防止水土流失的作用，并可增加雨水的滞留时间，起到一定的净化作用，如高羊茅、黑麦草、萱草、鸢尾;下沉式绿地、雨水花园除了种植一些草本植物外，还应选择一些耐淹且抗旱的乔、灌木类植物，如紫薇，南天竹，金银花，红叶石楠，紫叶李，金叶女贞等[4]。

3.2 北区雨水利用

北区植草沟与下沉式绿地通过铅丝笼石相连，底部通过d100 PVC 透水管进行连接，纵坡比降为2‰，开孔率20%。透水管末端汇入雨水花园，雨水花园与雨水调节塘之间采用pe 管连接。通过植草沟和下沉式绿地收集的雨水，经雨水花园二次过滤后，集中至雨水调节塘内形成景观水面，当雨水调节塘蓄满，多余水补给至地下蓄水池，地下蓄水池收集的雨水可用于园区的日常灌溉及道路浇洒，蓄满后排入市政管网。见图1。

图1 北区雨水收集利用流程

3.3 南区雨水利用

延安市区多年的降雨规律如下:夏季雨强大、历时短、降雨次数逐年减少。已建成的排洪管网排洪初期的泥沙、漂浮物、悬移质较多，因此在雨水取水接入口，设计自动控制阀门，将排水初期浑浊的雨水沿原排水管排走，仅收集较为清洁的雨水资源引入园区蓄存净化后利用。

南区雨水利用主要是通过布置进水管道连接现状市政雨水管，并通过南区内部植草沟、下沉式绿地收集雨水，收集到的雨水引入雨水花园、雨水调节塘内形成水面，同时雨水经过雨水调节塘的沉淀和过滤后，将部分雨水蓄至地下蓄水池内进行利用。

雨水调节塘进水管处布置一座智能截流井，井内布置2座液压启动的不锈钢闸门，通过井内液位计和井外雨量计进行自动控制，将初期降雨和中后期降雨的径流分开，调蓄池内主要集蓄中后期雨量，调节塘满后智能井分流口闸门关闭，多余雨水仍沿市政雨水管进行排泄。见图2。

图2 南区雨水收集利用流程

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统一个首先需要解决的问题。可收集雨水量计算如下:

式中:V表示可以收集的雨量;φ代表径流系数;综合考虑当地地块特性及对雨水的涵养能力，采用10 年一遇24 小时降雨的雨洪利用标准，综合径流系数取0.4;H代表降雨量;A表示径流面积; 表示季折减系数，取0.5; 为初期雨水径流系数，取0.80。

项目区蒸发量及降雨量见表1，经计算，扣除蒸发和冬春季降水不可用水量(表2)，年平均可用水量为27295 m3。丰水年、平水年、枯水年的雨水回用量分别34055 m3、26454 m3、20729 m3。特枯年回水量为15663 m3。

表1 项目区降水量及蒸发量列表 单位:mm

表2 项目区可用水量计算成果

4.2 需水量

(1)绿化浇灌用水

根据园区规划，绿化面积为25377 m2，占到园区总面积的43.98%;根据陕西省行业用水定额(DB61/T 943-2014)，绿化定额为2 L/(m2·d)，考虑到项目区属于干旱半干旱地区，年蒸发量大而降雨量较小以及园区自身的重要性等因素，本次计算取用绿化定额为2.5 L/(m3·d)，则每次浇洒用水量为25377×2.5/1000=63 m3。由于绿化对于水质的要求较低，因此园区选用雨水回用进行绿化，进行绿化浇洒的次数综合植物的生长特性、降水、季节气候的变化等因素，最终确定的各月浇洒次数和用水量，见表3。

表3 绿化浇灌用水估算

由表3 可以看出，绿化浇洒所需年用水量为8740 m3，其中12 月、1 月、2 月处于植物非生长期用水量较小，仅为380 m3/月;4 月～10 月份属于植物的整体生长期，用水量较大，11 月份属于植物开始进行冬灌的时期，因此用水量也较大。

(2)道路浇洒用水

根据园区规划，规划道路总面积为12802 m2，占到园区总面积的22.4%;根据陕西省行业用水定额(DB61/T 943-2014)，道路广场浇洒定额为2.5 L/(m2·d)，考虑到项目区属于干旱半干旱地区，年蒸发量大而降雨量较小以及园区自身的重要性等因素，本次计算取用道路广场浇洒定额为3.0 L/(m3·d)， 则每次浇洒用水量为12802×3.0/1000=38.4 m3。由于道路浇洒对于水质的要求不高，因此园区选用雨水回用进行道路浇洒，进行道路浇洒的次数综合考虑季节气候、降水、温度等变化因素，最终确定的各月浇洒次数和用水量见表4。

表4 道路浇洒用水估算

(3)园区景观需水量

根据园区景观规划，估算出园区在丰水期、平水期、枯水期所需水体体积分别为3000 m3、2000 m3、1000 m3。由此可知，园区的年最大需水量为3000 m3。

总的年用水量Qy=8740+2652+3000=14392 m3/a。

总来水量Wy(15663 m3) >总用水量Qy(14392 m3)，故可用水量能满足需水量的要求。

5 结语

随着社会的飞速发展，水土资源的大量流失，注重对雨水资源的收集和利用，不仅能够有效缓解我国雨水短缺的相应问题，还能避免洪涝灾害的发生，对维持社会的可持续发展具有重要意义，也是保障城市生态循环的关键所在。收集的雨水资源可以作为城市供水系统的辅助水源，相当于增加城市水资源可利用量，提高城市水资源承载能力，保障城市水资源的可持续利用和城市经济的快速发展。本项目运用雨水收集及处理技术方法，收集利用这一无成本的资源，不仅节约了水资源，而且在涵养地下水源、控制雨水径流污染、改善区域生态环境等方面具有广泛意义。