锦绣川水库管理处雨水综合利用工程简述

2019-02-16方长德

山东水利 2019年2期

周斌，张星，方长德

（1.济南市水利工程总公司，山东济南 250014；2.济南市郎茂山水库管理处，山东济南 250100）

山东省多年平均水资源总量303亿m3，人均水资源占有量只有334 m3，不足全国平均水平的1/6，仅为世界人均占有量的1/25，人均水资源量严重偏低。以目前用水水平及水资源保障现状测算，到2020年全省总需水量351亿m3；到2030年全省总需水量368亿m3。全省现状水功能区水质达标率仅为47%，其中Ⅰ类水体仅为1.4%，Ⅱ类水体为17.6%，Ⅲ类水体为23.2%，Ⅳ类水体为18.3%，Ⅴ类水体为6.3%，劣Ⅴ类水体则高达33.1%，水资源短缺和污染情况将会愈加严重。为解决水资源短缺、水灾害威胁、水生态退化三大水问题，强化雨水综合利用建设具有重要示范意义。下面简单介绍锦绣川水库管理处雨水综合利用示范工程。

1 工程概况

1.1 自然地理概况

锦绣川水库位于济南市南部山区，玉符河上游，锦绣川支流上，属黄河水系，控制面积166 km2。流域地处泰山北麓山区，属季风大陆性气候，春季少雨，多西南风；夏季炎热，雨量集中；秋季风高气爽；冬季寒冷干燥，多东北风。流域内山区山顶岩石裸露地表，丘陵地带遍布石渣土、岭沙土；山麓坡地分布黄土及红土，植被情况较好，特别是经过1984—2009年期间的小流域综合治理，森林覆盖率由原先的34%提高到65%。工程区范围属于水库管理用地，场区内地势高差变化较大，大部分区域相对较为平坦，地势呈北高南低、东高西低。场地最大高差为25m，坡度大部分区域在15°以下，坡向大部分区域为南向及西南向。

1.2 水文气象概况

济南地处中纬度地带，属于暖温带半湿润季风型气候。其特点是季风明显，四季分明，春季干旱少雨，夏季温热多雨，秋季凉爽干燥，冬季寒冷少雪。年平均气温13.8℃，无霜期178 d，年平均降水量665.7 mm。

锦绣川水库流域受泰山地形影响，降雨量一般较山前小。据1953—2009资料统计，水库流域内多年平均降水量为733 mm，年际变化较大，最大降水量为1 273 mm（1964年），最小年降水量为396 mm（1989年）。降水量年内分配也很不均匀，枯季少雨，汛期降雨集中，6～9月降水量占全年降水量75%左右，7～8月更为明显，占全年的51.2%，期间暴雨频繁、强度大、雨量多，易形成大暴雨洪水。径流与大气降水相似，但年际、年内变化更大。年径流量基本在150～200 mm之间。

1.3 总体布局

根据雨水汇集方向，园区在地势低洼地带设置一处生物滞留塘，面积284 m2；工程项目区域南部低洼且平坦处为下沉式绿地1处、面积910 m2；在项目区南部低洼处设置渗透塘1处，面积174 m2；园区入口处及竹林区内设置环形带状旱溪1处、面积256 m2；设置地下蓄水池2处。一处位于项目区入口处，用于截流旱溪来水以及项目区外经由此处流入项目区的客水；一处设置在园区西南低洼处，靠近生物滞留塘，便于雨水收集，容积分别为50 m3、100 m3。坡处采用沿等高线砌垒拦蓄雨水，根据地形及汇水方向，合理布置水平阶1处、面积448 m2；现状入院改造干道120 m，更有利于汇集雨水；干道截留26 m；在第一个蓄水池下游，布置瀑布1处。绿化面积671.4 m2，种植各种乔木、灌木178株；灌溉工程1 020 m。

院内西侧客水来水量较大，采取两道引流暗沟引水。依托自然山体特征进行布局，恢复其自然消化吸收雨水的状态，除了自身绿地消纳雨水外，增加下沉绿地、水平阶、生物滞留塘、渗透塘等延长雨水滞留时间，旱溪输导雨水为主，末端运用生物措施净化利用雨水。

2 工程措施

2.1 生物滞留塘

生物滞留塘由进水口、前置塘、沉泥区、排水口、溢流出水口、护坡及驳岸等构成。生物滞留塘边坡坡度一般不大于1∶3，塘底至溢流水位一般不小于0.6 cm。根据雨水汇集方向，园区在地势低洼地带设置一处生物滞留塘，雨水通过旱溪及地表径流汇入生物滞留塘。

根据该区域的调蓄容积计算，生物滞留塘面积163 m2，可调蓄雨水容积89 m3。生物滞留塘深度1 m，塘底人工夯实，铺设砾石蓄水层50 cm，上铺300 g/m2土工布3层，再铺设粗砂滤水层10 cm，最后覆盖30 cm厚种植壤土。在砾石蓄水层底部设置旁通管，将过滤的水量输送到蓄水池顶部的渗透粗砂层，经由通水管进入下部的蓄水池。旁通管由DN110PVC管制作，中间设置闸阀，以调节生物滞留塘的水位。PVC管长度视现场情况而定。

生物滞留塘通过将雨水滞留下渗来补充地下水并降低暴雨地表径流的洪峰，还可通过吸附、降解、离子交换和挥发等过程减少污染。其中浅坑部分能够蓄积一定的雨水，延缓雨水汇集的时间，土壤能够增加雨水下渗，缓解地表积水现象。净化的雨水通过地下暗管引导入地下蓄水池，储蓄利用。最终通过对生物滞留塘的合理规划与建造，使其达到示范和推广的效果。

2.2 下凹式绿地

下凹式绿地的下凹深度一般根据植物耐淹性能和土壤渗透性能确定，深度为0.15～0.2 m，且不宜大于0.2 m。下凹式绿地内设置溢流口，保证暴雨径流的溢流排放，溢流口顶部标高高于绿地5～10 cm。项目区南部东侧低洼地块，设计为下凹式绿地，便于雨水汇集，设计深度0.20 m。下凹式绿地的规格为长5～10 m、宽2～5 m，单个面积10～50 m2。连续布置，中间用土埂隔开。下凹式绿地面积910 m2，雨水有效调蓄容积为135 m3。各下凹式绿地为一个蓄水单元，各单元设计采用连通管连接，将整个绿地水系连通为一个整体。当绿地内水位高于5 cm时开始经由连通管溢流，水流最终引入至渗透塘。连通管采用土工布包裹粗砂形成，长度90 cm，两端各20 cm下弯埋入土中；宽度80 cm，厚度10 cm。

下凹式绿地施工方法：块地整塑翻地，挑出石块、树根和垃圾，整平成水平地块，种植苗木。土埂采用10%水泥土填筑夯实、整修平整、顺直，表面光滑。通过下凹式绿地收集场地中的径流雨水，当雨水流过地表浅沟，污染物在过滤、渗透吸收及生物降解的联合作用下被去除，植被同时也降低了雨水流速，使颗粒物得到沉淀，达到控制雨水径流的目的。

2.3 渗透塘

依地形及雨水汇集区域，在项目区南部低洼处设置渗透塘，雨水通过植草沟及地表径流汇入渗透塘。边坡坡度一般不大于1∶3，塘底至溢流水位不小于60 cm。根据调蓄容积计算，设计渗透塘面积174 m2，有效调蓄容积为76.8 m3。本工程溢流水位设计为30 cm，底部铺设壤土，壤土中掺入25%有机肥，用于种植水生植物。溢流管采用DN110PVC管，入水管口设置90°弯头（下弯），并用铁丝网包裹。水流引流至生物滞留塘。渗透塘可有效补充地下水、净化雨水、削减峰值流量，建设费用较低。

2.4 旱溪

园区入口处及竹林内设置环形带状旱溪，结构层次为砾石层、卵石层。根据汇水面积及调蓄容积，设计深度为 0.2～0.4 m，面积256 m2，可有效调蓄容积51.2 m3。旱溪尺寸依地形变化调整，要做到线型圆润美观。平均上口宽100 cm、下口宽40 cm、深度20 cm。边坡不低于1∶1，顶坡两侧1 m范围内种植草皮，同时散布自然石以美化景观，自然石量化粒径30～50 cm。底部砾石垫层厚度平均10 cm，表层用M10水泥砂浆砌河卵石，河卵石粒径5～10 cm，外露面需凹凸有致，不得光滑平整。纵向坡度根据地形而定，但不小于1%。

旱溪可有效滞留雨水，下渗补充地下水并降低暴雨地表径流的洪峰，兼具输水功能。旱溪断面形式多样，根据实际用地条件灵活设置，在用地宽敞的地方适当放大旱溪面积，并增加相对高差，沉淀上游来的雨水携带的泥沙，降低雨水由于长距离运输而携带的泥沙含量。

2.5 地下蓄水池

本工程设置地下蓄水池2处。一处位于项目区入口处，用于截流旱溪来水以及项目区外经由此处流入项目区的客水。客水由降水形成，水量较大。根据园区北部绿化喷灌需水量的要求，该水池容积设计为50 m3。一处地下蓄水池设置在园区西南低洼处，靠近生物滞留塘，便于雨水收集。根据园区雨水回用用水量，以及汇水区内降雨调蓄容积，设计地下蓄水池容积为100 m3。利用地下蓄水池储蓄净化后的雨水，更加有利于雨水积蓄，避免蒸发和再次污染。且具有节省占地，储存水量大等优点，雨水通过生物滞留塘等设施净化后，汇入蓄水池，用于绿化灌溉、洗车及冲厕，起到良好示范及推广效果。

水池池体为钢筋混凝土结构。采用标准图集05S804施工，按池顶覆土1 000 mm选型。关于图纸的选用和施工说明于下：

图集中的进出水管、溢流管及相关配套附件均取消；进人孔根据地形适当加高与地面平齐，安装标准铸铁井盖；顶板施工时，均匀布置安装DN25PVC管，管上下口均与混凝土面齐平，以便于汇集的雨水渗入水池。渗水管纵横相间距均为50 cm。池顶覆盖自下而上依次分别为300 g/m2土工布1层、粗砂层50 cm、300 g/m2土工布2层、壤土20 cm。50 m3水池顶粗砂层与旱溪的砾石层联通，并与客水引水管联通；100 m3水池顶粗砂层与滞留塘旁通管联通。池体混凝土浇筑完成后土方回填时，一定要确保夯填密实。混凝土浇筑时，注意在池壁适当位置预埋安装PE水泵出水管，管径根据潜水泵出水口确定。

2.6 透水铺装

项目区内步行道路均设计为透水性铺装。透水铺装线型为圆润曲线，平均宽度1.5 m，宽处2.0 m，窄处1.0 m。采用无砂混凝土及透水碎石铺装形式，设计透水铺装面积398 m2。

透水铺装的纵向坡度依地形而定，中间地形变化处要做到平滑圆润，不得出现明显异变。透水铺装的上表面高出地表10 cm，结构层次依次为透水面砖（C15现浇无砂混凝土8 cm）、透水基层（粗砂22 cm）、夯实土路基。透水铺装两侧，设置花岗岩路沿石，路沿石断面按200 cm×80 cm确定，长度40 cm、80 cm两种相间布置。

通过透水铺装实现雨水渗透，加大雨水渗透量，减少地表径流。存蓄在透水铺装内部的雨水通过收集系统进行收集，可以得到优质水源，有效增加雨水资源收集量；另一方面，可消纳周边径流，起到控制区域雨水径流的作用，又能够达到削减径流，截污减排的目的。

2.7 水平阶

项目区地表坡度变化明显处采用沿等高线砌垒水平阶，拦蓄雨水，根据地形及汇水方向，合理布置，设计水平阶面积448 m2。水平阶采用M7.5水泥砂浆砌石结构。水平阶墙背回填时要尽量利用开挖出的石块、建筑垃圾，以消化掉固体废料，节约壤土；要夯实，并进行坡地平整，为修筑下凹式绿地做好准备。通过布设水平阶，可减缓该区域雨水流速，增加坡地雨水的滞留面和渗透量，便于雨水收集利用。

2.8 入院干道拓宽

为更有利于汇集雨水，需对现状入院干道改造。干道纵向曲线要平顺圆润、变化要缓和，使行车舒适。横向断面要考虑转弯离心力作用，设置内转向半径15 m，横坡坡向圆心。

原道路混凝土面层做拆除处理，采用液压油锤破碎，垃圾外运利用清挖的土方、建筑垃圾填筑路基，使用25 t振动碾分层压实，压实度达到96%。采用15 cm厚水泥碎石稳定层。

采用C30水泥混凝土铺筑，压实厚度20 cm。设置花岗岩路沿石。路沿石断面按200 cm×80 cm确定，长度40 cm、80 cm两种相间布置。主干道内侧土坡采用生态植被护坡做法。首先铺筑10 cm厚壤土，植被选用固土能力强、耐干旱及水淹的冷季型草坪草，设计坡度为20%～60%。坡脚采用干砌卵石固脚、散布自然石美化环境。自然石人工自然摆放一层。卵石固脚坡面长度30 cm、地表平面宽度30 cm，厚度不小于20 cm。散布自然石至旱溪坡顶。

2.9 干道截流

院内西侧客水来水量较大。采取两道引流暗沟引水。一道引流沟引流客水主流，将来水引流至蓄水池顶，经由滴水孔渗入蓄水池；一道引流沟主要引流客水余水和地面水流，引水至瀑布北侧，经由瀑布下泄。南侧的引流暗沟沟顶设置雨水篦子，南侧设置橡胶减速带一条，以最大限度地将雨水径流引至瀑布处，降低院内径流量。

2.1 0 瀑布

瀑布布置在第一个蓄水池下游，能够首先体现雨水利用的作用，利用现有地形设置。瀑布基础开挖至基岩，采用C25细石混凝土砌筑块石。瀑布山体采用C25细石混凝土砌筑路基拆除的混凝土块体，外露面采用自然石镶面。预留微小花草种植坑，种植小型花草，美化环境。

瀑布底角设消力池，面积10 m2。池底已开挖至基岩，以基岩做为池底，周边采用C25细石混凝土砌筑自然石护岸；若基岩深度较深，采用现浇C20混凝土15 cm，周边采用C25细石混凝土砌筑自然石，高度1.0 m。池底分散铺设自然石。消力池出口接旱溪。瀑布顶部安设废旧阀门体。

3 雨水综合利用效果

3.1 汇水效果

依据项目区地形及高程分析，将项目区划分为3个汇水分区，分区组织雨水收集利用。一区主要运用蓄水措施为生物滞留塘，汇水面积225.45 m2，蓄存雨水约79 m3，满足了该区域的调蓄指标；二区主要运用蓄水措施渗透塘、下凹绿地、水平阶，渗透塘汇水面积173.65 m2，蓄存雨水69.46 m3；下凹绿地汇水面积181.84 m2蓄存雨水36.37 m3；水平阶汇水面积448 m2，蓄存雨水89.6 m3，满足该区域的调蓄指标；三区主要运用蓄水措施生物滞留塘及蓄水池，汇水面积283.7 m2，蓄存雨水56.74 m3，蓄水池蓄存雨水120 m3，末端雨水收集。

3.2 收水方法

1）透水铺装：将园区道路、居住区道路、停车场铺装材料改为透水混凝土，加大雨水渗透量，减少地表径流，渗透的雨水储蓄在地下储蓄池内经净化排入河道或者补给地下水，减少雨水地面径流快速排水对路面冲刷、对水体的污染。

2）雨水花园：是指在园林绿地中种有树木或灌木的低洼区域，由树皮或地被植物作为覆盖。他通过将雨水滞留下渗来补充地下水并降低暴雨地表径流的洪峰，还可通过吸附、降解、离子交换和挥发等过程减少污染。其中浅坑部分能够蓄积一定的雨水，延缓雨水汇集的时间，土壤能够增加雨水下渗，缓解地表积水现象。蓄积的雨水能够供给植物利用，减少绿地的灌溉水量。

3）生物滞留塘：即利用天然或人工修筑的池塘或洼地进行雨水渗透，补及地下水，生物滞留塘能有效地削减径流峰值，净化雨水。

4）下凹式绿地：指具有一定的调蓄容积低且于周边铺砌地面或道路的用于调蓄和净化径流雨，本项目有条件绿地均设计为下凹式绿地。