劉永亮 劉 筠

水資源已經成為制約區(qū)域經濟發(fā)展和土地等資源開發(fā)的首要因素[1]。隨著淡水資源日趨短缺,雨水在可利用的淡水資源類型中體現(xiàn)出越來越重要的地位。雨水利用不僅是開源節(jié)流的一條途徑,而且對生態(tài)環(huán)境改善、水污染控制等方面也具有重大意義。

中山市處于珠三角的西部,降雨量充沛,是我國雨水資源最為豐富的地區(qū)之一,在雨水利用方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。限制屋面清潔雨水利用的實際問題是降雨量在時間分布上不均衡。中山市以打造“既適宜居住也適宜創(chuàng)業(yè)”為發(fā)展目標,力求在GDP與城市環(huán)境中理性地尋求平衡。

1 醫(yī)院的屋面雨水收集利用系統(tǒng)方案設計

本研究中以中山市某醫(yī)院為例,進行了雨水收集利用系統(tǒng)的方案設計,該醫(yī)院是一所承擔預防、保健、醫(yī)療、康復以及醫(yī)學教育和科研的綜合性醫(yī)院。醫(yī)院建設總用地面積約90畝,首期60畝(本次規(guī)劃用地),總建筑面積46000m2。建成以后醫(yī)院規(guī)模擬達到病床400張,每日門診量約3000人次～4000人次。

醫(yī)技、門診樓均為4層,屋面面積共 5900m2,住院樓11層,屋面面積 1300m2,辦公樓 5層,庫房、食堂 2層,屋面面積共1300m2,總屋面面積為8500m2。總占地約4萬m2,其中道路、停車場、廣場面積8500m2,約占總用地面積的20%;綠地面積16770m2,約占41.8%;本方案對水質相對較好又便于集中收集輸送的屋面雨水進行直接收集利用,道路和綠地雨水通過截污、綠地凈化滲透床滲透回灌地下。圖1為屋面雨水收集及處理工藝流程。

雨水收集后的處理過程與一般的水處理過程相似,不同的是雨水的水質明顯比一般回收水的水質好,主要是初期降雨所帶入的收集面污染物或泥砂。常規(guī)的收集處理流程為集水→篩選沉砂沉淀→儲水過濾→清水池提升回用。屋面雨水收集設有雨水斗,雨水斗的格柵或外設網罩,較大的污染物如樹葉等即可篩除。由于一般的綠化澆灌、地面沖灑、露天觀賞性水景等用水的水質要求不高,可以不經過濾消毒處理,在這種情況下,雨水利用工程的主要構筑物就是沉淀池和儲水池。在該方案中,屋面雨水經雨落管進入初期棄流裝置,通過初期棄流裝置將初期較臟的雨水排至室外污水管道,進入城市污水處理廠處理后排放,防止初期徑流中污染物對環(huán)境的影響,同時為屋面雨水進一步處理利用創(chuàng)造條件。經初期棄流后的雨水通過管、渠送至貯水池收集,該池兼具貯藏、調節(jié)、沉淀的作用。進入貯水池之前,即進水管道上通過混凝加藥裝置投加混凝劑,考慮到初期棄流后的雨水水質較為穩(wěn)定,且懸浮固體含量較低,出水經過消毒進入中水池,用于醫(yī)院各種生活雜用水,如綠化、噴灑路面和洗車用水等。

2 主要設施選擇及設計

2.1 初期棄流裝置

根據醫(yī)院規(guī)劃設計情況,1700m2醫(yī)技樓設12根D100mm的雨落管,1300m2住院樓和輔助樓設8根D100mm的雨落管,900m2門診樓4個角各設1根D100mm的雨落管,分別通過各自的初期棄流裝置將初期雨水排至小區(qū)污水管道[3]。初期棄流量按2 mm降雨量設計,根據所收集屋面的大小,確定所需棄流裝置的容積。經初期棄流后的雨水可以在很大程度上降低雨水利用的難度,提高凈化系統(tǒng)效率,并降低其運行成本。

2.2 貯水池

貯水池設計中,有效儲水容積的確定是關鍵,理論上應根據逐日降雨量曲線和逐日用水量曲線經水量平衡計算確定,但實際降雨的時間分布有很大的不確定性,連續(xù)無雨或連續(xù)降雨的設計天數難以確定?！耙?guī)范”和條文對這方面有所規(guī)定,并說明儲水池排空得越快,水池的周轉利用率越高。實際工程還需具體分析,儲水池排空得快,儲水池利用率有所提高,但無雨水可利用的時候,也就是需要自來水補水的時間就會增多。葉翠蓮[4]認為在雨水回用于綠化澆灑的情況下,可以考慮5 d～7 d的最大日用水量。取中間值6 d,本工程最大日用水量為57 m3/d,即貯水池容積為342 m3,取整數350m3。

由于雨水原水是不連續(xù)的,而綠化及地面澆灑用水時段與降雨之間又存在特殊關系,即在降雨時及降雨后的若干小時是不用澆灑的。根據這一特點,考慮將沉淀池與儲水池合并。雨水在該池中的沉淀過程可以看作為序批式靜態(tài)沉淀,沉淀時間完全可以達到幾個小時、十幾小時甚至幾天,且沉淀效果不受池型影響。在晴天時用水量大,可充分清空儲水池,為下次降雨提供充足的儲水容積,可以通過池體構造的合理設計,將貯水池和中水池合二為一,不僅可以充分發(fā)揮沉淀效果,也可充分利用水池的有效容積,以減少占地和基建費用,促進雨水收集利用系統(tǒng)的優(yōu)化。

2.3 雨水利用

通過對雨水水量、水質分析,建筑屋面可利用雨水量按下式計算:

其中,Q為屋面年平均可利用雨量,m3;Ψ為徑流系數,取0.9;α為季節(jié)折減系數;β為初期棄流系數;A為屋面水平投影面積,m2;H為年平均降雨量,mm。

考慮了氣候、季節(jié)等因素后,中山市的可利用雨量季節(jié)折減系數α定為0.80。初期棄流系數β根據降雨和水質資料定為0.87。中山市年平均降雨量為1791.3 mm。據此式計算該醫(yī)院屋面年平均可利用雨量為10133 m3,供給本醫(yī)院綠化、噴灑路面、沖洗車輛,根據測算用水周期為60d。設計重現(xiàn)期為0.5年。

3 討論與結論

1)文中結合中山某醫(yī)院進行了雨水收集利用系統(tǒng)的方案設計,所選工藝簡便易行。2)城市屋面雨水收集利用系統(tǒng)需對不同地域、不同氣候條件下的水資源狀況、可利用雨量大小進行綜合分析,以優(yōu)化設計雨水收集處理系統(tǒng)。

筆者在近幾年的工程設計中,經常碰到這樣的情況,工程起初階段,建設單位都會提出中水回用的要求,但隨著工程設計的實質性進展,通過市場調查和經濟測算,由于需要增加中水收集處理裝置,因此投資比傳統(tǒng)的直接排放系統(tǒng)要大。若按照常規(guī)的收集處理回用方式,大多因投資回收期長、日常運行費用高等原因,最后放棄了。因此,如何簡單易行地利用雨水,是工程設計中需努力探索的問題,也是建設單位的普遍要求。

[1]Q.Feng,G.D.Cheng,M.K.Masao.Trends of water resource development and utilization in arid north-west China[J].Environmental Geology,1998,39(8):831-838.

[2]趙世明,趙 鋰,楊 澎,等.《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術規(guī)范》編制探討[J].中國給水排水,2006,22(10):110-113.

[3]GB 50015-2003,建筑給水排水設計規(guī)范[S].

[4]葉翠蓮.建筑屋面雨水簡易利用的分析探討[J].給水排水,2007(2):53-54.

[5]GB 50400-2006,建筑與小區(qū)雨水利用工程技術規(guī)范[S].