廈門同安建筑設(shè)計院 顏青霜

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住宅小區(qū)建筑雨水利用

廈門同安建筑設(shè)計院 顏青霜

該文根據(jù)廈門的降雨特點及地質(zhì)條件，結(jié)合新建住宅小區(qū)建筑，闡述設(shè)計中如何進行雨水的收集與利用。

雨水收集 雨水利用 住宅小區(qū)

地球上可利用的水資源有限，隨著人口的增長和經(jīng)濟發(fā)展的需要，城市缺水問題日益嚴重。雨水是極有價值的淡水資源，一方面緩解水資源危機，另一方面也緩解了市政設(shè)施的壓力，同時還可起到降低場地徑流系數(shù)、緩解地面沉降、減少水澇等效果。

1 廈門市的氣候及降雨特點

廈門市地處臺灣海峽南部西側(cè)、福建東南部，是我國海灣型城市之一，屬于暖濕的亞熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫在21℃左右，由于太平洋溫差氣流的關(guān)系，每年平均受4至5次臺風的影響，且多集中在7至9月份；每年5至8月份雨量最多，多年平均降雨量1349mm。氣象資料顯示， 4 月到 9 月的降雨量都在 80mm 以上，降雨分布比較均勻，適合雨水的收集利用，是非常好的雜用水水源。以全市面積1500km2，總降水量22．5億m3，將其積蓄起來可用于沖廁、洗車、消防、綠化和景觀用水等，也可以回灌補充地下水。

綜合廈門市的氣溫及降雨特征，可將廈門市(不含山區(qū))的氣候季節(jié)劃分為：春雨季(3～4月)常年降雨量265.9 mm，梅雨季(5～6月) 常年降雨量349.4 mm，臺風季(7～9月) 常年降雨量473.2mm，秋季(10～11月) 常年降雨量205.8mm，冬季(12～次年2月) 常年降雨量145.6mm。

2 工程實例概況

該項目位于廈門市環(huán)東海域某新建住宅小區(qū)，其中某一地塊工程總用地面積約為32671.132 m2，總建筑面積約為91616.04m2，建筑高度99m。由2棟32層，一棟25層的高層住宅樓、4棟9層和9棟6層的多層洋房組成。其屋面匯水面積為7100m2，小區(qū)綠地面積12078.6 m2，該項目總居住人數(shù)按1348人計。

3 雨水收集的直接利用

3.1 雨水水資源分析

屋面雨水水質(zhì)較好，經(jīng)過簡單處理后就可以直接回用。由于機動車道的交通量較大，路面污染較重，道路雨水的水質(zhì)相對較差，還需增加截污裝置，如在雨水口箅子下安裝吊籃，定期人工清理等，且收集處理難度大，當雨量較小時，棄流后基本收集不到。綠地雨水以滲透為主，收集量有限，比較而言，屋面雨水利用價值較高，本項目放棄地面雨水的收集。

一般在降雨初期，因徑流對下墊面表面污染物的沖刷作用，初期徑流水質(zhì)較差。隨著降雨過程延續(xù)，表面污染物逐漸減少，后期徑流水質(zhì)很快得以改善。屋面的塵土等污染物就被沖洗干凈，繼續(xù)下落到屋面的雨水水質(zhì)有了明顯的好轉(zhuǎn)。且雨水中的主要污染物為 SS 和 CODcr，其它氮、磷、大腸桿菌、余氯等污染指標則是微乎其微，這樣就為雨水回用過程中的處理帶來了很大的便利。SS 和CODcr等指標利用常規(guī)的物理處理就能取得很好的效果，簡單物化處理后的雨水，各種污染物含量大大降低，使得回用水質(zhì)安全得到了很好的保證。

3.2 屋面雨水直接利用的方案

本項目所有屋面雨水作為雨水收集水源，雨水經(jīng)處理后用于景觀綠化，在雨量不充足的情況下考慮采用中水補水。屋面雨水單獨收集，在室外設(shè)置集中的屋面雨水收集池和雨水處理回用設(shè)施，統(tǒng)一處理、統(tǒng)一回用。

雨水收集簡要工藝流程：

屋面雨水 → 管道系統(tǒng)→ 初期雨水棄流裝置 →沉淀、過濾 →雨水蓄水池 → 回用

3.3 雨水收集及蓄水容積計算

3.3.1雨水設(shè)計徑流總量W(m3)

W=10×ΨC×hy×F

式中，ΨC——雨水徑流系數(shù)，取0.9；

hy——設(shè)計降雨厚度(mm)；廈門地區(qū)取150 mm（年最大24h點雨量均值）；

F——匯水面積(hm2)，本項目F=0.71 hm2。

屋面雨水24h徑流總量：W=10×0.9×150×0.71=958.5m3。

3.3.2初期徑流棄留量(Wi)計算

Wi=10×δ×F

δ——初期徑流厚度(mm)，廈門降雨酸雨嚴重，屋面棄流取3mm；

F——匯水面積(hm2)，本項目F=0.71 hm2。

Wi=10×3×0.71=21.3 m3

該屋面棄流雨水直接排入室外雨水排水管道；

雨水蓄存量：958.5-21.3=937.2 m3。

3.3.3雨水收集池容積的計算

本雨水回用系統(tǒng)用于綠地澆灌，據(jù)園林、綠化部門提供的綠化用水量測算依據(jù)為：每天每平方米用0.004m3。在夏季用水高峰的一個月內(nèi)，用水量要高于這個值，在其他的時間里要小于這個值。計算時取最大日用水量作為計算依據(jù)。

Q=12078.6×0.004=48.3m3<雨水蓄存量的40%，則雨水蓄水量可減少，按雨水回水系統(tǒng)日用水量的3倍取值，即：

48.3×3=144.9 m3，取150 m3。

水池體積取150 m3時，可滿足區(qū)域內(nèi)雨水回用要求。

3.4 屋面雨水年可收集水量

廈門地區(qū)年均降雨量：1349mm。

本項目屋面總收集匯水面積：7100m2。

年收集總水量：總面積×年平均降雨厚度×徑流系數(shù)×折減系數(shù)，即：7100×1.349×0.9×0.8=6896m3。

綠化年用水量：12078.6×0.004×365=17634 m3。

景觀綠化不足的水量由中水系統(tǒng)補充。

3.5 水質(zhì)標準的選取

參考《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920）、《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB/T18921）、《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）等標準，水質(zhì)指標要求匯總?cè)绫?所示。

表1 雨水處理后C0Dcr和SS指標

3.6 雨水處理效果

3.6.1雨水收集簡要工藝流程

屋面雨水 → 管道系統(tǒng)→ 初期雨水棄流裝置 →沉淀、過濾 →雨水蓄水池 → 回用

圖1 雨水收集池平面圖

圖2 雨水收集池剖面圖

3.6.2初期雨水徑流棄流之后的水質(zhì)

廈門市屋面雨水徑流的水質(zhì)較好，經(jīng)過初期雨水徑流棄流之后，預計基本上可控制在如下范圍：

處理前水質(zhì)： CODcr(mg/L)≤70；SS(mg/L) ≤20；

經(jīng)過濾沉淀(處理后水質(zhì))：CODcr(mg/L)≤30；SS(mg/L) ≤10。

3.6.3雨水處理設(shè)備選型（見表2）

表2 設(shè)備選型

4 雨水的間接利用

間接的雨水利用技術(shù)，即采用雨水滲透設(shè)施，讓雨水回滲地下，補充涵養(yǎng)地下水資源。

滲透地面可分為天然滲透地面和人工滲透地面兩大類。前者在城區(qū)以綠地為主，綠地是一種天然的滲透設(shè)施，其主要優(yōu)點有：透水性好；城市有大量的綠地可以利用，節(jié)省投資；一般生活小區(qū)建筑物周圍均有綠地分布，便于雨水的引入利用；可減少綠化用水并改善城市環(huán)境;對雨水中的一些污染物具有較強的截留和凈化作用。缺點：滲透流量受土壤性質(zhì)的限制，雨水中如含有較多的雜質(zhì)和懸浮物，會影響綠地的質(zhì)量和滲透性能。人造透水地面是指城區(qū)各種人工鋪設(shè)的透水性地面，如多孔的嵌草磚、碎石地面，透水性混凝土路面等。其主要優(yōu)點是，能利用表層土壤對雨水的凈化能力，對預處理要求相對較低；技術(shù)簡單，便于管理；城區(qū)有大量的地面，如停車場、步行道、廣場等可以利用。缺點是滲透能力受土質(zhì)限制，需要較大的透水面積，對雨水徑流量的調(diào)蓄能力低。

本項目中采用雨水回滲措施，主要有：（1）區(qū)域內(nèi)的非機動車道路、地面停車場和其他硬質(zhì)鋪地應采用透水地面，鋪設(shè)滲透性鋪地材料，把不透水的地面磚換成透水磚，通過透水磚的孔隙吸收雨水；并通過透水磚下面鋪設(shè)碎石、沙礫、沙子組成的反濾層，讓雨水滲入到地下。項目中透水地面面積比應不小于40%，以最大限度地增加雨水的自然滲透，補給地下水資源。

植草磚

（2）下凹式綠地，是指低于周邊道路5～10厘米的綠地，可以承接和回滲雨水，充分利用天然降水資源就地轉(zhuǎn)化為土壤水和地下水，節(jié)省大量綠地用自來水和澆水工作量，有利于盡快恢復城區(qū)地下水采補平衡。路面雨水依靠標高差自流進入下凹式綠地，以往道路必備的大量配套雨水井和雨水管可基本取消或大量減少。如下圖：

下凹式綠地

植被淺溝、雨水花園、室外雨水管道采用滲透管或穿孔管等形式增加雨水滲透量。

滲透設(shè)施的滲透量：Ws=a·K·J·As·ts.

式中，A——綜合安全系數(shù)，一般取0.5~0.8；K——土壤滲透系數(shù)（m/s）；J——水力坡降，一般可取J=1.0；As——有效滲透面積（m2）；ts——滲透時間(s)。

廈門表層土壤以粘土為主，滲透系數(shù)K值小，在5.7×10-8~1.6×10-6之間（滲透量?。业叵滤桓?，因此雨水滲透系統(tǒng)的生態(tài)效應不明顯，綜合考慮廈門土壤及地質(zhì)特點，本項目不采用該滲水系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

雨水利用并不是一個新鮮的概念，城市雨水利用體系的建立和完善是個系統(tǒng)工程，它需要政府政策法規(guī)的引導，需要規(guī)劃設(shè)計人員的技術(shù)支持，需要城市市政管理部門的維護管理。當然，更需要民眾的廣泛理解與支持。我們有理由相信，通過各級政府部門的引導和專家學者的積極參與，推動民眾教育，“善待雨水、造福人類”這一生態(tài)理念一定會在我國深入人心。

[1] 中國建筑科學研究院. 關(guān)于中洲濱海城市一期綠色建筑策劃咨詢報告[R]. 2011.

[2] 建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范(GB50400-2006).

[3] 中國建筑設(shè)計研究院. 建筑給水排水設(shè)計手冊[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2008.