張穎

【摘要】我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，各個(gè)城市缺水問(wèn)題已經(jīng)到了非解決不可的地步。將雨水這種非傳統(tǒng)水資源利用起來(lái)，可以成為解決這一問(wèn)題的有效途徑。雨水利用有幾個(gè)方面的功能：利用雨水沖洗廁所， 澆灑路面， 澆灌草坪， 水景補(bǔ)水，可節(jié)省城市自來(lái)水；雨水的入滲， 增加土壤的含水量， 利用雨水回灌提升地下水的水位， 改善了水環(huán)境乃至生態(tài)環(huán)境；土壤的雨水入滲量增加和雨水徑流的存儲(chǔ)都會(huì)減少進(jìn)入雨水排除系統(tǒng)的流量， 從而提高城市排洪系統(tǒng)的可靠性， 減少城市內(nèi)澇。屋面雨水和小區(qū)地面雨水是城市排水系統(tǒng)的起端，因此建筑與小區(qū)雨水利用是城市雨水利用工程的關(guān)鍵部分，決定著城市雨水利用的效果。本文根據(jù)現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范和資料，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，介紹建筑雨水收集利用系統(tǒng)的應(yīng)用，以上海某辦公樓項(xiàng)目雨水收集利用系統(tǒng)為例，對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和主要設(shè)施的計(jì)算進(jìn)行闡述，并對(duì)雨水可利用量進(jìn)行了分析；以北京某健身中心項(xiàng)目雨水收集系統(tǒng)為例，對(duì)該系統(tǒng)主要設(shè)施的計(jì)算進(jìn)行闡述?！娟P(guān)鍵詞】雨水收集；雨水利用；雨水調(diào)蓄池1、導(dǎo)言我國(guó)是一個(gè)水資源短缺的國(guó)家，人均水資源占有量排在世界109位，僅為世界平均水平的四分之一，被聯(lián)合國(guó)列為世界13個(gè)貧水國(guó)家之一。我國(guó)有將近400座城市缺水，其中嚴(yán)重缺水的城市達(dá)130 多個(gè)。隨著城市建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市用水量的不斷增長(zhǎng)造成水資源日益不足，水環(huán)境惡化，城市缺水問(wèn)題已經(jīng)到了非解決不可的地步。與此同時(shí)，我國(guó)城市內(nèi)澇問(wèn)題頻發(fā)，市政排水系統(tǒng)老化，當(dāng)遭遇強(qiáng)降雨或是連續(xù)性降雨時(shí)，排放雨水超過(guò)管系排水能力，導(dǎo)致城市內(nèi)產(chǎn)生積水災(zāi)害。從2012年開(kāi)始，國(guó)務(wù)院出臺(tái)了一系列關(guān)于海綿城市的指導(dǎo)意見(jiàn)，指出采用滲、滯、蓄、凈、用、排等措施，將70%的降雨就地消納和利用，確保城市“澇時(shí)吸水，旱時(shí)吐水”。把雨水作為各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)較低的重要非傳統(tǒng)水資源加以收集利用，實(shí)行綜合治理已經(jīng)成為一個(gè)重要的新興課題。2、雨水收集與利用的現(xiàn)狀城市化前，雨水落到天然的土地時(shí)，大多數(shù)的雨水直接滲入地面，然后慢慢地滲透到地下水或溪流及江河中，其中一部分滲入地面的雨水會(huì)通過(guò)植物蒸發(fā)，僅有大約20%的雨水直接從地面流入河道中。隨著城市住宅、商業(yè)及工業(yè)的發(fā)展，城市建設(shè)增多，人工鋪裝地面增多，原來(lái)的植被、土壤等地面變成了水泥硬地面，導(dǎo)致了大量的地面被不透水地面，如屋面、停車(chē)場(chǎng)及公路等所覆蓋。當(dāng)雨水降落到這些下墊面時(shí)，大量雨水以地面徑流的形式排出，迅速流入排水溝及排水管，然后排入附近的市政管網(wǎng)、溪流及江河中。下墊面徑流量增加到80%，而地面入滲量大為降低，造成了地下水補(bǔ)給不足，土壤含水率低，空氣干燥，洪峰流量容易形成，水澇災(zāi)害頻繁出現(xiàn)等不利影響。近年來(lái)，越來(lái)越多城市由于一場(chǎng)暴雨而陷入癱瘓，道路被淹，居民的生命及財(cái)產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅的事情屢見(jiàn)不鮮，內(nèi)澇問(wèn)題已被各級(jí)政府部門(mén)重視起來(lái)。3、工程設(shè)計(jì)行業(yè)對(duì)雨水收集與利用的推廣為了從技術(shù)上規(guī)范、指導(dǎo)建筑與小區(qū)雨水利用工程的設(shè)計(jì)、施工安裝、運(yùn)行維護(hù)管理，國(guó)家有關(guān)部門(mén)及時(shí)編制了相關(guān)規(guī)范，如：《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB50400-2006），各省市也有各自關(guān)于雨水收集與利用規(guī)定、規(guī)范，如：北京市地標(biāo)《雨水控制與利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（DB11/685-2013）。2014年11月建設(shè)部出臺(tái)了《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南———低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》，其中要求雨水規(guī)劃應(yīng)兼顧徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制、雨水資源化利用等不同的控制目標(biāo)，構(gòu)建從源頭到末端的全過(guò)程控制雨水系統(tǒng)。這些規(guī)范對(duì)于這一產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，對(duì)于提高水資源綜合利用率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境是非常重要的。4、雨水收集與利用系統(tǒng)在實(shí)際工程中的應(yīng)用4.1雨水利用的幾種方式下墊面主要包括建筑物屋面、庭院等鋪裝地面、裸地或綠地、道路硬地面等類型，可以采用以下三種形式的一種或幾種組合對(duì)這些下墊面的雨水進(jìn)行利用，即雨水入滲、收集回用和調(diào)蓄排放。雨水入滲是通過(guò)收集設(shè)施把雨水引至滲透設(shè)施，使雨水滲透到地下轉(zhuǎn)化為土壤水，此種方法對(duì)涵養(yǎng)地下水，抑制暴雨徑流有顯著作用。該系統(tǒng)宜設(shè)置雨水收集、入滲等設(shè)施。雨水收集回用是將雨水收集后進(jìn)行水質(zhì)凈化處理，達(dá)到相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后可做景觀用水、綠化用水、汽車(chē)沖洗用水、沖廁、消防用水等。這種方法能夠使雨水得到直接利用，減少自來(lái)水的用量，這樣既減少了雨水排放量，又節(jié)約了水資源。該系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置雨水收集、儲(chǔ)存、處理和回用水管網(wǎng)等設(shè)施。調(diào)蓄排放是利用洼地、池塘、景觀水體或調(diào)蓄池將雨洪暫存在內(nèi)，待洪峰流量下降后雨水從調(diào)蓄池緩慢排出從而削減洪峰。該系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置雨水收集、儲(chǔ)存和排放管道等設(shè)施。4.2雨水收集回用系統(tǒng)規(guī)模的確定《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：雨水回用水量宜按雨水設(shè)計(jì)徑流總量的90%確定，回用管網(wǎng)最高日設(shè)計(jì)用水量不宜小于集水面日雨水設(shè)計(jì)總量的40%，也就是要求管網(wǎng)系統(tǒng)在3日或更短時(shí)間內(nèi)把日收集雨水量用完，這樣可以提高雨水的利用率，使小區(qū)及建筑盡可能的利用雨水供應(yīng)。雨水儲(chǔ)存設(shè)施的有效儲(chǔ)水容積不宜小于集水面重現(xiàn)期1-2年日雨水設(shè)計(jì)徑流總量扣除設(shè)計(jì)初期徑流棄流量。當(dāng)雨水回用系統(tǒng)設(shè)有清水池時(shí)，其容積可按雨水回用系統(tǒng)最高日設(shè)計(jì)用水量的25%～35%確定。5、上海某辦公樓項(xiàng)目5.1工程概況：本項(xiàng)目位于上海市虹橋臨空經(jīng)濟(jì)園區(qū)內(nèi)，項(xiàng)目建設(shè)用地位于園區(qū)的西北部，北臨朱家浜，西至金輪路，南鄰?fù)▍f(xié)路，東鄰協(xié)和路。功能主要為自用辦公、出租辦公、商業(yè)、餐廳、廚房等。項(xiàng)目總用地面積47182.7平方米，限高40米，總建筑面積約159591平方米，其中地下建筑面積63263平方米，地上建筑面積94965平方米。屋面面積16772平方米，其中屋面綠化面積5004平方米。室外綠化面積為16619平方米，道路、廣場(chǎng)等室外地面面積約為9590平方米。本工程按照綠色建筑二星級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378-2006 中關(guān)于節(jié)水和水資源利用的相關(guān)規(guī)定，綠化、景觀、洗車(chē)等用水采用非傳統(tǒng)水源，本工程屋面面積較大，有充足且水質(zhì)良好的雨水可以利用，設(shè)置雨水回收利用系統(tǒng)，用于澆灑綠地、廣場(chǎng)道路、車(chē)庫(kù)沖洗、汽車(chē)沖洗及景觀補(bǔ)水。5.2雨水回用系統(tǒng)的組成屋面雨水經(jīng)室內(nèi)雨水管網(wǎng)收集后，經(jīng)過(guò)棄流裝置，進(jìn)入室外雨水收集池。收集的雨水經(jīng)雨水收集池內(nèi)的提升泵提升至雨水機(jī)房，雨水經(jīng)混凝加藥裝置后送入多介質(zhì)過(guò)濾器及活性炭過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾處理，處理后的出水經(jīng)殺菌劑投加裝置處理后進(jìn)入清水池中，清水池設(shè)置補(bǔ)水裝置，出水指標(biāo)達(dá)到《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920-2002）標(biāo)準(zhǔn)。清水池內(nèi)的水經(jīng)變頻回用水泵提升作為回用水。工藝流程如下：屋面雨水→雨水棄流裝置→雨水收集池→雨水提升泵→混凝加藥裝置→多介質(zhì)過(guò)濾器→活性炭過(guò)濾器→殺菌劑投加裝置→清水箱→變頻供水泵組→回用。降雨初期由于雨水對(duì)下墊面的沖刷，初期徑流雨水水質(zhì)較差，隨降雨過(guò)程的延續(xù)逐漸改善，表面污染物減少，水質(zhì)趨于穩(wěn)定，故在雨水收集系統(tǒng)前端設(shè)置棄流裝置。棄流裝置每次將初期雨水自動(dòng)棄流至室外雨水管網(wǎng)，然后將棄流后的雨水送入雨水收集池。雨水收集池未滿時(shí)，雨水進(jìn)入雨水收集池，而當(dāng)雨水池液位到達(dá)高位時(shí)，則不再將雨水輸送至雨水收集池，雨水通過(guò)棄流裝置直接排放至室外雨水管網(wǎng)。當(dāng)出現(xiàn)故障雨水收集池液位到達(dá)超高液位時(shí)，高位報(bào)警，雨水通過(guò)溢流管排入室外雨水管網(wǎng)。5.3雨水收集利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算1E雨A水收集利用系統(tǒng)需水量計(jì)算：綠化澆灑：根據(jù)《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50555-2010）中規(guī)定，本項(xiàng)目綠化的澆灑用水定額按冷季型取0.28m3/m2·a，每年澆灑235天計(jì)，日用水指標(biāo)按1L/m2·d計(jì)，本項(xiàng)目室外綠化面積約為16619m2，則澆灑用水量Q綠化澆灑為：Q綠化澆灑=0.28×16619=4653.32m3/a=1x16619/1000=16.62m3/d （2-1）室外道路沖洗道路及廣場(chǎng)沖洗用水指標(biāo)按0.3L/m2次計(jì)，沖洗時(shí)每天2次，每年澆灑30天計(jì)，本項(xiàng)目道路、廣場(chǎng)等室外地面面積約為9590m2，則澆灑用水量Q道路沖洗為：Q道路沖洗=0.3×9590x2/1000=5.75m3/d=172.62m3/a （2-2）車(chē)庫(kù)沖洗地下車(chē)庫(kù)沖洗用水指標(biāo)按2L/m2/次，每12天沖洗1次，本項(xiàng)目地下車(chē)庫(kù)總面積為39058m2，其中僅80%的地下場(chǎng)所考慮沖洗，則地下室實(shí)際沖洗面積為31246m2，則地下車(chē)庫(kù)沖洗用水量Q地下車(chē)庫(kù)沖洗為：Q地下車(chē)庫(kù)沖洗=2×31246/1000/12=5.20m3/d=1222m3/a （2-3）汽車(chē)沖洗汽車(chē)沖洗用水量定額按20L/輛·次計(jì)，洗車(chē)輛按50輛·次計(jì)，則汽車(chē)沖洗用水總計(jì)平均日雜用水量總計(jì)：Q綠化澆灑+ Q道路沖洗+ Q地下車(chē)庫(kù)沖洗+ Q汽車(chē)沖洗+ Q景觀補(bǔ)水=35.56 m3/d以上通過(guò)定額法將各用水項(xiàng)目的平均日用水量及年用水量進(jìn)行計(jì)算?！餉2E雨A水可利用量分析：由于建筑條件限制，本項(xiàng)目雨水收集受水面由部分建筑屋面組成，各部分的徑流系數(shù)及場(chǎng)地綜合徑流系數(shù)詳見(jiàn)表2-1。表2-1 用地規(guī)劃與綜合徑流系數(shù)計(jì)算表上表通過(guò)雨水設(shè)計(jì)徑流總量公式算出每月屋面收集雨水量=10x徑流系數(shù)x降雨厚度x匯水面積，蓄水池的進(jìn)水量等于屋面雨水收集量；下雨天時(shí)景觀水體無(wú)需補(bǔ)水，道路綠化無(wú)需澆灌，也不產(chǎn)生車(chē)庫(kù)沖洗和洗車(chē)用水，故由（各月天數(shù)—各月降雨天數(shù)）x各用水項(xiàng)平均日用水量=各項(xiàng)各月用水量，各項(xiàng)之和即為每月調(diào)蓄池總用水量；通過(guò)調(diào)蓄池的總進(jìn)水量與總用水量的差值可計(jì)算出每月盈虧水量，盈虧水量為負(fù)數(shù)時(shí)則需要補(bǔ)水，為正數(shù)時(shí)則需要說(shuō)明收集的雨水使用不完。本項(xiàng)目主要收集裙樓和主樓屋面雨水，收集的雨水經(jīng)處理后用于項(xiàng)目的綠化澆灑、道路和地下車(chē)庫(kù)沖洗、汽車(chē)沖洗及景觀水體補(bǔ)水，根據(jù)表2-2可知，全年有3個(gè)月的時(shí)間不需補(bǔ)水，全年室外雜用水需水量7927.5m3，全年補(bǔ)水量為3456.0m3，全年雨水實(shí)際用量為4471.5m3，也就是室外雜用水需水量中的雨水替代量可達(dá)56.4%，達(dá)到了雨洪利用的目的?！餉3E雨A水蓄水池容積：雨水儲(chǔ)存設(shè)施的有效容積不宜不小于集水面2年重現(xiàn)期的日雨水設(shè)計(jì)徑流總量扣除設(shè)計(jì)初期棄流流量，計(jì)算得：雨水設(shè)計(jì)徑流總量 W日=10·Ψc·hy·F=10x0.7x86.8x0.6295=382.5m3 （2-6）初期棄用 W=10x2x0.6295=12.59m3 （2-7）可收集利用的雨水量約為370 m3，因此，取雨水蓄水池有效容積400m3，根據(jù)建筑條件，本項(xiàng)目在主出入口東側(cè)南北兩塊綠地下各1座容積250m3雨水綜合利用一體化構(gòu)筑物，收集裙樓和主樓屋面雨水，用于項(xiàng)目的綠化澆灑、道路和地下車(chē)庫(kù)沖洗、汽車(chē)沖洗及景觀水體補(bǔ)水。6、結(jié)論雨水是一種很好的天然水資源，對(duì)雨水資源的再利用，可以減少用戶的用水量，減輕供水壓力；對(duì)雨水資源的收集，可以減小建筑物周邊的雨水徑流量，進(jìn)而減小城市排水系統(tǒng)的排水壓力，有效的解決城市內(nèi)澇問(wèn)題；雨水的入滲可以補(bǔ)充地下水。雨水收集回用系統(tǒng)的最直接目的是節(jié)約自來(lái)水，有自然降雨的城市就可以應(yīng)用，但必須在進(jìn)行過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后才能取得更好的效益，比如北京地區(qū)雨水量少，降雨相對(duì)集中在6-8月，其他時(shí)間雨水匯集量不足，雨水收集處理回用并不是最經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用，而雨水利用的其他兩種方式入滲和調(diào)蓄排放更有實(shí)際意義，雨水的自然入滲不會(huì)對(duì)地下水水質(zhì)產(chǎn)生不利影響，雨水滲透到地下涵養(yǎng)地下水，抑制暴雨徑流，對(duì)北京緩解缺水都是很有利的。調(diào)蓄排放是利用調(diào)蓄池等將雨水暫存，待洪峰過(guò)后雨水從調(diào)蓄池緩慢排入市政管網(wǎng)，減少了暴雨時(shí)市政管網(wǎng)的壓力，防止內(nèi)澇水患。對(duì)于南方多雨城市，更好地利用雨水資源，減少自來(lái)水的使用更加可行。大量的雨水收集處理后，用于景觀、綠化用水、汽車(chē)沖洗用水、沖廁用水等，從而既減少了雨水排放量，又節(jié)約了水資源。同時(shí)在設(shè)計(jì)中也應(yīng)該關(guān)注雨水收集回用系統(tǒng)的水量平衡，收集來(lái)的雨水應(yīng)與雨水的使用量相匹配，規(guī)范也提出宜在三天內(nèi)用完，提高蓄水池的周轉(zhuǎn)利用率，使雨水回用設(shè)施能夠連續(xù)性運(yùn)行，更加節(jié)能環(huán)保。隨著綠色建筑、節(jié)能環(huán)保、海綿城市等概念以及國(guó)家相關(guān)規(guī)范規(guī)定的推廣，雨水這種非傳統(tǒng)水源的使用必將得到更廣泛的應(yīng)用。做為工作在一線的設(shè)計(jì)人員，我們應(yīng)當(dāng)將節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)合理性有機(jī)結(jié)合起來(lái)，盡力推廣和使用雨水收集與利用系統(tǒng)，使工程設(shè)計(jì)做到科學(xué)合理。參考文獻(xiàn)：[1]建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范 GB 50400-2006[2]雨水控制與利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范 DB11/685-2013[3]翟立曉 康曉鹍 劉強(qiáng)，鄭克白 北京市雨水規(guī)劃與主要實(shí)施措施分析[4]王曉楠 民用建筑雨水利用工程實(shí)例淺談[5]劉琉 雨水收集利用在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用