淺析江蘇某辦公樓建筑的雨水資源收集利用

張瑾

（華東都市建筑設(shè)計研究總院,上海 200070）

淺析江蘇某辦公樓建筑的雨水資源收集利用

張瑾

（華東都市建筑設(shè)計研究總院,上海 200070）

水資源可持續(xù)利用是我們經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的戰(zhàn)略問題，必須在充分注意節(jié)約用水的基礎(chǔ)上，多方面開發(fā)非傳統(tǒng)水源，緩解城市缺水危機，減少了排水量，減輕了城市洪水災(zāi)害威脅，促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用和良性循環(huán)，目前開展的雨水收集利用就是城市水資源可持續(xù)利用的重要措施之一。

雨水資源；收集；利用

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.110

1 引言

降雨是水循環(huán)中的一個重要的環(huán)節(jié)，是區(qū)域水資源補給的主要來源。隨著城區(qū)不透水面積大量增加，使城市的降雨入滲量大大減少，極大削弱了對地下水的補給作用；另外，地面徑流總量增加，匯流時間縮短，峰值流量增大，不僅增大了城市排水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，也使城市的雨洪危險加劇，可見多年來我國把降雨當(dāng)作廢水直接排放處理，是極其不合理的。

其實雨水的收集和利用并非是件新鮮事，我國早在秦漢時期就有修建池塘攔蓄雨水用于生活的記錄，而西北地區(qū)水窖的修筑也已有幾百年的歷史。雨水作為非傳統(tǒng)資源的利用具有多重功能：節(jié)約用水，緩解水資源危機；通過滲透增加地下水，改善生態(tài)環(huán)境；減少和減緩雨水排水量，降低城市雨洪災(zāi)害。

2 雨水收集利用系統(tǒng)的簡介

目前城市的澆灌綠化、沖洗馬路等公益用水及洗車等新興的用水行業(yè)進(jìn)一步加重了自來水供應(yīng)的負(fù)擔(dān)。可是每年的暴雨季節(jié)，泛濫的雨水又給城市排水造成了極大的困難。而雨水的收集和利用正好解決了這一給城市建設(shè)帶來的兩大難題。

雨水資源收集利用系統(tǒng)由雨水匯集、雨水存儲及凈化、雨水利用3部分組成。雨水存儲及凈化和水質(zhì)控制是系統(tǒng)投資規(guī)模的關(guān)鍵，匯集、利用是系統(tǒng)正常運行的樞紐。

雨水收集通常由屋頂、地面道路、綠地、天然山坡等匯集，收集的并非是純凈的水，所以雨水水質(zhì)控制是現(xiàn)代城市雨水利用不可忽視的問題。由于大氣的污染，直接由降水帶來的污染物。城市的大氣污染日趨嚴(yán)重，致使雨水水質(zhì)下降，不少城市出現(xiàn)酸雨。從部分城市降雨水質(zhì)分析結(jié)果看，初期雨水中夾雜著大量污染物、泥沙、雜質(zhì)，CODcr高達(dá) 300～2000mg/L，SS高達(dá) 500～800mg/L，總氮大于10mg/L。因此，初期雨水應(yīng)棄流排放，收集中后期相對潔凈的雨水，同時將雨水中的雜質(zhì)過濾排出，保證后期存儲及凈化環(huán)節(jié)的正常運行。為了控制路面帶來的樹葉、垃圾、油類和懸浮固體等污染物，可以在雨水口和雨水井設(shè)置截污掛籃和專用編織袋等，或設(shè)計專門的浮渣隔離、沉淀截污井。

3 江蘇某辦公樓建筑項目概況

筆者就以曾經(jīng)設(shè)計的江蘇某辦公樓的雨水收集為實例，淺析雨水收集利用的體會。

在該項目中，業(yè)主希望該建筑在當(dāng)?shù)赜袀€環(huán)保節(jié)能的示范作用，要求給排水專業(yè)上采用雨水收集利用的措施，體現(xiàn)城市水資源的可持續(xù)利用。但業(yè)主又希望能盡可能節(jié)省在雨水收集利用上的投資，經(jīng)和業(yè)主溝通后，僅收集主樓屋面的雨水，放棄路面雨水的收集。

該辦公樓屋頂面積約2000m2，屋面雨水經(jīng)過雨水初期棄流后進(jìn)入雨水蓄水池，經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)后，用于綠化澆灌、車庫澆灑，雨水收集設(shè)備設(shè)置在主樓地下室內(nèi)。

4 江蘇某辦公樓建筑雨水利用系統(tǒng)的設(shè)置

4.1 雨水利用的規(guī)模

雨水利用的規(guī)模，根據(jù) 《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB50400—2006）應(yīng)滿足建設(shè)用地外排雨水設(shè)計流量不大于開發(fā)建設(shè)前的水平或規(guī)定的值，設(shè)計重限期按2年確定。

年均可利用雨水量的計算：

1)屋面面積2000m2，年均可直接利用雨水量為：

式中，0.8為收集折減系數(shù)；南通市年均降雨量取1200mm。

2)雨水收集水池容積計算

考慮雨水回用對水質(zhì)要求，將屋面雨水直接收集，經(jīng)過初期棄流后收集于儲水池，經(jīng)物理過濾后即可回用。初期棄流量考慮為2mm，按該地區(qū)2年重現(xiàn)期計算，24h降雨量為100mm，可收集雨水量為98mm。

一次降雨可直接收集雨水：Qy＝2000×0.8×0.098＝156.8m3

水池有效容積還需根據(jù)雨水回用水量確定，應(yīng)充分考慮水池的經(jīng)濟(jì)效益，因為雨水綜合利用中，收集水池的投資往往占總投資的55%以上。

經(jīng)過綜合考慮，雨水收集池設(shè)為150m3，超重現(xiàn)期雨水由溢流排出。

3)雨水回用水量分析

根據(jù)項目分析，平均一年大概可收集雨水1920m3，一個月約160m3，大概可以滿足近4500m2綠化澆灌用水要求。

4.2 雨水的收集方式

雨水收集是將降雨下墊面上的雨水徑流收集起來。雨水的收集形式很多，根據(jù)區(qū)域的雨水，一般有以下收集方式：屋面雨水的收集宜采用半有壓雨水收集系統(tǒng)，大型屋面宜采用虹吸式雨水收集系統(tǒng)。建設(shè)用地內(nèi)的平面和豎向設(shè)計應(yīng)考慮斷面雨水收集的要求。硬化地面的雨水應(yīng)有組織地排向雨水口，雨水口內(nèi)宜裝有截污裝置，雨水口設(shè)在匯水面的低洼處，頂面標(biāo)高低于地面10～20mm。廣場宜用縫隙集水排水溝收集排除雨水。

本項目采用虹吸式雨水收集系統(tǒng)，將屋面雨水排放管線引至地下室雨水收集池。

4.3 雨水處理工藝

雨水處理的工藝應(yīng)滿足雨水的出水水質(zhì)符合相應(yīng)用途的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。雨水利用的水質(zhì)CODcr、SS標(biāo)準(zhǔn)如表1所示：

雨水在經(jīng)過初期棄流后的水質(zhì)為：CODcr=70～100mg/L；SS= 20～40mg/L，所以雨水在經(jīng)過簡單的處理后即可達(dá)到相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

雨水收集具體工藝流程如圖1所示。

圖1 雨水收集工藝流程

4.4 雨水收集的原理圖

圖2 雨水收集系統(tǒng)的原理圖

5 雨水綜合利用系統(tǒng)主要設(shè)備及用途

5.1 雨水棄流裝置

用于雨水出戶位置或者立管底部，自帶流量計，計算雨水通過的流量，通過設(shè)定流量的數(shù)值，自動開閉閥門，將前期雨水棄流至地面雨水管網(wǎng)，后期雨水（較為清潔）通過單獨收集管路至集水池。

棄流裝置采用電動執(zhí)行機構(gòu)、PLC程序控制，可就地安裝也可遠(yuǎn)傳安裝。信號采集可實現(xiàn)降雨型降雨頻次、降雨量、降雨記錄、儲存池水位控制、暴雨倒灌警報控制等多項功能。

5.2 處理間

本項目在儲水池的旁邊構(gòu)筑沉井作為雨水處理間，其中包括過濾器、投藥裝置、螺旋混合器、水泵及相關(guān)自動控制設(shè)備。

其中過濾器采用折流、逆向流的復(fù)合流原理，不間斷對雨水進(jìn)行分離過濾，從根本上克服了過濾器的前期過濾堵塞問題及反洗結(jié)淤的弊病，保證在降雨過程中，無人操作狀態(tài)下，雨水不堵塞、不結(jié)淤，過濾順暢。

5.3 溢流問題

因為該項目的雨水收集池是設(shè)在主樓地下室內(nèi)的，屋面雨水系統(tǒng)是按重現(xiàn)期是10年設(shè)計的，而雨水收集利用的重現(xiàn)期是按2年設(shè)計的，勢必經(jīng)常會有溢流問題的存在，為了避免雨水溢流至室內(nèi)，做了以下防范措施：

1）根據(jù)溢水量，增加處理間集水坑水泵的排水能力，兩臺水泵分高低水位排水，并設(shè)置報警水位報警；

2）由于室內(nèi)外高差有 1.5m，雨水收集池直接通過兩條DN150的溢水管溢至室外排水，以備遇上特大暴雨時，潛水泵來不及排水的情況發(fā)生，并在雨水收集池內(nèi)設(shè)報警水位報警。

6 項目預(yù)期的社會效益

城市和住宅開發(fā)使不透水面積大幅度增加，使洪水在較短時間內(nèi)迅速形成，洪峰流量明顯增加，使城市面臨巨大的防洪壓力，洪災(zāi)風(fēng)險加大，水澇災(zāi)害損失增加。雨水滲透、回用等措施可緩解這一矛盾，延緩洪峰徑流形成的時間，削減洪峰流量，從而減小雨水管道系統(tǒng)的防洪壓力，提高設(shè)計區(qū)域的防洪標(biāo)準(zhǔn)，減少洪災(zāi)造成的損失。

很多城市為滿足用水量需要而大量超采地下水，造成了地下水枯竭、地面沉降和海水入侵等地下水環(huán)境問題。由于超采而形成的地下水漏斗有時還會改變地下水原有的流向，導(dǎo)致地表污水滲入地下含水層，污染了作為生活和工業(yè)主要水源的地下水。實施雨水滲透方案后，可從一定程度上緩解地下水位下降和地面沉降的問題。

可見通過這樣一個綠色環(huán)保雨水收集利用的措施，為創(chuàng)造節(jié)約型社會起了示范性作用。

綜上所述，在城市建設(shè)中，注意發(fā)展雨水收集和利用工程，把原來被排走雨水留下來利用，既增加了水資源，又減少了排水量，還減輕了城市洪水災(zāi)害威脅，使得水環(huán)境得以改善，生態(tài)環(huán)境得以修復(fù)，促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用和良性循環(huán)，目前開展的雨水收集利用就是城市水資源可持續(xù)利用的重要措施之一。

【1】王鵬.建筑與小區(qū)雨水收集利用系統(tǒng)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2011.

【2】楊文哲.濟(jì)南城區(qū)雨水資源化技術(shù)方案研究[D].濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2011.

【3】朱紅衛(wèi).高層綠色住宅小區(qū)給排水設(shè)計概況[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2011（4）：52-56.

【4】劉寶山.城市小區(qū)雨水利用的研究[D].天津：天津大學(xué)，2008.

【5】龍晨程.建筑小區(qū)雨水“滲透—排放一體化”技術(shù)性能與應(yīng)用研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2010.

Analysis of Collection and Utilization of Rainwater Resources about an Office Building in Jiangsu Province

ZHANGJin
(EastChinaUrbanArchitecturalDesign&ResearchInstitute,Shanghai200070,China)

The sustainable utilization ofwater resources is a strategy in economic and social development.Based onwater conservation, nontraditionalwater sourceshouldbetakenintoaccounttosolveurbanwatershortageandreducewastewater discharge,which can prevent urbanwaterloggingand promote cyclic use ofwater resources.The paper elaborated collection and utilization of rainwater resourceswhich is one of the importantmeasures for the sustainable use of urban waterresources.

rainwaterresources;collection;utilization

TU991.14

B

1007-9467（2016）07-0173-02

2016-5-13

張瑾（1976～），女，上海人，高級工程師，從事給排水研究，（電子信箱）jin_zhang@xd.ad.com.cn。