蘭州市雨水資源化利用技術研究與工程實踐＊

陳延軍 ,胡永權 ,羅天祥 ,增 茂 ,陳德琪 ,賈 恒

（1.甘肅省建材科研設計院有限責任公司，甘肅 蘭州 730020；2.甘肅省綠色建筑技術重點試驗室，甘肅 蘭州 730020)

隨著我國城鎮化建設的不斷發展，城市的大量路面使用普通路面磚鋪裝，大多場地被混凝土、大理石等材料硬化，許多城市在雨季時由于持續性的降雨天氣，地面硬化材料無法及時將積水排出，頻繁出現城市內澇現象，由此造成城市道路交通不暢、地下管網堵塞，對人們的生活出行造成了嚴重影響。降雨后大量雨水蒸發，未對其進行有效收集利用，會加劇城市熱島效應等[1-3]，同時造成水資源浪費。

蘭州市雖有黃河穿城而過，但水面較窄，水流速度快，致使河面上空水汽蒸發量少，區域氣候表現為干燥少雨。據有關數據顯示，蘭州年均降雨量為311.7mm，年均最大月降水量73.8mm(8 月)[4]，年降水量處在較低水平。而在降雨情況下，雨水通常是經市政雨水管網排出，但遇暴雨時老舊排水管網排水不暢，造成城市內道路被淹，且雨水徑流直入黃河，也會造成黃河水體的污染，這一現象近幾年表現尤甚。同時，經調查近年來蘭州市一些城區綠地，如公共區域綠地、小區綠地及單位庭院綠地等，灌溉用水主要為自來水和黃河水，且這些綠地都未進行雨水收集和利用，水資源浪費嚴重。隨著蘭州市城市規模的擴大，城市綠化面積的迅速擴展，綠化用水成本在不斷增加，從長遠來看，有效收集利用雨水，將其作為綠化灌溉用水是切實解決雨水資源浪費的一個重要途徑。

針對目前蘭州市海綿城市建設與運行研究的滯后現狀，有必要通過加強對蘭州市雨水資源利用技術研究與工程實踐，以期提高該地區雨水資源的再利用率。現以我公司公共區域為例，利用自主研發的生態透水磚[5]和防滲透氣砂[6，7]為主要材料，通過工程案例，介紹了一種雨水資源利用施工技術，為蘭州地區甚至西北干旱半干旱地區的雨水收集利用提供借鑒與參考。

1 工程設計與施工

1.1 工程簡介

該工程于2019 年9 月建成，位于我公司辦公樓前公共區域，工程總面積約120m2，如圖1 所示，主要收集來自辦公樓屋面雨水與地面雨水的收集。地面鋪裝設計為人行路面，由紅色、黃色、灰色三種顏色的彩色透水磚組成一種拼裝圖案，與辦公樓及周圍環境相協調，體現集生態、環保、美觀與一體的理念。

1.2 主要材料質量要求

1.2.1 生態透水磚

透水磚的質量按 《透水路面磚和透水路面板》（GB/T 25993-2010）[8]的要求進行檢驗和評定：

（1）抗折強度等級：Rf4.0；

（2）透水系數：≥2.0×10-2cm/s；

（3）耐磨性：磨坑長度≤35；

（4）防滑性：BPN≥60；

（5）抗凍性：30 次凍融循環，質量損失率≤5%，強度損失率≤20%。

1.2.2 防滲透氣砂

防滲透氣砂具有良好的防滲透氣、抗酸堿侵蝕性能，耐久性好，且具有局部自修復功能，能夠適應土基動態變化，提高結構安全性。其密度為1400～1500g/cm3；防滲高度≥1m，可滿足工程地基防滲設計要求。

1.3 結構設計

本工程透水性鋪裝路面為非承載性路面，基于《透水磚路面技術規程》（CJJ/T 188-2012）[9]和《建筑與小區雨水控制及利用工程技術規范》（GB 50400-2016），根據本地情況考慮1～2h 降雨不產生徑流，即僅考慮各層水分垂向入滲的情況，對工程的透水、集水、容水和排水功能設計。工程結構設計為集水型[10]，將透水性鋪裝路面與雨水凈化技術相結合，采取對集水末端增加設置沉淀池、過濾裝置[11]、清水蓄水池，實現雨水的進一步凈化、儲存，處理后的雨水經泵送用來綠化灌溉等，達到雨水循環利用的目的。工程分為透水磚鋪裝和雨水收集處理兩部分。由于在透水性鋪裝路面雨水收集系統中，一般使用防滲層找坡，使雨水流向儲水池，如圖1 所示。透水鋪裝系統斷面結構如圖2 所示，從上到下依次為：65mm 厚彩色透水磚；20mm 厚灰砂找平層；200mm 厚級配碎石；30mm 厚的灰砂透水基層；土工布保護層；20mm 厚防滲透氣砂防水層；20mm 厚細石混凝土墊層；3:7 灰土土基。通過上述透水磚面層、透水混凝土結構層和透水基層實現“滲”、“滯”，利用蓄水池和雨水凈化模塊等（如圖3 所示）實現“蓄”“凈”“用”，形成一個完整的雨水資源化利用系統。

圖1 工程平面示意圖

圖2 透水磚鋪裝結構斷面圖

圖3 雨水收集凈化系統平面圖

2 施工要點

2.1 透水磚鋪裝

1）土方開挖與換填。采用小型挖掘機進行開挖，局部需要人工平整；土基處理時采用3:7 灰土，分層攤鋪，分層夯實。蘭州市屬于嚴寒寒冷地區，土基應低于凍結線，以減輕凍脹危害。

2）外墻防水。在外墻結合處鋪設防水卷材，阻止部分雨水沿墻壁向下入滲而破壞辦公樓地基或周邊路基。

3）墊層。采用細石混凝土作墊層，主要目的是為防水層找平，且通過增加結構層厚度，提高土基穩定性。

4）防水層。采用防滲透氣砂作為防水層材料，避免雨水對土基浸透破壞，同時由于透水磚路面下滲水部位高程在城市公用道路上方，還可避免滲下的水流破壞其他土基[10]。施工時采用劃分網格方法攤鋪，以控制表面平整度、鋪設厚度和壓實度等符合要求。

5）保護層。在透水底層和防水層之間增加防穿刺土工布，起到隔離防護的作用，保證在施工時避免上層砂石跌落混雜而破壞透氣砂層，又能防止透氣砂層隨雨水流失。

6）透水層。采用粒徑為5～31.5mm 的連續級配碎石，厚度根據本地降雨量進行的容水設計來確定。

7）找平層。采用水泥與單一粒徑的中砂拌合而成干硬性水泥砂漿，膠砂比控制在1：5，硬化后應有不低于透水磚的透水能力。

8）面層。由于透水磚表面不夠細膩，規格太小會影響整體鋪裝的美觀度，這里選擇尺寸為400mm×200cm×60mm 的磚進行鋪裝。施工時采用錯縫鋪裝，避免形成貫通縫，鋪裝時磚之間空隙須統一留在排水暗溝一側，然后采用切割磚填平。透水磚鋪設過程中，一定要采取相應措施防護已鋪設完成的路面，避免砂漿、水泥等物跌落至磚表面，造成其透水性能的下降甚至破壞。

9）排水暗渠。渠底與透水鋪裝系統的不透水基層平齊，坡度宜取1.5%～2.0%，渠上方仍鋪設同規格的透水磚。

10）養護、填縫。基層采取塑料薄膜覆蓋其表面，灑水養護至少7d，如遇高溫天氣，灑水頻次相應增加。填縫時采用中砂，不得用干拌砂漿填縫。鋪設完畢后的工程實景如圖4 所示。

圖4 工程實景

2.2 雨水收集與處理

1）設置沉淀池和儲存池。沉淀池的作用是使流進池內的微小顆粒物質沉淀，減少雨水凈化裝置的堵塞；儲存池的作用是儲存經過濾凈化后的雨水，當容水量超限時，考慮選擇用液位控制水泵輔助排水。施工時池底均采用厚度為150mm 的混凝土澆筑，池壁用磚砌筑，用水性防水涂料或防水卷材做防滲處理，用防滲透氣砂砂漿進行抹面。為便于觀察，井蓋采用鋼化玻璃材質。

2）設置過濾凈化裝置。根據多孔材料物理凈水機理，利用自主研發的過濾凈化裝置安裝在沉淀池與儲存池之間，對雨水進一步凈化，其主要部件如圖5 所示，在濾芯內部還可以填充活性炭等吸附材料。

圖5 濾芯

3 應用效果

工程自投入運行以來，運行效果良好。經處理后的雨水經采樣檢測，雨水濁度（NTU）＜10，pH(電極法)＜7.5，溶解性總固體值（TDS）＜800mg/L，溶解氧（膜電極法）＞2.0mg/L，主要指標達到《城市污水再生利用——城市雜用水水質》（GB/T 18920-2002）[12]中的規定要求，可回用于庭院綠化灌溉、道路清洗、車輛沖洗等，均不需要額外使用自來水，每年可節省一定量的水費。

4 結語

該工程創新性地運用自主研發的生態透水磚、新型防滲材料和雨水過濾凈化裝置，集合各自功能形成一項雨水資源化利用成套技術，既能夠收集儲存雨水，防止城市內澇，又能夠凈化雨水，不污染當地水環境，能夠更好地服務海綿城市建設。因此，該工程的實踐，符合城市發展需要，具有良好的生態效益和社會效益。