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常春藤花園雨水利用方案初探

日期：2006-04-19　

田旭中劉新軍李國春

（山東省輕工業(yè)設計院）

1.項目概況

濟南常春藤花園一期用地52.54ha,二期用地21.14ha，綠化（含景觀水體）占有率達76％，以建成最適用于人類居住的生態(tài)小區(qū)為己任。

濟南市海拔高度51.6m,平均年降雨量為685mm,一日最大降雨量294.4mm，全年降雨分布不均，主要集中在夏季多雨季節(jié)。

2．雨水利用的提出

雨水是寶貴的水資源，是大自然對我們?nèi)祟惖亩髻n。其實，雨水利用在我國歷史久遠，如西北地區(qū)的“水窖”就是成功的雨水收集再利用系統(tǒng)。城市雨水的回收利用在很多發(fā)達國家都已進入了標準化和產(chǎn)業(yè)化階段?，F(xiàn)代意義上的城市雨水利用在我國起步較晚，但隨著城市化帶來的水資源緊缺和城市生態(tài)環(huán)境的惡化，城市雨水利用已逐漸引起了人們的重視。一方面，城市嚴重缺水，地下水位逐年下降，并由此帶來地面塌陷等一系列惡果；另一方面，雨水大量流失，在多雨季節(jié)還經(jīng)常形成城市水澇，嚴重防礙居民生活。因此，城市雨水利用不僅是狹義的利用雨水資源和節(jié)約用水，還包括減輕城市雨水洪澇、減緩地下水位下降、控制雨水徑流污染內(nèi)、改善城市生態(tài)環(huán)境等多重作用。

濟南市常春藤花園為滿足人們回歸自然環(huán)境的要求，在小區(qū)內(nèi)建設了景觀水體。這不僅起到調(diào)節(jié)小區(qū)氣候等作用，還可作為雨水調(diào)蓄池用作生態(tài)小區(qū)的消防、綠化和灌溉等。這些都依賴于一個好的用水水質(zhì)的支持，并需消耗大量的水資源。如果用水缺少流動和更換，則易發(fā)生水流惡化現(xiàn)象，影響水體的觀賞功能。針對這一點，可以結合小區(qū)雨水利用，將經(jīng)過處理后的雨水排入小區(qū)內(nèi)的景觀水體，作為小區(qū)景觀水體的生態(tài)補水。

3．本項目雨水利用系統(tǒng)初步方案

雨水收集和利用系統(tǒng)主要是在居民生活小區(qū)構筑物中，根據(jù)生態(tài)學、工程學、經(jīng)濟學原理進行設計，依賴植物系統(tǒng)或土壤的自然凈化作用，將雨水利用與景觀設計相結合，從而實現(xiàn)環(huán)境、經(jīng)濟、社會效益的和諧統(tǒng)一。

在本項目中，提出以下雨水收集、處理和利用措施：

3．1．可利用的雨水量及水質(zhì)

在本項目中，可回收利用的雨水包括屋面雨水和地面雨水（主要為道路）雨水。根據(jù)南京市某居住小區(qū)瓦質(zhì)屋面和道路雨水徑流COD隨降雨歷時的變化曲線，雨水COD隨降雨歷時的延長而逐漸降低。屋面雨水徑流初期COD可達400-500mg/L，道路雨水徑流初期COD可達400-800 mg/L，降雨后期COD趨于穩(wěn)定（〈50 mg/L），水流較好。因此，雨水的收集利用應考慮舍棄初期雨水徑流（屋面降雨歷時〈40min，道路降雨歷時〈150min），以減少對處理設施的影響，設置初期棄流設施部分達到此目的。

濟南市的降雨分布極其不均，一年中的雨量通常集中在夏季幾場大雨或暴雨中，歷史記錄中一日最大降雨量可達294.4mm，這在一定程度上不利于雨水的收集和利用。本項目建筑物總占地面積為134692m²，屋面雨水年平均降雨總量為92264 m³/a，其中一日最大降雨量為40192 m³/d。由此可見，在本項目中需設置較大的貯水池用于蓄積屋面雨水，經(jīng)處理后可用于小區(qū)內(nèi)家庭，公用場所等非飲用水，如澆灌、沖刷、洗車等。居住區(qū)道路雨水水流污染程度大，水質(zhì)復雜，如果收集處理將造成投資和運行費用較高，因而，可考慮間接利用（即通過自然或人工設施滲透入地下以補充地下水）。

3．2屋面雨水積蓄利用系統(tǒng)

小區(qū)屋面雨水積蓄利用以瓦質(zhì)屋面和水泥混凝土屋面為主，以金屬、粘土和混凝土材料為最佳屋頂材料，不能采用含鉛材料。屋面雨水積蓄利用系統(tǒng)由集雨區(qū)、輸水系統(tǒng)、儲存系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)以及回用水系統(tǒng)等幾部分組成，并設有雨水溢流管，當集雨水量較多或降雨頻繁時，部分雨水可直接排至景觀水體。流程簡易說明：小區(qū)內(nèi)各建筑物屋面雨水通過落水管排至初期棄流裝置，目前的一種環(huán)保型雨水口達到此目的。環(huán)保型雨水口改變了傳統(tǒng)市政雨水口的結構，截流了污染較重的初期雨水，改善了排入管道的雨水水流。過濾斗可去除大顆粒污染物，擋板具有隔油作用并可攔截漂浮、懸浮污染物。池內(nèi)攔截的初期雨水通過透水墻自然滲出到周圍土壤，節(jié)省能耗。通過初級處理的雨水由管網(wǎng)收集至貯水池，貯水池可設于小區(qū)西北角靠近中水站的位置，利用小區(qū)內(nèi)較大的地勢差，可順利收集雨水，節(jié)省管網(wǎng)投資。雨水進入貯水池前需設沉淀池，池型可按平流式沉淀池設計，入口設消能、穩(wěn)流裝置，最大設計流量根據(jù)收集范圍內(nèi)的匯水面積，按重現(xiàn)期為5年的暴雨強度產(chǎn)生的雨水徑流量計算確定。通過對屋面雨水的自然沉淀試驗表明，當自然沉淀時間超過90min時，COD去除率可達30%以上，出水COD可降至40mg/L以下，達到生活雜用水及景觀用水標準。對于沉淀池應定期清掃，排除池內(nèi)的泥砂；還可設注氯裝置，對雨水貯水池進行定期消毒。對于部分對水質(zhì)要求較高的地方，可設置過濾系統(tǒng)對雨水進行進一步處理，消毒后，泵至回用水系統(tǒng)。

本項目一期最大降雨水量為24840 m³/d（屋面），收集率按60%計，則可直接利用的屋面雨水量最高日為14904m³。因此，一期工程可設7500m³貯水池兩座，尺寸均為60×30×4（h）m。本項目二期最大日可直接利用的屋面雨水量為8888m³,可設4500m³貯水池兩座尺寸均為60×18×4（h）m。雨水深度處理設施（過濾）根據(jù)小區(qū)內(nèi)實際需要而設置。參考國內(nèi)外的經(jīng)驗，貯水池也可根據(jù)小區(qū)地形及雨水使用地點分散設置，在設計時需根據(jù)實際情況進行技術經(jīng)濟比較。

3.3地面雨水截污滲透系統(tǒng)

如前所述，由于道路雨水水流復雜，污染程度大，且由于濟南市降雨分布不均，如果將這部分雨水也回收利用，需建設較大的雨水貯水池和較復雜的雨水收集和處理系統(tǒng)，因此，在本項目中道路雨水考慮間接利用，具體措施如下：

1）將全部路面（人行道、車形道、停車場）采用透水性生態(tài)鋪設。其優(yōu)點是：具有良好的透水、透氣性能，不降低路面強度（可行重車）；過濾處理收集雨水，保證良好的水質(zhì)；可吸收水分與熱量，調(diào)節(jié)小區(qū)氣候，增加居住舒適度；雨后不積水，雪后不打滑；吸收噪音，可提高車輛通行的舒適性和安全性；色彩豐富，自然樸實；該項措施綜合造價在130元/㎡左右。

2）綠地低于路面5cm，路面雨水先引入附近的下凹式綠地或淺溝截污、下滲凈化。植物根系和土層對雨水中的污染物有較好的去除效果，對TSS、COD、TN、TP的去除率分別達到70%、63%、21%和77%。滲透后的道路雨水水質(zhì)能有較大的改善，可避免對地下水的污染。小區(qū)綠地表層土可根據(jù)需要換成1.0m厚的1：1的煤渣人工土，可大大提高土層的滲透能力（達3.56×10^-5m/s）。對于超過綠地儲存容量和下滲量而形成的地表徑流則利用地表坡度、邊溝或明渠就近向景觀水體匯集。分散的綠地貯水區(qū)或跨越路面處，用地下碎石溝連通，使凈化儲存的雨水在雨后不斷地向景觀水體補水。雨水在進入景觀水體前亦可先排至人工濕地進行處理。濕地在控制污染、調(diào)節(jié)氣候、美化環(huán)境方面都起著重要的作用。根據(jù)自然地形，利用坡地、洼地或溝渠，種植特定的濕地植物如蘆葦、香蒲、千屈菜、美人蕉等，構建起一個人工濕地生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地水質(zhì)凈化的過程包括物理沉降、根系阻截、化學沉淀、土壤及植物根系表面的吸附和吸收、微生物代謝等，其中起主要作用的是微生物。通過人工水景與濕地的結合，為社區(qū)居民提供更舒適、更健康的居住環(huán)境。

濟南市常春藤花園綠地（含景觀水體）、路面總面積達57ha，年平均降雨量為3.9×10⁵m³/a，根據(jù)經(jīng)驗，滲透水量按80％計，則滲透水量為312000 m³/a，可向景觀水體地補水量達78000 m³/a，這對于補充涵養(yǎng)地下水、復活泉水、保持景觀水體生態(tài)用水將起到積極的作用，并可減少暴雨期間流量和暴雨流速，延長滯時，緩減排水系統(tǒng)壓力，優(yōu)化小區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境。

4．小節(jié)

綜合以上分析，結合濟南常春藤花園實際狀況，本項目對不同面積上的降水徑流分別收集：對來自屋頂?shù)膹搅鲉为毷占?，?jīng)過適當?shù)奶幚砗罂捎糜谏铍s用水或更高端的用水；對于水質(zhì)較復雜的地面雨水則主要通過采用地面、綠地滲透等措施，主要用于補充地下水，多余部分作為景觀水體補充水，力爭實現(xiàn)常春藤花園雨水“零排放”。

據(jù)測算，濟南常春藤花園一期需建有效容積為15000 m³的雨水貯水池，二期需建有效容積為9000m³的雨水貯水池，可集中或分散建設。貯水池前設平流式沉淀池，除定期清掃、消毒外，幾無處理費用。該系統(tǒng)年平均可回收屋面雨水在6萬m³以上，可節(jié)省大量自來水；一、二期工程通過地面、綠地滲透地面雨水量312000 m³/a，向景觀水體補水量為78000 m³/a，均具有較好的環(huán)境效益和社會效益。應當引起重視的是，貯水池等地下構筑物均需有可靠的安全防范措施。

5．實例參考

5．1．德國早在1989年就制定了屋面雨水利用設施標準，目前城市雨水利用已進入標準化、產(chǎn)業(yè)化階段，其成功典范是柏林廣場Daimleer區(qū)域城市水體工程設計。該區(qū)域年產(chǎn)徑流水量2.3萬m³，采取的主要管理措施有：建有屋頂花園4ha，雨水貯存池3500 m³；建有人工湖12ha，人工濕地1900ha。該雨水利用系統(tǒng)主要通過基層、植物和藻類等來凈化雨水。同時系統(tǒng)對水流實行自動監(jiān)控，并增設水循環(huán)設施，使水體滿足鳥和魚類動物的生存環(huán)境，實現(xiàn)了生態(tài)小區(qū)內(nèi)建筑、水和生物的高度和諧和統(tǒng)一。

5．2．南京某開發(fā)區(qū)一居住小區(qū)總占地52380㎡，其中建筑占地面積17160㎡，綠化率51%，南京市平均降雨量1106mm/a。該小區(qū)將屋面雨水單獨收集處理后作為生活雜用水，修建40-100m³貯水池8個并分別建有絮凝沉淀等處理設施，直接利用水量11586 m³/a；小區(qū)內(nèi)50%的綠地表層土換成1.0m厚的1：1的煤渣人工土，道路、綠地雨水滲透處理，溢流水由雨水管道排除，總滲透水量35090 m³/a，外排水量11256 m³/a，工程總造價130.22萬元。