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常春藤花园雨水利用方案初探

浏览次数: 日期:2006-04-19

田旭中  刘新军   李国春

(万博体育手机版客户端) 

1.项目概况

     济南常春藤花园一期用地52.54ha,二期用地21.14ha,绿化(含景观水体)占有率达76%,以建成最适用于人类居住的生态小区为己任。

     济南市海拔高度51.6m,平均年降雨量为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节。

2.雨水利用的提出

雨水是宝贵的水资源,是大自然对我们人类的恩赐。其实,雨水利用在我国历史久远,如西北地区的“水窖”就是成功的雨水收集再利用系统。城市雨水的回收利用在很多发达国家都已进入了标准化和产业化阶段。现代意义上的城市雨水利用在我国起步较晚,但随着城市化带来的水资源紧缺和城市生态环境的恶化,城市雨水利用已逐渐引起了人们的重视。一方面,城市严重缺水,地下水位逐年下降,并由此带来地面塌陷等一系列恶果;另一方面,雨水大量流失,在多雨季节还经常形成城市水涝,严重防碍居民生活。因此,城市雨水利用不仅是狭义的利用雨水资源和节约用水,还包括减轻城市雨水洪涝、减缓地下水位下降、控制雨水径流污染内、改善城市生态环境等多重作用。

济南市常春藤花园为满足人们回归自然环境的要求,在小区内建设了景观水体。这不仅起到调节小区气候等作用,还可作为雨水调蓄池用作生态小区的消防、绿化和灌溉等。这些都依赖于一个好的用水水质的支持,并需消耗大量的水资源。如果用水缺少流动和更换,则易发生水流恶化现象,影响水体的观赏功能。针对这一点,可以结合小区雨水利用,将经过处理后的雨水排入小区内的景观水体,作为小区景观水体的生态补水。

3.本项目雨水利用系统初步方案

     雨水收集和利用系统主要是在居民生活小区构筑物中,根据生态学、工程学、经济学原理进行设计,依赖植物系统或土壤的自然净化作用,将雨水利用与景观设计相结合,从而实现环境、经济、社会效益的和谐统一。

在本项目中,提出以下雨水收集、处理和利用措施:

31.可利用的雨水量及水质

在本项目中,可回收利用的雨水包括屋面雨水和地面雨水(主要为道路)雨水。根据南京市某居住小区瓦质屋面和道路雨水径流COD随降雨历时的变化曲线,雨水COD随降雨历时的延长而逐渐降低。屋面雨水径流初期COD可达400-500mg/L,道路雨水径流初期COD可达400-800 mg/L,降雨后期COD趋于稳定(〈50 mg/L),水流较好。因此,雨水的收集利用应考虑舍弃初期雨水径流(屋面降雨历时〈40min,道路降雨历时〈150min),以减少对处理设施的影响,设置初期弃流设施部分达到此目的。

济南市的降雨分布极其不均,一年中的雨量通常集中在夏季几场大雨或暴雨中,历史记录中一日最大降雨量可达294.4mm,这在一定程度上不利于雨水的收集和利用。本项目建筑物总占地面积为134692m2,屋面雨水年平均降雨总量为92264 m3/a,其中一日最大降雨量为40192 m3/d。由此可见,在本项目中需设置较大的贮水池用于蓄积屋面雨水,经处理后可用于小区内家庭,公用场所等非饮用水,如浇灌、冲刷、洗车等。居住区道路雨水水流污染程度大,水质复杂,如果收集处理将造成投资和运行费用较高,因而,可考虑间接利用(即通过自然或人工设施渗透入地下以补充地下水)。

32屋面雨水积蓄利用系统

小区屋面雨水积蓄利用以瓦质屋面和水泥混凝土屋面为主,以金属、粘土和混凝土材料为最佳屋顶材料,不能采用含铅材料。屋面雨水积蓄利用系统由集雨区、输水系统、储存系统、净化系统以及回用水系统等几部分组成,并设有雨水溢流管,当集雨水量较多或降雨频繁时,部分雨水可直接排至景观水体。流程简易说明:小区内各建筑物屋面雨水通过落水管排至初期弃流装置,目前的一种环保型雨水口达到此目的。环保型雨水口改变了传统市政雨水口的结构,截流了污染较重的初期雨水,改善了排入管道的雨水水流。过滤斗可去除大颗粒污染物,挡板具有隔油作用并可拦截漂浮、悬浮污染物。池内拦截的初期雨水通过透水墙自然渗出到周围土壤,节省能耗。通过初级处理的雨水由管网收集至贮水池,贮水池可设于小区西北角靠近中水站的位置,利用小区内较大的地势差,可顺利收集雨水,节省管网投资。雨水进入贮水池前需设沉淀池,池型可按平流式沉淀池设计,入口设消能、稳流装置,最大设计流量根据收集范围内的汇水面积,按重现期为5年的暴雨强度产生的雨水径流量计算确定。通过对屋面雨水的自然沉淀试验表明,当自然沉淀时间超过90min时,COD去除率可达30%以上,出水COD可降至40mg/L以下,达到生活杂用水及景观用水标准。对于沉淀池应定期清扫,排除池内的泥砂;还可设注氯装置,对雨水贮水池进行定期消毒。对于部分对水质要求较高的地方,可设置过滤系统对雨水进行进一步处理,消毒后,泵至回用水系统。

本项目一期最大降雨水量为24840 m3/d(屋面),收集率按60%计,则可直接利用的屋面雨水量最高日为14904m3。因此,一期工程可设7500m3贮水池两座,尺寸均为60×30×4hm。本项目二期最大日可直接利用的屋面雨水量为8888m3,可设4500m3贮水池两座尺寸均为60×18×4hm。雨水深度处理设施(过滤)根据小区内实际需要而设置。参考国内外的经验,贮水池也可根据小区地形及雨水使用地点分散设置,在设计时需根据实际情况进行技术经济比较。

3.3地面雨水截污渗透系统

如前所述,由于道路雨水水流复杂,污染程度大,且由于济南市降雨分布不均,如果将这部分雨水也回收利用,需建设较大的雨水贮水池和较复杂的雨水收集和处理系统,因此,在本项目中道路雨水考虑间接利用,具体措施如下:

1)将全部路面(人行道、车形道、停车场)采用透水性生态铺设。其优点是:具有良好的透水、透气性能,不降低路面强度(可行重车);过滤处理收集雨水,保证良好的水质;可吸收水分与热量,调节小区气候,增加居住舒适度;雨后不积水,雪后不打滑;吸收噪音,可提高车辆通行的舒适性和安全性;色彩丰富,自然朴实;该项措施综合造价在130元/㎡左右。

 2)绿地低于路面5cm,路面雨水先引入附近的下凹式绿地或浅沟截污、下渗净化。植物根系和土层对雨水中的污染物有较好的去除效果,对TSS、COD、TN、TP的去除率分别达到70%、63%、21%和77%。渗透后的道路雨水水质能有较大的改善,可避免对地下水的污染。小区绿地表层土可根据需要换成1.0m厚的1:1的煤渣人工土,可大大提高土层的渗透能力(达3.56×10-5m/s)。对于超过绿地储存容量和下渗量而形成的地表径流则利用地表坡度、边沟或明渠就近向景观水体汇集。分散的绿地贮水区或跨越路面处,用地下碎石沟连通,使净化储存的雨水在雨后不断地向景观水体补水。雨水在进入景观水体前亦可先排至人工湿地进行处理。湿地在控制污染、调节气候、美化环境方面都起着重要的作用。根据自然地形,利用坡地、洼地或沟渠,种植特定的湿地植物如芦苇、香蒲、千屈菜、美人蕉等,构建起一个人工湿地生态系统。人工湿地水质净化的过程包括物理沉降、根系阻截、化学沉淀、土壤及植物根系表面的吸附和吸收、微生物代谢等,其中起主要作用的是微生物。通过人工水景与湿地的结合,为社区居民提供更舒适、更健康的居住环境。

济南市常春藤花园绿地(含景观水体)、路面总面积达57ha,年平均降雨量为3.9×105m3/a,根据经验,渗透水量按80%计,则渗透水量为312000 m3/a,可向景观水体地补水量达78000 m3/a,这对于补充涵养地下水、复活泉水、保持景观水体生态用水将起到积极的作用,并可减少暴雨期间流量和暴雨流速,延长滞时,缓减排水系统压力,优化小区内的生态环境。

4.小节

综合以上分析,结合济南常春藤花园实际状况,本项目对不同面积上的降水径流分别收集:对来自屋顶的径流单独收集,经过适当的处理后可用于生活杂用水或更高端的用水;对于水质较复杂的地面雨水则主要通过采用地面、绿地渗透等措施,主要用于补充地下水,多余部分作为景观水体补充水,力争实现常春藤花园雨水“零排放”。

据测算,济南常春藤花园一期需建有效容积为15000 m3的雨水贮水池,二期需建有效容积为9000m3的雨水贮水池,可集中或分散建设。贮水池前设平流式沉淀池,除定期清扫、消毒外,几无处理费用。该系统年平均可回收屋面雨水在6m3以上,可节省大量自来水;一、二期工程通过地面、绿地渗透地面雨水量312000 m3/a,向景观水体补水量为78000 m3/a,均具有较好的环境效益和社会效益。应当引起重视的是,贮水池等地下构筑物均需有可靠的安全防范措施。

5.实例参考

51.德国早在1989年就制定了屋面雨水利用设施标准,目前城市雨水利用已进入标准化、产业化阶段,其成功典范是柏林广场Daimleer区域城市水体工程设计。该区域年产径流水量2.3m3,采取的主要管理措施有:建有屋顶花园4ha,雨水贮存池3500 m3;建有人工湖12ha,人工湿地1900ha。该雨水利用系统主要通过基层、植物和藻类等来净化雨水。同时系统对水流实行自动监控,并增设水循环设施,使水体满足鸟和鱼类动物的生存环境,实现了生态小区内建筑、水和生物的高度和谐和统一。

52.南京某开发区一居住小区总占地52380㎡,其中建筑占地面积17160㎡,绿化率51%,南京市平均降雨量1106mm/a。该小区将屋面雨水单独收集处理后作为生活杂用水,修建40-100m3贮水池8个并分别建有絮凝沉淀等处理设施,直接利用水量11586 m3/a;小区内50%的绿地表层土换成1.0m厚的11的煤渣人工土,道路、绿地雨水渗透处理,溢流水由雨水管道排除,总渗透水量35090 m3/a,外排水量11256 m3/a,工程总造价130.22万元。

 

 

 

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