□文/石 博
住宅小区雨水处置与利用方案探讨
□文/石 博
雨水的处置与利用方案应因地制宜。文章针对天津市降雨量和分布特点,介绍几种雨水处置和利用方案并以某住宅小区为例,制定经济合理的规划方案。
雨水利用;蓄渗;绿化用水
我国是一个水资源短缺的国家,人均水资源占有量仅为世界平均水平的1/4,淡水资源的匮乏问题已成为制约工农业生产和城市发展的瓶颈。因此雨水收集利用在减少城市雨洪危害,开拓水源方面正日益成为一项重要发展方向。城市大型公建、住宅小区等建筑群的屋面及地面雨水经收集和处理后,除用于补充地下水,还可用于景观环境、绿化、道路冲洗、洗车、冷却水、供热循环水、冲厕等用途,可以有效减少自来水用量,节约水资源,缓解缺水问题。
雨水主要通过硬化路面的污水井排入市政下水系统,落入绿地的雨水一部分可以回渗到地下,当雨量强度较大时产生的径流同样排入下水系统。在暴雨期往往形成小区道路积水严重,污水外溢等情况。
建设人工湖、人工溪流、喷泉等各种水景观,不仅提升小区人文环境品位,也可以起到调节小环境温湿度的生态作用。合理规划人工湖可以作为调蓄雨洪的重要设施,减少地面径流,还可以蓄水作为绿化用水。不过只有当水体容积达到足够规模的时候才能发挥上述效果。另外,水景观需水量大,水价的上涨使运行成本居高不下,某些城市还规定景观环境用水不得使用自来水;控制水质的工作成本和运行维护成本高,物业管理困难,不少水景长期闲置或废弃。
包括草皮砖、透水砖和透水混凝土等技术。目前多数小区的地表大部分被柏油道路和混凝土等覆盖,雨水不能直接下渗,容易引发积水。透水砖不但能加大雨水渗入地下,干燥时给地表提供湿度,吸热,对阳光反射率低,在晴天起到降温作用。
经多项研究和实践效果表明,低于路面的下凹式绿地能够明显提高雨水蓄渗效率。一项草坪高度对入渗量的影响试验表明,若草坪低于路面,其入渗量是高于路面时的3~4倍。频率为20%、10%、5%的降雨过程,绿地下凹10cm,径流系数减小到0,也就是绿地不会产生径流,每年仅有2~3次暴雨产生溢流,绝大部分雨水径流蓄渗在绿地中。同时研究还表明当绿地比路面低 10cm、F汇/F绿=1.0、稳渗率为 0.2mm/min,频率为20%、10%、5%的降雨过程,绿地积水时间分别为15.8、16.3、26.8h,这一淹水历时不会影响绿地的正常生长。
蓄水池作为收集设施对雨水再利用起到关键作用,使各项方案蓄渗的雨水得到直接利用。蓄水池不宜过大或过小,过大会造成长时间闲置和浪费,还要考虑土压力等多种因素加大施工复杂程度和建安成本;过小则起不到蓄水调节的作用。
地面径流雨水水质较差,城市道路初期雨水中COD通常高达3000~4000mg/L;而绿地径流雨水又基本以渗透为主,可收集雨量有限;屋面雨水水质较好、径流量大、便于收集利用。收集利用需和蓄水池配合使用,所以排水管出口附近要设置渗水管、滤水层等配套设施,设计施工难度加大。国外在此方面已经有成熟方案,形成一系列的定型产品和组装式成套设备。
雨水收集处理后转作中水,雨水直接利用比例高,是缺水地区开源节流的途径之一。但是考虑到大部分地区雨水季节性水量分布差异大,中水处理设施一年中会有较长时间闲置。同时,较高的水质处理以及中水系统的建设维护费用,也制约了雨水用于中水补充水源、纳入中水系统联合运行的方案。
小区位于天津市河北区,项目占地56364m2,建筑面积约90000m2,其中建筑占地23.2%,绿地率40%,小区道路和停车位36.8%。天津市位于中纬度欧亚大陆东岸,属暖温带、半湿润大陆季风气侯,虽临近渤海,但属内陆性海湾,受海洋影响较少,温差很大,四季分明。多年平均降雨量590.1mm。降雨的80%集中在6~9月,雨量集中。
(1)考虑到雨水水量、水质以及建筑中水系统的特点,雨水不宜与建筑中水系统联合运行。屋面雨水收集利用系统和中水补充系统的储存容积过大,而整个系统的设备在一年中的大部分时间里闲置,代价太高,不宜采用。
(2)该小区位于天津主城区,出于节地与地价成本的考虑,不宜采用人工开挖营造水景观的方案。加之天津为缺水地区,大规模水景的蒸发损失量过大,水费昂贵,运行费用和工作负荷都很高。
(3)采用下凹式绿地,既可以美化环境又可以作为一种蓄集雨水措施,对于拦蓄雨洪,补充地下水有明显作用。而其建造成本与普通草坪相比几乎相同,在城市小区规划建设中应大力推广应用。出于园林景观的美观考虑,下凹式绿地也可以设计成局部起伏形式,只需其平均高度低于路面5~10cm即可。
(4)公共广场、露天停车场、生态公园、人行道、房舍周边等处铺设透水砖。以北京雨洪试验场进行试验所用透水砖为例,渗透系数在0.789~2.14mm/s,降雨落到地面随即入渗地下,因此透水砖面层对加强雨水入渗率,减少地表径流起了显著作用。
(5)天津雨季集中,建设大规模蓄水池投资高,利用率低,单位蓄集水的成本高。但是有了蓄水池才能把雨洪管理提升到回收利用的程度,有条件的大型公建区域应修建有一定规模的地下蓄水池,同时建议和下凹式绿地、地埋渗管、屋面雨水收集措施结合使用,屋面雨水管出口设置在绿地或透水砖区域内,避免直接排向硬化路面,加大雨水收集能力。
该小区规划将蓄水池,分散设计为多个蓄水井,设置在大面积绿地内。一方面相对于大型蓄水池的设计降低了施工难度,大幅降低成本;另一方面蓄水井的均匀分布也增加了汇水面积,收集雨水更多;同时作为绿化用水可以就近取用,节约人力物力。蓄水井可以参照市政道路雨水井建设,井口加盖以减少蒸发和变质,防范坠入事故的发生。天津市极限最大冻土深度81cm,考虑到蓄水的容积需要,井深≮1.5m。
综上所述,该小区雨水处置与利用方案规划为下凹式绿地+局部透水砖地面+分散式绿地内蓄水井。
(1)上述方案相对于传统做法的成本差异。下凹式绿地与传统高与地面绿地相比成本几乎没有差异;存车场混凝土厚200mm、强度等级C30路面造价约为150元/m2;彩砂透水砖厚80mm停车场路面造价约70元/m2,按道路与停车场总面积20%铺设计算,节约成本约12万元;蓄水井按造价2000元/个,设置30个,增加成本约6万元。
(2)小区理论降水量约33260m3/a;下凹式绿地按全部回渗,为13304m3;透水道路按50%回渗,为6120 m3。传统方式中不透水路面径流系数0.9;绿地径流系数0.15。则回渗量分别为1224m3和11308m3。
上述方案与传统方式对比雨水回渗量增加了6892m3,如果考虑其中30%替代了自来水作为绿化和路面浇水的效用,则每年节约水费约8064元。
(3)以蓄水井收集全部绿地降水20%计算,回收利用量约2661m3,用于绿化用水每年可节约水费10377元。
(1)雨水是自然界水循环系统中的重要环节,对调节、补充地区水资源和生态环境起着极为关键的作用。排水系统多为雨污合流方式,一般当降水量>20mm/d时,雨水混合污水排入河道,会造成河湖水体污染。通过雨水渗蓄可以大幅缓解对河湖水环境的压力,有效改善区域生态环境。
(2)降水量<20mm/d的均匀降水,雨水通过汇水管网进入污水处理厂。雨水渗蓄、利用方案可以减少城市污水处理费用。同时也减少了用于市政排水管网扩容改造的费用。
(3)可减轻城市的防洪压力,减少防洪投资和洪灾损失。减少或避免排涝设施不足导致的道路及小区积水,提高居民生活质量。
(4)涵养地下水源,利用雨水补充地下水资源是最经济的方法,在一定程度上缓解城市水资源的供需矛盾。
城市小区雨水处置利用要避免生搬硬套,应该充分体现因地制宜、针对性强、灵活多样的特点。既要考虑尽可能充分地利用雨水,又要兼顾经济可行并对不同方案做技术经济和社会效益分析,通过合理规划,避免浪费,创造更大的综合效益。
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TU991.14
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1008-3197(2010)06-27-02
2010-08-10
石 博/男,1975年出生,工程师,天津市房地产信托集团公司,从事工程管理工作。