雨水收集回用系统在营房工程的应用研究

随着人口和经济的持续发展，水资源的需求量也迅速增长。我国是世界贫水国家之一，淡水资源仅有世界人均水量的1/4。全国600多座城市中，有近400座缺水或严重缺水，且均呈递增趋势。有限的水资源已经逐渐影响着社会的发展和人们的生活，新兴的雨水收集系统为水资源的开发利用开拓了一个广阔的领域。

我国的雨水利用起步较晚，主要集中在一些缺水地区。大中城市的雨水利用基本处于探索与研究阶段，发展势头良好。尽管技术尚未成熟，但已经体现出了一定明显的经济效益。

1 工程概况

某营房工程处于南部沿海地区，受海洋季风性气候影响，常年雨量充沛，年平均降水量为1313mm，年降水量最低744mm，最高2411mm。该工程靠近大海，包括宿舍楼和俱乐部两栋主体建筑，绿化面积包括建筑物及广场周边近6000m2的草坪，日生活用水及绿化区浇水量较大，雨水收集回用有较大的应用潜力。为响应国家关于节能环保的号召，针对本工程的实际特点，设计时引入了雨水资源收集回用的理念。

本工程两栋建筑屋面为2500m2的混凝土硬化屋面，雨水可收集率较高。场区人形、车行地面按实际使用功能选用硬质混凝土地面，且因雨水入渗对土壤的透水性能及地下水位高度有严格要求。所以本工程仅考虑屋面雨水的收集回用（屋面雨水系统属有压排水管道，故阳台及走廊雨水不予收集）。

2 雨水收集主要构筑物及设备

屋面雨水经雨水斗收集后，进行过滤消毒处理，由泵房加压供水设备供给楼层卫生间冲厕、道路及绿化带浇水使用，主要由雨水池、弃流池、过滤器、清水池、泵房、供水设备组成，雨水收集回用系统示意如图1所示。

（1）雨水池：用于收集储存屋面雨水，进行初步沉淀去泥。经计算，雨水池有效容积选为400m3，平面尺寸约为20m×9m，池内有效水深2.2m，设置两台双绞刀潜污泵用于抽水，参数为Q＝10m3/h，H＝38m。

（2）弃流池：由于降雨的偶然性，导致雨水收集时间的不确定性。因此，设置容积式雨水弃流池将初期雨水及超过设计水位的雨水及时溢流，接入室外雨水排水管网。弃流池容积选为8m3。弃流池另设置一台双绞刀潜污泵，用于定期清污排泥，参数为Q＝8.5m3/h，H＝15m。

图1 雨水收集回用系统示意图

图2 清水池低水位示意

（3）过滤器：雨水进入清水池之前，采用一台GJA－250型单流式机械过滤器进行过滤，目的在于进一步降低雨水浊度。过滤器尺寸为Φ2500mm，Q＝49m3/h，反冲洗污水通过管道直接排入室外污水管网。

（4）清水池：用于储存过滤后的清水，向杂用水供水管网补水。有效容积选为40 m3，平面尺寸约为5m×4m，池内有效水深2m，设置潜污泵水位控制器，控制雨水池两台潜污泵的开启和关闭工作。

（5）泵房：平面尺寸3m×8m，室内放置整套变频供水设备。

（6）供水设备：由1台气压式压力水罐、4台立式多级清水泵、1台变频恒压集成控制柜及配套管道设施组成。其中气压式压力水罐用于调节和维持管道内压力，3台清水泵用于回用供水，1台清水泵用于反冲洗过滤器。控制柜用于所有设备的用电及程序控制。

3 供水设备工作原理及流程

首先根据实际需要，设定供水管道压力值。当卫生间或绿化带用水导致管道压力低于设定值后，变频供水设备将立即启动水泵，并根据压力变化情况，控制启动水泵的台数，从清水池抽水维持管道设定压力值。

（1）当清水池内水位下降到设定最低水位以下时，设备暂停工作，同时，水位控制器启动雨水池潜污泵，雨水经过滤后进入清水池，如图2所示。

（2）当清水池内水位到达设定最高水位后，控制器就下达指令，潜污泵停止工作，设备重新运行，如图3所示。

（3）当降雨量不足导致雨水池水位过低时，人工开启清水补水管阀门，补充清水池水量维持设备正常运转。如此循环，保证卫生间及绿化带用水。

4 施工注意事项及应对措施

4.1 雨水池基坑支护

根据勘察报告，基础埋深在地下水稳定水位以下0.5～0.8m。经验算，雨水池自重已完全能满足抗浮要求。

雨水池基坑紧挨施工临时主道路，开挖较深会影响道路的稳定性和承载能力，而开挖断面土质为以中砂为主的人工填土，孔隙潜水较为丰富，也极易造成基坑坍塌，而且基础面处于地下水位以下，涨潮时地下水位上升对基础施工极为不利。针对此情况，项目部决定采用集水井降水。在基坑开挖完毕后，立即用木桩和木板进行护坡支护，并沿垫层四周设置一条宽0.8米的排水沟，在两个角点设置两台水泵，连续进行抽水，基本确保了基坑无集水，后续的混凝土施工较为顺利。

图3 清水池高水位示意

4.2 水池排污清理

为便于池底的清洁和防止沉淀物淤积，雨水池底应保证有一定坡度。施工中，按约5‰的坡度向潜污泵找坡，池底清污工作变得顺利。

4.3 池体开透气孔

水池应开设透气孔与外界保持连通，维持水池内正常的水压。为了保证当降雨量积累达到溢流水位时阀门井不被灌水，雨水池体的3个通气孔均开在雨水池的顶板，用砂网覆盖。

5 应用评估分析

5.1 水质检测评估

经运转试验检测，卫生间在用水稳定后，水质较为清澈，基本无污浊物，经抽样检测，其中CODCr指标和SS指标满足国家现行关于卫生间冲厕和绿化水质CODCr≤30mg/L，SS≤10mg/L的标准要求，水质对洁具和草坪均无不利影响。

5.2 运行情况

雨水收集回用系统实现自动控制运行，基本不需人工操作，由于采用的均是定型化产品设备，质量可靠，运行状况良好，维护成本低。

5.3 社会效益

雨水收集回用系统对场区每年大量流失的雨水进行了回收再利用，提高了雨水使用率，对于提高城市雨水排除系统可靠性，减少城市洪涝起到了积极的作用。

5.4 经济效益

（1）年收集雨水情况：根据降雨量资料，屋面年收集降雨量3283～6028m3，按湛江市自来水费2.5元/m3计算，每年节约水费8027～15069元。

（2）耗电情况分析：系统年耗电量为2200～2600kwh，按湛江市电费0.63元/ kwh计算，每年支出电费1386～1638元。

（3）无雨季节耗电分析：无雨季节，需市政自来水向清水池补水，因未利用市政管网压力而消耗的电量约为800kwh，折合电费504元/年。

综合上述分析，雨水收集系统年节约开支6317～13179元/年。据测算，回用雨水的运行成本要低于再生污水－中水，总成本低于异地调水的成本。因此雨水收集回用在经济上是可行的，特别是缺水和自来水价高的城市，雨水回用的经济效益更加明显。

6 小结

雨水利用是水资源综合利用的一种新的系统工程，具有良好的节水效能和环境生态效益。建筑区雨水利用系统，以其良好的经济效益和环境生态效益适应了城市的现状和需求，促进了城市的生态化、健康化发展，应用前景必将十分广阔。