城市屋面雨水收集利用分析

卢凤忠

（安顺黄果树建筑规划设计院　贵州　安顺　561000）

城市屋面雨水收集利用分析

卢凤忠

（安顺黄果树建筑规划设计院贵州安顺561000）

如今，我国许多城市水资源严重短缺，而大量的雨水资源难以保留，利用率极低。雨水作为一种宝贵的资源，在城市水循环系统和流域水环境系统中起着十分重要的作用。本文就城市中房屋屋面雨水的收集利用展开分析，以供参考。

屋面；雨水；收集

引言

当前，我国人口众多，但是资源有限，尤其是水资源方面呈现紧缺的状态。同时，有些地方一遇暴雨就形成内涝，危及人们的人身和财产安全。如果能广泛收集雨水，将雨水进行处理，再用于花草树木的浇灌，既节约了水资源，又缓解了防汛压力，可谓两全其美。由此可见，收集雨水对于建设节约型社会具有重要意义，人们也越来越认识到雨水利用的重大效益，全国各地城市开始逐步实施雨水的综合利用工程。

1　城市雨水的收集利用

城市雨水的收集利用是指在城市范围内，有目的地利用各种措施，对城市中的雨水资源进行保护和回收，其中主要包括经过收集、储存和一定程度净化后的直接利用。城市雨水资源的来源主要包括城市道路集水、房屋建筑屋面集水以及绿化带等集水。相关的收集措施包括建造人工或自然水体、池塘、湿地或低洼地等，对雨水径流实行的调蓄、净化和利用，另外，还可以通过各种人工或自然渗透设施，充分利用渗入地下的地下水资源，从而改善城市水环境以及生态环境。

城市雨水收集利用是一项多目标的、具有综合性的技术，不仅能够解决城市水资源短缺问题，降低水污染，控制城市水土流失和水涝，还可以起到改善城市生态环境、在区域中形成健康循环的重要作用。因此，对水资源的优化配置、回收利用对于促进社会经济的可持续发展，具有积极意义。

2　屋面雨水的优点

2.1屋面雨水水质较好

屋面雨水径流存在污染源，其中包括天然降雨污染物、积累的沉积物及屋面材料老化。待降雨经初期弃流后，污染程度会明显降低，水质呈现较好的状态，部分指标可达到地表水Ⅴ类标准，重金属含量也满足城市杂用水回用标准。不同材质屋面雨水污染情况不同，污染物浓度见表1。

表1　不同材质屋面雨水径流污染物浓度平均值（单位：mg/L）

以上数据表明，沥青、油毡屋面容易发生光解，因此径流污染物的含量较高，而水泥、瓦屋面的水质较好。同时，随着降雨历时和次数的增多，径流污染的程度会有所降低。可以说相比较而言，屋面雨水的杂质、垃圾较少，污染程度也相对较小，雨水的pH呈中性，含盐量很少，硬度较低，无需进行软化即可用作中水，在一定程度上降低了净化的费用。

2.2屋面雨水易收集

不同地方的雨水收集方式不同，雨水的污染程度、净化费用以及收集系统也不一样。屋面雨水收集系统比较简单，既可以在修建过程中设置，也可以在已有的屋面做简单的改造得以实现，具有很强的可操作性。

2.3屋面雨水的利用

通过屋面收集的雨水可以存储，除用于水景外，还可喷洒路面、灌溉绿地、冲刷厕所等，大大减少自来水的用量，节约水资源，调节地表水与地下水的健康循环和交换。此外，建立完善的雨水收集系统还可以缓解城市防洪排水处理系统的负荷。

3　屋面雨水收集系统

3.1屋面雨水积蓄系统工作流程

屋面雨水积蓄系统的工作，首先是对雨水的收集，屋面收集后，需要经过旋流过滤器的处理，85％的雨水进人雨水储罐，其余含杂质部分排入通常的雨水管道系统。目前，屋面雨水的收集利用已有了较为成熟的方法。

3.1.1屋面排水

通常来说，屋面雨水约占到城区雨水总资源量的65％左右，且水质相对稳定，初期雨水弃流后，只需稍做处理即可用于生活用水。屋面雨水收集方法包括重力式排水系统和虹吸式排水系统，同时屋顶还可以增设雨水罐，尤其适用于不透水面积较大的区域。

（1）汇水面积的计算。屋面汇水面积的计算的依据是水平投影面积。计算时，要考虑到风力的影响，高出屋面侧墙时，其有效汇水面积的取值应取最大受雨面积正投影的1/2。窗井、贴近高层建筑外墙的地下车库出入口坡道按其高出侧墙面积的1/2计算。

（2）雨量计算。屋面雨水量是设计雨水排水系统的重要依据，其大小与暴雨强度、汇水面积以及径流系数有关，屋面径流系数一般取0.9。设计重现期应根据建筑物的重要性确定，一般建筑物取2～5年，屋面集水时间取5min。另外，各个地区暴雨强度的计算公式由于环境因素不同，其中定值的取值有所不同。以某市为例，其计算公式如下：

式中：q-平均暴雨强度，L/（s·hm2）；P-设计降雨重现期，a；t-暴雨历时，min。

雨水量的计算公式如下：

式中：φ-径流系数，一般取值0.9；Q-屋面雨水设计流量，L/s；F-屋面设计汇水面积，m2；q-降雨历时为5min时的暴雨强度，L/（s·hm2）。

（3）初期雨水弃流。初期雨水弃流量应根据下垫面雨水实测的CODcr、SS、色度等污染物浓度确定。无资料时，屋面弃流可采用2～3mm径流厚度，初期雨水弃流量可根据以下公式计算：

式中：Wi-设计初期雨水弃流量，m3；F-屋面面积，m2；δ-初期径流深度，mm。

3.1.2集水系统的改进

在此基础上进行适当的改进，建成一个屋面雨水收集系统（见图1）使其更便于推广利用。

图1　系统结构示意图

具体方法如下：将小区居民楼顶修建为两层，下层为平屋面，做防水处理并铺设防水材料用于储水，平屋面周围墙体高度应根据当地降雨强度做合理设计，一般应略高于该地区20a一遇的月降雨量峰值，以保证雨水能被充分利用。另外，应在屋顶设溢流口，防止特殊情况雨水过多溢出蓄水池。为防止屋面积水，上层为坡屋面，与排水沟相连用于雨水收集，排水沟上设有过滤装置，若上层屋面坡度过大，将会造成雨水对屋面及周围墙体的冲刷，不利于长久使用，因此，坡屋面的倾角设置在10～15°之间。由于初期降雨中溶解有空气中的大量杂质，而且在落到屋面上时，会将屋面上的积灰冲刷，因此，需要利用雨污切换系统舍弃初期的降水，结合屋面雨落管形成雨污切换装置（见图2）。

图2　雨污切换系统示意图

在坡屋面落水口附近设置一个通风口，定期对蓄水池进行清理，在平屋面落水口附近设净化装置，在雨水输送到水景的过程中将雨水进行过滤净化，并可以定时清理和维护净化装置。将落水管与所需回收利用的设备或装置，如小区水景、卫生间用水管道等直接相连，使净化后的雨水直接进入使用装置，实现对雨水的回收，达到节能环保的目的。

3.2雨水的处理

雨水收集后，要对收集起来的雨水进行处理，也是屋面雨水收集利用的重要环节。在这一过程中，特别之处在于雨水的水质明显优于一般的回收水，根据试验研究表明，雨水原本pH值较就低（平均在5.6左右），其主要问题是在房屋建造初期，降雨在屋面上径流所带入的污染物或泥砂较多，需要进行处理。

一般的污染物（如树叶等），可利用筛网筛除，泥砂等可经由沉淀或者过滤的方式处理。这些处理设备的组合需要经过合理考量后进行调整布置，例如在雨水的处理设备中设置筛网槽以及两个沉淀槽，在沉淀槽下方设置清洗排泥管，以便槽底淤泥的清洗排除，维持沉淀槽的循环使用。处理方法与装置的选择，主要取决于以下几个方面：①集水方式；②雨水取用目的以及处理水质的目标；③收集面积与雨水的流量；④经济能力与管理维护条件。

雨水处理的三种工艺：①雨水→筛选→初期径流弃流→景观水体；②雨水→筛选→初期径流弃流→雨水蓄水池沉淀→消毒→雨水清水池；③雨水→筛选→初期径流弃流→雨水蓄水池沉淀→过滤→消毒→雨水清水池。

3.3雨水的使用

在未经过消毒等妥善处理前的雨水，一般会被用于一些不与人体接触的用处，如卫生用水、浇灌花木等。还可以将所收集下来的雨水，经简单处理与储存的过程后，用于水泵，从而将雨水提升至房屋顶楼的水塔，或者用于厕所的冲洗使用。除此之外，也可作为其它用水，例如空调的冷却水、消防用水、洗车用水、花草浇灌、景观用水、道路清洗等生活的方方面面。

4　结语

雨水的收集利用对于国家和人民来说，都是好事。但是，目前很多地方对雨水收集利用仍然不够充分重视，对此，城乡人民政府和有关部门都应将这项工作提上重要日程，并提供相关技术、设施建设及资金等方面的支持，建立雨水收集和循环利用系统，推进节约型社会建设。

[1]朱平，王维平，曹彬，等.城市屋面雨水收集利用工程设计分析[J].地下水，2011，33（6）：218～219.

[2]谢金龙，沈粤.城市公共建筑屋面雨水收集利用设计策略[J].建筑与环境，2013（1）：129～130.

[3]胡茂川，张兴奇，陈刚.城市屋面雨水利用潜力分析——以南京市河西地区某小区为例[J].长江流域资源与环境，2012（4）：77～78.

TU991.14

A

1673-0038（2015）27-0018-02

2015-6-20

卢凤忠（1981-），男，汉族，贵州安顺人，工程师，本科，主要从事建筑给排水及市政给排水管网工作。