田旭中 劉新軍 李國(guó)春
(山東省輕工業(yè)設(shè)計(jì)院)
1.項(xiàng)目概況
濟(jì)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(dá)76%,以建成最適用于人類居住的生態(tài)小區(qū)為己任。
濟(jì)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(duì)我們?nèi)祟惖亩髻n。其實(shí),雨水利用在我國(guó)歷史久遠(yuǎn),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(dá)國(guó)家都已進(jìn)入了標(biāo)準(zhǔn)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(guó)起步較晚,但隨著城市化帶來(lái)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(yán)重缺水,地下水位逐年下降,并由此帶來(lái)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(yán)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(jì)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(shè)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(gè)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(dòng)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(duì)這一點(diǎn),可以結(jié)合小區(qū)雨水利用,將經(jīng)過(guò)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(bǔ)水。
3.本項(xiàng)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(gòu)筑物中,根據(jù)生態(tài)學(xué)、工程學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)原理進(jìn)行設(shè)計(jì),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(shè)計(jì)相結(jié)合,從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的和諧統(tǒng)一。
在本項(xiàng)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(xiàng)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(shí)的變化曲線,雨水COD隨降雨歷時(shí)的延長(zhǎng)而逐漸降低。屋面雨水徑流初期COD可達(dá)400-500mg/L,道路雨水徑流初期COD可達(dá)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(yīng)考慮舍棄初期雨水徑流(屋面降雨歷時(shí)〈40min,道路降雨歷時(shí)〈150min),以減少對(duì)處理設(shè)施的影響,設(shè)置初期棄流設(shè)施部分達(dá)到此目的。
濟(jì)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(chǎng)大雨或暴雨中,歷史記錄中一日最大降雨量可達(dá)294.4mm,這在一定程度上不利于雨水的收集和利用。本項(xiàng)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(xiàng)目中需設(shè)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(chǎng)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(fù)雜,如果收集處理將造成投資和運(yùn)行費(fèi)用較高,因而,可考慮間接利用(即通過(guò)自然或人工設(shè)施滲透入地下以補(bǔ)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(chǔ)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(shè)有雨水溢流管,當(dāng)集雨水量較多或降雨頻繁時(shí),部分雨水可直接排至景觀水體。流程簡(jiǎn)易說(shuō)明:小區(qū)內(nèi)各建筑物屋面雨水通過(guò)落水管排至初期棄流裝置,目前的一種環(huán)保型雨水口達(dá)到此目的。環(huán)保型雨水口改變了傳統(tǒng)市政雨水口的結(jié)構(gòu),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(guò)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(guò)透水墻自然滲出到周圍土壤,節(jié)省能耗。通過(guò)初級(jí)處理的雨水由管網(wǎng)收集至貯水池,貯水池可設(shè)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(shì)差,可順利收集雨水,節(jié)省管網(wǎng)投資。雨水進(jìn)入貯水池前需設(shè)沉淀池,池型可按平流式沉淀池設(shè)計(jì),入口設(shè)消能、穩(wěn)流裝置,最大設(shè)計(jì)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(qiáng)度產(chǎn)生的雨水徑流量計(jì)算確定。通過(guò)對(duì)屋面雨水的自然沉淀試驗(yàn)表明,當(dāng)自然沉淀時(shí)間超過(guò)90min時(shí),COD去除率可達(dá)30%以上,出水COD可降至40mg/L以下,達(dá)到生活雜用水及景觀用水標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于沉淀池應(yīng)定期清掃,排除池內(nèi)的泥砂;還可設(shè)注氯裝置,對(duì)雨水貯水池進(jìn)行定期消毒。對(duì)于部分對(duì)水質(zhì)要求較高的地方,可設(shè)置過(guò)濾系統(tǒng)對(duì)雨水進(jìn)行進(jìn)一步處理,消毒后,泵至回用水系統(tǒng)。
本項(xiàng)目一期最大降雨水量為24840 m3/d(屋面),收集率按60%計(jì),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(shè)7500m3貯水池兩座,尺寸均為60×30×4(h)m。本項(xiàng)目二期最大日可直接利用的屋面雨水量為8888m3,可設(shè)4500m3貯水池兩座尺寸均為60×18×4(h)m。雨水深度處理設(shè)施(過(guò)濾)根據(jù)小區(qū)內(nèi)實(shí)際需要而設(shè)置。參考國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn),貯水池也可根據(jù)小區(qū)地形及雨水使用地點(diǎn)分散設(shè)置,在設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(fù)雜,污染程度大,且由于濟(jì)南市降雨分布不均,如果將這部分雨水也回收利用,需建設(shè)較大的雨水貯水池和較復(fù)雜的雨水收集和處理系統(tǒng),因此,在本項(xiàng)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(chǎng))采用透水性生態(tài)鋪設(shè)。其優(yōu)點(diǎn)是:具有良好的透水、透氣性能,不降低路面強(qiáng)度(可行重車);過(guò)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(shí);該項(xiàng)措施綜合造價(jià)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(duì)雨水中的污染物有較好的去除效果,對(duì)TSS、COD、TN、TP的去除率分別達(dá)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(duì)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(dá)3.56×10-5m/s)。對(duì)于超過(guò)綠地儲(chǔ)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(chǔ)存的雨水在雨后不斷地向景觀水體補(bǔ)水。雨水在進(jìn)入景觀水體前亦可先排至人工濕地進(jìn)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(gòu)建起一個(gè)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地水質(zhì)凈化的過(guò)程包括物理沉降、根系阻截、化學(xué)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(guò)人工水景與濕地的結(jié)合,為社區(qū)居民提供更舒適、更健康的居住環(huán)境。
濟(jì)南市常春藤花園綠地(含景觀水體)、路面總面積達(dá)57ha,年平均降雨量為3.9×105m3/a,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),滲透水量按80%計(jì),則滲透水量為312000 m3/a,可向景觀水體地補(bǔ)水量達(dá)78000 m3/a,這對(duì)于補(bǔ)充涵養(yǎng)地下水、復(fù)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(zhǎng)滯時(shí),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(jié)合濟(jì)南常春藤花園實(shí)際狀況,本項(xiàng)目對(duì)不同面積上的降水徑流分別收集:對(duì)來(lái)自屋頂?shù)膹搅鲉为?dú)收集,經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚砗罂捎糜谏铍s用水或更高端的用水;對(duì)于水質(zhì)較復(fù)雜的地面雨水則主要通過(guò)采用地面、綠地滲透等措施,主要用于補(bǔ)充地下水,多余部分作為景觀水體補(bǔ)充水,力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)常春藤花園雨水“零排放”。
據(jù)測(cè)算,濟(jì)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(shè)。貯水池前設(shè)平流式沉淀池,除定期清掃、消毒外,幾無(wú)處理費(fèi)用。該系統(tǒng)年平均可回收屋面雨水在6萬(wàn)m3以上,可節(jié)省大量自來(lái)水;一、二期工程通過(guò)地面、綠地滲透地面雨水量312000 m3/a,向景觀水體補(bǔ)水量為78000 m3/a,均具有較好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。應(yīng)當(dāng)引起重視的是,貯水池等地下構(gòu)筑物均需有可靠的安全防范措施。
5.實(shí)例參考
5.1.德國(guó)早在1989年就制定了屋面雨水利用設(shè)施標(biāo)準(zhǔn),目前城市雨水利用已進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化階段,其成功典范是柏林廣場(chǎng)Daimleer區(qū)域城市水體工程設(shè)計(jì)。該區(qū)域年產(chǎn)徑流水量2.3萬(wàn)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(guò)基層、植物和藻類等來(lái)凈化雨水。同時(shí)系統(tǒng)對(duì)水流實(shí)行自動(dòng)監(jiān)控,并增設(shè)水循環(huán)設(shè)施,使水體滿足鳥和魚類動(dòng)物的生存環(huán)境,實(shí)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(dú)收集處理后作為生活雜用水,修建40-100m3貯水池8個(gè)并分別建有絮凝沉淀等處理設(shè)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(jià)130.22萬(wàn)元。
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