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常春藤花園雨水利用方案初探

日期：2006-04-19　

田旭中劉新軍李國春

（山東省輕工業設計院）

1.項目概況

濟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76％，以建成最適用于人類居住的生態小區為己任。

濟南市海拔高度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。

2．雨水利用的提出

雨水是寶貴的水資源，是大自然對我們人類的恩賜。其實，雨水利用在我國歷史久遠，如西北地區的“水窖”就是成功的雨水收集再利用系統。城市雨水的回收利用在很多發達國家都已進入了標準化和產業化階段。現代意義上的城市雨水利用在我國起步較晚，但隨著城市化帶來的水資源緊缺和城市生態環境的惡化，城市雨水利用已逐漸引起了人們的重視。一方面，城市嚴重缺水，地下水位逐年下降，并由此帶來地面塌陷等一系列惡果；另一方面，雨水大量流失，在多雨季節還經常形成城市水澇，嚴重防礙居民生活。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、改善城市生態環境等多重作用。

濟南市常春藤花園為滿足人們回歸自然環境的要求，在小區內建設了景觀水體。這不僅起到調節小區氣候等作用，還可作為雨水調蓄池用作生態小區的消防、綠化和灌溉等。這些都依賴于一個好的用水水質的支持，并需消耗大量的水資源。如果用水缺少流動和更換，則易發生水流惡化現象，影響水體的觀賞功能。針對這一點，可以結合小區雨水利用，將經過處理后的雨水排入小區內的景觀水體，作為小區景觀水體的生態補水。

3．本項目雨水利用系統初步方案

雨水收集和利用系統主要是在居民生活小區構筑物中，根據生態學、工程學、經濟學原理進行設計，依賴植物系統或土壤的自然凈化作用，將雨水利用與景觀設計相結合，從而實現環境、經濟、社會效益的和諧統一。

在本項目中，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

在本項目中，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。根據南京市某居住小區瓦質屋面和道路雨水徑流COD隨降雨歷時的變化曲線，雨水COD隨降雨歷時的延長而逐漸降低。屋面雨水徑流初期COD可達400-500mg/L，道路雨水徑流初期COD可達400-800 mg/L，降雨后期COD趨于穩定（〈50 mg/L），水流較好。因此，雨水的收集利用應考慮舍棄初期雨水徑流（屋面降雨歷時〈40min，道路降雨歷時〈150min），以減少對處理設施的影響，設置初期棄流設施部分達到此目的。

濟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大雨或暴雨中，歷史記錄中一日最大降雨量可達294.4mm，這在一定程度上不利于雨水的收集和利用。本項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，在本項目中需設置較大的貯水池用于蓄積屋面雨水，經處理后可用于小區內家庭，公用場所等非飲用水，如澆灌、沖刷、洗車等。居住區道路雨水水流污染程度大，水質復雜，如果收集處理將造成投資和運行費用較高，因而，可考慮間接利用（即通過自然或人工設施滲透入地下以補充地下水）。

3．2屋面雨水積蓄利用系統

小區屋面雨水積蓄利用以瓦質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由集雨區、輸水系統、儲存系統、凈化系統以及回用水系統等幾部分組成，并設有雨水溢流管，當集雨水量較多或降雨頻繁時，部分雨水可直接排至景觀水體。流程簡易說明：小區內各建筑物屋面雨水通過落水管排至初期棄流裝置，目前的一種環保型雨水口達到此目的。環保型雨水口改變了傳統市政雨水口的結構，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。池內攔截的初期雨水通過透水墻自然滲出到周圍土壤，節省能耗。通過初級處理的雨水由管網收集至貯水池，貯水池可設于小區西北角靠近中水站的位置，利用小區內較大的地勢差，可順利收集雨水，節省管網投資。雨水進入貯水池前需設沉淀池，池型可按平流式沉淀池設計，入口設消能、穩流裝置，最大設計流量根據收集范圍內的匯水面積，按重現期為5年的暴雨強度產生的雨水徑流量計算確定。通過對屋面雨水的自然沉淀試驗表明，當自然沉淀時間超過90min時，COD去除率可達30%以上，出水COD可降至40mg/L以下，達到生活雜用水及景觀用水標準。對于沉淀池應定期清掃，排除池內的泥砂；還可設注氯裝置，對雨水貯水池進行定期消毒。對于部分對水質要求較高的地方，可設置過濾系統對雨水進行進一步處理，消毒后，泵至回用水系統。

本項目一期最大降雨水量為24840 m³/d（屋面），收集率按60%計，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7500m³貯水池兩座，尺寸均為60×30×4（h）m。本項目二期最大日可直接利用的屋面雨水量為8888m³,可設4500m³貯水池兩座尺寸均為60×18×4（h）m。雨水深度處理設施（過濾）根據小區內實際需要而設置。參考國內外的經驗，貯水池也可根據小區地形及雨水使用地點分散設置，在設計時需根據實際情況進行技術經濟比較。

3.3地面雨水截污滲透系統

如前所述，由于道路雨水水流復雜，污染程度大，且由于濟南市降雨分布不均，如果將這部分雨水也回收利用，需建設較大的雨水貯水池和較復雜的雨水收集和處理系統，因此，在本項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）采用透水性生態鋪設。其優點是：具有良好的透水、透氣性能，不降低路面強度（可行重車）；過濾處理收集雨水，保證良好的水質；可吸收水分與熱量，調節小區氣候，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；該項措施綜合造價在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。植物根系和土層對雨水中的污染物有較好的去除效果，對TSS、COD、TN、TP的去除率分別達到70%、63%、21%和77%。滲透后的道路雨水水質能有較大的改善，可避免對地下水的污染。小區綠地表層土可根據需要換成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3.56×10^-5m/s）。對于超過綠地儲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。分散的綠地貯水區或跨越路面處，用地下碎石溝連通，使凈化儲存的雨水在雨后不斷地向景觀水體補水。雨水在進入景觀水體前亦可先排至人工濕地進行處理。濕地在控制污染、調節氣候、美化環境方面都起著重要的作用。根據自然地形，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，構建起一個人工濕地生態系統。人工濕地水質凈化的過程包括物理沉降、根系阻截、化學沉淀、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。通過人工水景與濕地的結合，為社區居民提供更舒適、更健康的居住環境。

濟南市常春藤花園綠地（含景觀水體）、路面總面積達57ha，年平均降雨量為3.9×10⁵m³/a，根據經驗，滲透水量按80％計，則滲透水量為312000 m³/a，可向景觀水體地補水量達78000 m³/a，這對于補充涵養地下水、復活泉水、保持景觀水體生態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，延長滯時，緩減排水系統壓力，優化小區內的生態環境。

4．小節

綜合以上分析，結合濟南常春藤花園實際狀況，本項目對不同面積上的降水徑流分別收集：對來自屋頂的徑流單獨收集，經過適當的處理后可用于生活雜用水或更高端的用水；對于水質較復雜的地面雨水則主要通過采用地面、綠地滲透等措施，主要用于補充地下水，多余部分作為景觀水體補充水，力爭實現常春藤花園雨水“零排放”。

據測算，濟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。貯水池前設平流式沉淀池，除定期清掃、消毒外，幾無處理費用。該系統年平均可回收屋面雨水在6萬m³以上，可節省大量自來水；一、二期工程通過地面、綠地滲透地面雨水量312000 m³/a，向景觀水體補水量為78000 m³/a，均具有較好的環境效益和社會效益。應當引起重視的是，貯水池等地下構筑物均需有可靠的安全防范措施。

5．實例參考

5．1．德國早在1989年就制定了屋面雨水利用設施標準，目前城市雨水利用已進入標準化、產業化階段，其成功典范是柏林廣場Daimleer區域城市水體工程設計。該區域年產徑流水量2.3萬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。該雨水利用系統主要通過基層、植物和藻類等來凈化雨水。同時系統對水流實行自動監控，并增設水循環設施，使水體滿足鳥和魚類動物的生存環境，實現了生態小區內建筑、水和生物的高度和諧和統一。

5．2．南京某開發區一居住小區總占地52380㎡，其中建筑占地面積17160㎡，綠化率51%，南京市平均降雨量1106mm/a。該小區將屋面雨水單獨收集處理后作為生活雜用水，修建40-100m³貯水池8個并分別建有絮凝沉淀等處理設施，直接利用水量11586 m³/a；小區內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130.22萬元。