基于年徑流總量控制率的雨水回收利用系統(tǒng)方案設(shè)計
——以池州某住宅小區(qū)為例

張舉，程海峰，趙曉康

（安徽建筑大學(xué)，安徽 合肥 230022）

0 前言

作為皖江城市帶承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)的核心區(qū)域，池州市經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，近年來“三生”（居民生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境）用水對水資源的需求量日趨增加，對水質(zhì)及水環(huán)境的要求也越來越高。近年來，池州市政府相繼提出了“海綿城市”、“國家生態(tài)市”以及“創(chuàng)建國家環(huán)境保護(hù)模范城市”口號，突出了當(dāng)?shù)卮蛟焐鷳B(tài)城市以及節(jié)水型社會現(xiàn)金城市的理念[1]。

依據(jù)《安徽省節(jié)水用水條例》《安徽省城鎮(zhèn)供水條例》《安徽省城市節(jié)約用水管理辦法》《池州市城市節(jié)約用水管理辦法》等相關(guān)文件，制定了《池州市節(jié)水型社會建設(shè)“十三五”規(guī)劃》。

為響應(yīng)國家和池州市相關(guān)政策，本文一方面采取有效的節(jié)水措施，另一方面場地雨水就地消納利用，防止徑流外排在其它區(qū)域形成水澇和污染。

1 工程概況

本項目位于安徽池州齊山大道以東，陵陽大道以南、緯三路以北，處于從高速公路進(jìn)入站前區(qū)和池州市區(qū)的門戶區(qū)域，區(qū)位優(yōu)勢和景觀地位明顯。總用地面積為176642.78m2，總建筑面積為170656.1m2。容積率為0.81，綠化率為37%，建筑密度25%。

2 雨水專項規(guī)劃設(shè)計

圖1 項目鳥瞰圖

2.1 雨水利用方案

本項目為住宅小區(qū)，結(jié)合工程實際情況，屋面和硬質(zhì)鋪裝面積較大，可以通過收集屋面雨水和透水鋪裝等被動措施有效地進(jìn)行雨水綜合利用，合理規(guī)劃地表與屋面雨水徑流途徑，減少地表徑流，增加雨水滲透量。同時采用雨水回用系統(tǒng)，收集屋面、場地雨水，收集后的雨水用于場地綠化灌溉和道路鋪裝沖洗等。

圖2 建議雨水回收區(qū)域示意圖

2.2 雨水收集及用水量計算

2.2.1 雨水收集量

本項目雨水收集后用于場地綠化噴灌、道路澆灑、洗車用水。根據(jù)《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB50400-2006）規(guī)定雨水設(shè)計徑流總量公式：

W=（0.6～0.7）10ΨchyF

式中：Wya——年用雨水量（m3）；

Ψc——雨水徑流系數(shù)；依據(jù)《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》GB50400-20064.2.2條規(guī)定選取。

F——計算匯水面積（h㎡）；

hy——常年降雨厚度（mm）；

0.6～0.7——除去不能形成徑流的降雨、棄流雨水等外的可用系數(shù)，本項目取值0.7。

池州市降雨量參照合肥市年平均降雨量為1038mm。

地塊雨水匯水面積和徑流量統(tǒng)計表 表1

雨水收集利用系統(tǒng)可收集的雨水總量為20578.79m3，其他損失水量按收集的10%計算。

考慮到道路收集的雨水水質(zhì)較差、綠地雨水不宜收集，讓雨水通過綠地、透水鋪磚自然入滲和調(diào)蓄；主要收集屋面雨水用于場地綠化灌溉及道路沖洗等用處。

2.2.2 年用水量計算

①綠化灌溉用水

綠地需澆灌區(qū)域面積共36837.06㎡，草坪以暖季型為主，搭配少量冷季型，采用一級養(yǎng)護(hù)，按照《民用建筑節(jié)水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50555-2010）[2]中5.1.8條規(guī)定，綠化灌溉的年均灌水定額取0.28m3/m2·a，日均澆水定額取2L/（㎡·d）。澆灑月份為4～11月，其他月份植物處于休眠期，不需要澆灑。

綠化灌溉日用水量Q1=0.001×2×36837.06=28.25m3/d

綠化灌溉年用水量Q綠化=0.28×36837.06=10314.37m3/a

②道路沖洗用水

需要沖洗道路、鋪裝區(qū)域面積約50519.40㎡，按照《民用建筑節(jié)水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50555-2010）中5.1.9條規(guī)定，澆灑道路用水定額取0.5L/（m2·次），年澆灑次數(shù)按30次計。

地塊年均用水量平衡 表2

道路沖洗日用水量Q2=0.5×50519.40×0.001=25.25m3/次

道路沖洗年用水量Q道路=Q2×30=757.79m3/a

③地下車庫沖洗用水

地下車庫面積約46953㎡，按照《民用建筑節(jié)水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50555-2010）中5.1.9條規(guī)定，地下車庫沖洗用水定額取2L/（m2·次），年沖洗次數(shù)按30次計。

地下車庫沖洗一次用水量Q3=2×46953×0.001=93.90m3/次

地下車庫沖洗年用水量Q車庫=Q3×30=2817.18m3/a

3.2.3 水量平衡計算

年均水量平衡計算見表2。

從表2可以看出，理論計算收集量大于總用水量，因此，收集的雨水可滿足室外綠化澆灌、道路沖洗。

由于一年中車庫沖洗次數(shù)較少，為保證蓄水池水質(zhì)，減少初投資，并且根據(jù)逐月計算可知，所有月份都有較充足的雨水富余量，故僅在雨量充足時進(jìn)行車庫沖洗，不另算用水量，減少蓄水池容積。

2.3 蓄水池容積及位置

按《建筑小區(qū)雨水收集利用工程規(guī)范》（GB50400-2006）[3]確定蓄水池容積，通過計算綠化澆灑日用水量、道路澆灑日用水量最高用水量之和，確定日用水總量。根據(jù)一次雨水收集量可供三天至七天用水量，考慮到實際降雨頻率及持續(xù)干旱時間的間隔，雨水儲存池有效容積按3d的回用雨水用量計算：

V=（28.25+25.25）×3=160.5m3

考慮到水量損失和蓄水池的有效容積，雨水收集區(qū)域蓄水池的容積取170m3。本次雨水收集的范圍為用地紅線范圍內(nèi)，綜合考慮地塊內(nèi)的雨水規(guī)劃和自然地勢，蓄水池位置靠近道路市政接口，便于溢流和棄流,因此建議根據(jù)雨水排水情況設(shè)置兩個蓄水池。

2.4 非傳統(tǒng)水源利用率

非傳統(tǒng)水源利用率是指采用再生水、雨水等非傳統(tǒng)水源代替市政供水或地下水供給景觀、綠化、沖廁等雜用的水量占總用水量的百分比。非傳統(tǒng)水源利用率可通過下列公式計算：

Ru=Wu/Wt×100%

Wu=WR+Wr+WS+WO

式中，Ru——非傳統(tǒng)水源利用率，%；

Wu——非傳統(tǒng)水源設(shè)計使用量(規(guī)劃設(shè)計階段)或?qū)嶋H使用量(運行階段)，m3/a；

Wt——設(shè)計用水總量(規(guī)劃設(shè)計階段)或?qū)嶋H用水總量(運行階段)，m3/a ；

WR——再生水設(shè)計利用量(規(guī)劃設(shè)計階段)或?qū)嶋H利用量(運行階段)，m3/a ；

Wr——雨水設(shè)計利用量(規(guī)劃設(shè)計階段)或?qū)嶋H利用量(運行階段)，m3/a；

WS——海水設(shè)計利用量(規(guī)劃設(shè)計階段)或?qū)嶋H利用量(運行階段)，m3/a；

WO——其他非傳統(tǒng)水源利用量(規(guī)劃設(shè)計階段)或?qū)嶋H利用量(運行階段)，m3/a。

非傳統(tǒng)水源利用率統(tǒng)計表 表3

2.5 結(jié)論

本項目非傳統(tǒng)水源利用率達(dá)到4.12%，綠化灌溉、道路沖洗、洗車用水采用非傳統(tǒng)水源的用水量占其總用水量的比例為100%。

3 年徑流總量控制

3.1 控制措施

主要的雨水徑流控制措施有：透水鋪裝、下凹式綠地和雨水回收系統(tǒng)等。

3.1.1 透水鋪裝

本項目硬質(zhì)鋪裝面積為50519.4㎡，硬質(zhì)鋪裝中除車道和消防登高地外，均采用透水鋪裝：停車位采用鏤空率大于40%的植草透水磚，人行道采用透水磚，透水鋪裝面積合計為33573.9㎡；硬質(zhì)鋪裝地面中透水鋪裝面積的比例為66.46%。最大限度地增加雨水的自然滲透，補(bǔ)給地下水資源。

室外透水地面可以降低熱島效應(yīng)，調(diào)節(jié)微氣候；增加場地雨水與地下水涵養(yǎng)，改善生態(tài)環(huán)境及強(qiáng)化天然降水的地下滲透能力，補(bǔ)充地下水量，減少因地下水位下降造成的地面下陷；減輕排水系統(tǒng)負(fù)荷，以及減少雨水的尖峰徑流量，改善排水狀況。因此，建議本項目增加室外透水地面面積，比如增加植草磚的應(yīng)用、增加地面綠化等措施。

圖3 植草磚、透水磚鋪裝效果示意圖

圖4 透水磚做法示意圖

圖5 停車位植草磚做法示意圖

3.1.2 下凹式綠地

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市建設(shè)步伐的加快，現(xiàn)代城市的地表多被鋼筋混凝土的房屋建筑和不透水的路面所覆蓋，這些不透水的道路給城市的生態(tài)環(huán)境帶來了許多負(fù)面的影響，城市的生態(tài)環(huán)境、城市水平衡系統(tǒng)受到嚴(yán)重破壞。

圖6 下凹式綠地示意圖

本項目通過設(shè)置下凹式綠地，使路面(地面)高于綠地，同時雨水口高于綠地而低于路面(地面)，雨水口不設(shè)在路面而設(shè)在綠地上。這樣，綠地就形成下凹式，雨水均進(jìn)入綠地，經(jīng)綠地蓄滲后，多余的雨水才從雨水口流走。

采用下凹式綠地可以解決以下許多問題。

①雨后積水

下雨時，雨水能迅速匯流至綠地，不在道路聚集，雨水滲入地下，還原地下水，增大地表相對濕度，補(bǔ)充城區(qū)日益枯竭的地下水資源，可保住寶貴的水資源。保持了城市地下水位的穩(wěn)定，極大的改善城市的生態(tài)和生活環(huán)境。

②市政管道的壓力

長時間的大雨或是暴雨時，對于市政管道的壓力很大。下凹式綠地雨水也能直接透過地面滲入地下，這樣能減緩市政管道的壓力，同時減少污染物流入江河，以防破壞水資源。

③用水循環(huán)系統(tǒng)，節(jié)約能源

在雨水通過地表滲入地下，儲藏大量的地下水，可以與雨水循環(huán)系統(tǒng)相輔，將雨水轉(zhuǎn)換為“中水”，可進(jìn)行對樹木的灌溉等等，降低了自來水的使用。

本項目綠地面積為36837.07㎡，項目西側(cè)和北側(cè)建筑物周邊綠地均采用下凹式綠地，面積為14164.96㎡，下凹式綠地占綠地面積比例為38.45%。

下凹式綠地設(shè)計厚度5cc，可控制降雨量為14164.96×0.05=708.24m3。

圖7 建議采用下凹式綠地區(qū)域示意圖

3.1.3 雨水回收利用系統(tǒng)

一方面本項目盡可能多的利用雨水，將回用的雨水用于整個地塊內(nèi)綠化澆灌、道路沖洗，減少雨量外排；另一方面，本項目根據(jù)實際用量和排水規(guī)劃，合理確定雨水收集區(qū)域，保證水量平衡。

3.2 年徑流總量控制率計算

通過自然和人工強(qiáng)化的入滲、調(diào)蓄和收集回用，場地內(nèi)累計一年得到控制的雨水量占全年總降雨量的比例。因此,通過建筑所在區(qū)域的降雨資料統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可得出年徑流總量控制率對應(yīng)的設(shè)計控制雨量，部分地區(qū)年徑流總量控制率對應(yīng)的設(shè)計控制雨量見下述計算內(nèi)容。

本項目占地面積為105248.77m2，其中硬質(zhì)屋面面積為17892.29m2，硬質(zhì)鋪裝面積為16945.5m2，透水鋪裝面積為33573.9m2，綠化面積36837.07m2，若設(shè)計需達(dá)到55%的年徑流總量控制率（即設(shè)計控制雨量為10.5mm），則可采取多種措施實現(xiàn)。

建設(shè)項目場地內(nèi)設(shè)計降雨控制量：V=10.5/1000×105248.77=1105m3。

硬質(zhì)屋面徑流系數(shù)取0.9、非透水硬質(zhì)鋪裝徑流系數(shù)取0.6、透水鋪裝徑流系數(shù)取0.4、綠化區(qū)徑流系數(shù)取0.15，本項目場地綜合徑流系數(shù)：

Ψ=（17892.29×0.9+16945.5×0.6+33573.9×0.4+36837.07×0.15）/105248.77=0.43

則認(rèn)為場地入滲實現(xiàn)的控制率為57%，實現(xiàn)的降雨控制量為：V1=1105×57%=629.85m3。

則需通過主動措施實現(xiàn)的降雨控制量為：V-V1=1105-629.85=475.15m3。

其中雨水回用系統(tǒng)實現(xiàn)的降雨控制量為170m3，下凹式綠地實現(xiàn)的降雨控制量為708.24m3，高于需主動控制的降雨量，因此，可以滿足年徑流總量控制率達(dá)到55%。

4 結(jié)論

①對場地雨水實施減量控制，雨水設(shè)計協(xié)同場地、景觀設(shè)計，采用透水鋪裝等措施降低地表徑流量；

②根據(jù)項目的用水需求收集雨水回用，實現(xiàn)減少場地雨水外排的目標(biāo),保證場地年徑流總量控制率達(dá)到55%；

③本項目非傳統(tǒng)水源利用率達(dá)到4.12%，綠化灌溉、道路沖洗、洗車用水采用非傳統(tǒng)水源的用水量占其總用水量的比例為100%。