田旭中 劉新軍 李國春
(山東省輕工業(yè)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(guān)水體)占有率達76%,以建成最適用于人類(lèi)居住的生態(tài)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(lèi)的恩賜。其實(shí),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(fā)達國家都已進(jìn)入了標準化和產(chǎn)業(yè)化階段?,F代意義上的城市雨水利用在我國起步較晚,但隨著(zhù)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,在多雨季節還經(jīng)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(tài)環(huán)境等多重作用。
濟南市常春藤花園為滿(mǎn)足人們回歸自然環(huán)境的要求,在小區內建設了景觀(guān)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(tài)小區的消防、綠化和灌溉等。這些都依賴(lài)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)生水流惡化現象,影響水體的觀(guān)賞功能。針對這一點(diǎn),可以結合小區雨水利用,將經(jīng)過(guò)處理后的雨水排入小區內的景觀(guān)水體,作為小區景觀(guān)水體的生態(tài)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(tài)學(xué)、工程學(xué)、經(jīng)濟學(xué)原理進(jìn)行設計,依賴(lài)植物系統或土壤的自然凈化作用,將雨水利用與景觀(guān)設計相結合,從而實(shí)現環(huán)境、經(jīng)濟、社會(huì )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(zhì)
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(zhì)屋面和道路雨水徑流COD隨降雨歷時(shí)的變化曲線(xiàn),雨水COD隨降雨歷時(shí)的延長(cháng)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(shí)〈40min,道路降雨歷時(shí)〈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(chǎng)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(jiàn),在本項目中需設置較大的貯水池用于蓄積屋面雨水,經(jīng)處理后可用于小區內家庭,公用場(chǎng)所等非飲用水,如澆灌、沖刷、洗車(chē)等。居住區道路雨水水流污染程度大,水質(zhì)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(guò)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(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(shí),部分雨水可直接排至景觀(guān)水體。流程簡(jiǎn)易說(shuō)明:小區內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)保型雨水口達到此目的。環(huán)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(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。池內攔截的初期雨水通過(guò)透水墻自然滲出到周?chē)寥?,節省能耗。通過(guò)初級處理的雨水由管網(wǎng)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(wǎng)投資。雨水進(jìn)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(chǎn)生的雨水徑流量計算確定。通過(guò)對屋面雨水的自然沉淀試驗表明,當自然沉淀時(shí)間超過(guò)90min時(shí),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(guān)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(jìn)行定期消毒。對于部分對水質(zhì)要求較高的地方,可設置過(guò)濾系統對雨水進(jìn)行進(jìn)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(guò)濾)根據小區內實(shí)際需要而設置。參考國內外的經(jīng)驗,貯水池也可根據小區地形及雨水使用地點(diǎn)分散設置,在設計時(shí)需根據實(shí)際情況進(jìn)行技術(shù)經(jīng)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(chē)形道、停車(chē)場(chǎng))采用透水性生態(tài)鋪設。其優(yōu)點(diǎn)是:具有良好的透水、透氣性能,不降低路面強度(可行重車(chē));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(chē)輛通行的舒適性和安全性;色彩豐富,自然樸實(shí);該項措施綜合造價(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(zhì)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(guò)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(guān)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(guān)水體補水。雨水在進(jìn)入景觀(guān)水體前亦可先排至人工濕地進(jìn)行處理。濕地在控制污染、調節氣候、美化環(huán)境方面都起著(zhù)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(gè)人工濕地生態(tài)系統。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合,為社區居民提供更舒適、更健康的居住環(huán)境。
濟南市常春藤花園綠地(含景觀(guān)水體)、路面總面積達57ha,年平均降雨量為3.9×105m3/a,根據經(jīng)驗,滲透水量按80%計,則滲透水量為312000 m3/a,可向景觀(guān)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(guān)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(cháng)滯時(shí),緩減排水系統壓力,優(yōu)化小區內的生態(tài)環(huán)境。
4.小節
綜合以上分析,結合濟南常春藤花園實(shí)際狀況,本項目對不同面積上的降水徑流分別收集:對來(lái)自屋頂的徑流單獨收集,經(jīng)過(guò)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(zhì)較復雜的地面雨水則主要通過(guò)采用地面、綠地滲透等措施,主要用于補充地下水,多余部分作為景觀(guān)水體補充水,力爭實(shí)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(wú)處理費用。該系統年平均可回收屋面雨水在6萬(wàn)m3以上,可節省大量自來(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(guān)水體補水量為78000 m3/a,均具有較好的環(huán)境效益和社會(huì )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(shí)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(jìn)入標準化、產(chǎn)業(yè)化階段,其成功典范是柏林廣場(chǎng)Daimleer區域城市水體工程設計。該區域年產(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。該雨水利用系統主要通過(guò)基層、植物和藻類(lèi)等來(lái)凈化雨水。同時(shí)系統對水流實(shí)行自動(dòng)監控,并增設水循環(huán)設施,使水體滿(mǎn)足鳥(niǎo)和魚(yú)類(lèi)動(dòng)物的生存環(huán)境,實(shí)現了生態(tài)小區內建筑、水和生物的高度和諧和統一。
5.2.南京某開(kāi)發(fā)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(gè)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(jià)130.22萬(wàn)元。
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