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李俊奇： 雨水利用与生态小区

　　背景：绿色生态小区是改善城市环境和城市生态的重要组成部分，建设部住宅产业化促进中心2001研究编制的《绿色生态住宅小区建设要点与技术导则》、国家住宅与居住环境工程中心2001年修订的《健康住宅建设技术要点》和全国工商联住宅产业商会2003年发布的《中国生态住宅技术评估手册》均对雨水利用作了规定，对雨水系统提出了更高的要求。

　　进入21世纪，中国的城市化进程不断加快，设计师和管理人员将更加重视城市的可持续发展和生态环境的改善，在提高城市居住舒适性的同时尽量减少资源消耗。最近几年，城市雨水的收集、循环利用愈来愈受到重视。雨水系统作为生态小区的一个子系统应发挥重要作用。然而，如何将雨水“排放”变为雨水“生态循环”和“再利用”，还有许多观念、技术和管理模式须推广采用。
　　按传统的方法，径流雨水是由排水系统排走，而在生态小区中，应考虑雨水的污染控制、渗透、滞留和净化回用。本文在北京工程实例的基础上对生态小区的雨水设计方法进行探讨。

1 生态小区雨水利用的方式有哪些？

　　生态小区雨水利用有多种方式。可以是直接利用，也可以是间接利用，但在我国大部分地区地区，尤其是北方地区，由于降雨量全年分布不均，故直接利用往往不能作为唯一的水源满足要求，一般与其它水源互为备用。在许多情况下，由于雨水直接利用的经济效益不高，雨水间接利用往往成为首选的利用方案。在城区，还可根据具体情况，将二者与雨水径流污染控制结合起来，建立生态化的雨水综合利用系统。
　　(1）雨水直接利用
　　雨水直接利用的用途一般首先考虑绿化、冲洗道路、停车场、洗车、景观用水、建筑工地用水等杂用水，有条件时还可作为洗衣、冷却循环、冲厕和消防等补充用水。在严重缺水的城市也可作为饮用水水源。雨水直接利用可以是建筑单体雨水利用系统，也可以是建筑群或园区雨水利用系统。
　　雨水直接利用的净化工艺主要根据径流雨水的水质、水量和雨水处理后所要达到的程度而定。如绿化、冲厕、道路清扫、消防、车辆冲洗、建筑施工等均应满足《污水再生利用城镇杂用水水质》（GB/T18920-2002）指标要求；景观环境用水应满足《污水再生利用景观环境用水的水质水质》（GB/T18921-2002）指标要求；渗透应满足地下水人工回灌水质控制标准等。
　　雨水利用系统一般包括雨水汇集区、输水管系、截污装置、储存、净化和配水等几部分。另外还设有溢流设施或渗透设施，使超过储存容量的部分溢流或雨水渗透。
　　(3)雨水间接利用（渗透）
　　雨水渗透是既是一种间接的雨水利用技术，也是一种雨水径流污染控制的有效方法之一。其目的包括减少径流雨水量，补充涵养地下水资源，改善生态环境，防止地面沉降,减轻城区水涝危害和水体污染等。
　　根据渗透设施的不同可以分成自然渗透和人工渗透。根据渗透方式不同可分为分散渗透技术和集中回灌技术两大类。分散式渗透设施包括渗透井、渗透管（沟）、渗透池（坑）、渗透地面、低势绿地等。分散式渗透设施易于实施，投资较少，可用于住宅区、道路两侧、停车场等场所。集中式渗透是指采用干式或湿式深井将雨水回灌地下，回灌容量大，但对地下水位、雨水水质有更高的要求，使用时应采取预处理措施净化雨水，同时对地下水质和水位进行监测。
　　在地下水位高、土壤渗透能力差或雨水水质污染严重等条件下雨水渗透技术会受到限制。相对来讲，我国北方大部分城市降雨量相对少而集中、蒸发量大、地下水利用比例较大，雨水渗透技术的优点更为突出。
　　（3）生态园区雨水综合利用系统
　　生态园区雨水综合利用系统是利用生态学、工程学、经济学原理，通过人工净化和自然净化的结合，雨水集蓄利用、渗透与园艺水景观等相结合的综合性设计，从而实现建筑、园林、景观和水系的协调统一，实现经济效益和环境效益的统一，以及人与自然的和谐共存。这种系统具有良好的可持续性，能实现效益最大化，达到意想不到的效果。但要求设计者具有多学科的知识和较高的综合能力，设计和实施的难度较大，对管理的要求也较高。
　　具体作法和规模依据园区特点而不同，一般包括屋顶绿化、水景、渗透、雨水回用、收集与排放系统等。有些还包括太阳能、风能利用和水景于一体的花园式生态建筑。

2 生态小区雨水系统优化设计

　　（1） 水量平衡分析
　　雨水系统作为小区给水排水系统中的一个子系统，应与小区内其它给排水系统一起进行综合分析计算。其目的是根据水量盈亏平衡情况对雨水收集利用、渗透、排放等进行合理分配，从而确定各部分的设计规模。水量平衡分析可以按年、月或雨季两场雨之间平均间隔天数等来分析计算。由于我国地域广阔，不同地区降雨时空分布差异较大，故应根据当地多年降雨规律和该小区可调蓄容量等因素确定。水量平衡设计时应与小区景观等用水进行综合规划设计，雨水直接利用首先应满足绿化、喷洒道路、洗车等杂用水要求，并尽量提高循环利用水量。经过合理的规划设计，可实现设计重现期下雨水的“零排放”。
　　（2） 因地制宜，优化选用
　　在水量平衡分析的基础上还应进行技术经济分析，因地制宜地采用雨水利用的措施。主要因素包括：小区用水量、小区水源、地下水位、地质情况、水文情况、气候条件、地表径流条件、面源污染情况等。可以采用以下不同方案：
　　1） 完全渗透性排水  此作法要求土质有良好的渗透性。可以采取低势绿地、渗透浅沟、渗透井、渗透塘等多种措施。渗透贮存能力应不小于该小区安全排放设计暴雨水的要求。
　　2） 部分渗透，部分收集排放  这是一种渗水与地面收集排放相结合的雨水排放方式，它也要求土质有较好的渗透性。可先按一定重现期并根据土质、周围环境等情况设计渗透设施，超过渗透能力的暴雨水则按传统方法小区设计重现期进行排放设计，达到安全排放暴雨的要求。
　　3） 部分收集利用，部分渗透  此作法可先按用水量要求设计收集利用的规模，多余雨水按渗透来进行设计。适用于有用水要求的缺水地区。
　　在设计渗透设施时，还应对该地区污染的敏感程度和地基承载情况进行论证，必要时要对雨水水质、地下水位和水质等进行监测。根据不同情况，也可采用初期雨水弃流（分流）、截污、沉淀、植被缓冲带等控制措施。
　　(3) 雨水净化工艺和规模的确定
　　研究表明，城市径流雨水水质因径流表面材料、气温、降雨量、降雨强度、降雨间隔时间等条件不同而变化^[2]；不同的用途也要求不同的水质标准和水量，故应根据收集雨水水质和用水水质标准以及相应水量要求来确定净化工艺和规模。通常，截污、弃流、沉淀、过滤、消毒可以优先考虑，但还应根据现场条件进行技术经济比较后确定。在已经建成运行的雨水利用示范工程中，以人工土植被净化技术为核心的处理系统既有效又经济，而且自然化，是一种生态型处理技术。

3 典型工程示例：北京某办公区雨水利用工程

　　(1)水量平衡分析
　　该办公区位于北京市城区，占地面积约3.4ha，其中，建筑占地0.6ha，道路、广场占地1.4ha，绿化占地1.4ha。雨水径流系数0.59，按年均600mm降雨计算，则年均汇集径流雨水量1.2万m³。根据建设单位要求，首先考虑雨水直接利用，并与喷灌、景观设计相配合。由于年产径流雨水量小于用水量，故雨水仅作为绿化、喷洒道路和洗车的补充水源。
　　根据北京多年平均降雨资料分析，5－9月份降雨总量占全年的87%左右，而且这一时段亦为绿化和喷洒道路较为集中的月份，故进行5－9月份的水量平衡分析。径流雨水按照北京市多年平均月降雨量计算；绿化用水以2L/m²d计；喷洒道路以每次1L/m²，每天喷洒一次计；洗车用水以每辆250L/d计（见表2）。

水量平衡分析　　　　　　　 表2

　　(2) 雨水利用方案选择和工艺流程确定
　　由于北京市降雨比较集中，如果考虑雨水全部收集利用，所需储存容积太大，一次投资过高，因此需根据资金情况，考虑该小区约1/2屋面面积和道路面积的径流雨水收集利用，其余雨水就近向附近绿地汇集、贮存，超出绿地调蓄和渗透能力的雨水溢流排入市政雨水管。
　　雨水利用系统包括截污、初期雨水弃流、收集、贮存、净化、消毒、循环等措施，工艺流程见图4。雨水储存池150m³，兼有储存、沉淀、循环等作用。雨水净化采用低能耗、易管理的人工土植被过滤技术。研究表明，该技术是一种经济有效的雨水净化技术，所检测指标均可达到杂用水标准。

　　（3）投资和效益分析
　　该工程共计投资42万元，较直接排放系统多投资36万元。建成后每年可直接集蓄利用雨水4000～6000m³，按北京2002年水价2.5元/ m³计算，每年可节约水费1.0～1.5万元。若考虑节水增加的国家财政收入、消除污染而减少的社会损失和节省城市排水设施的运行费用等间接效益，每年可收益3.8～5.7万元。故静态差额投资回收期为9.5～6.3年。
　　同时，该工程作为一项新的雨水利用生态工程可以起到极大的宣传、教育作用，具有较好的环境、社会等综合效益；同时，对小区生态环境的改善和防洪减灾等，均具有积极的作用。