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   您当前位置: 海西给排水 >> 技术论文 >> 省内论文 >> 正文
厦门某工程雨水收集利用设计

文章来源:海西给排水 发布时间:2011-01-24 00:23:04 阅读次数:9875 次 [关闭]

         刘德涛 耿俊杰          中国兵器工业第五设计研究院,北京, 100053

摘要:指出雨水收集利用的价值和实用性,介绍了雨水收集利用的分类、收集利用设施、雨水收集系统、初期雨水弃流设施及雨水处理方法。结合厦门某技术中心的屋面雨水收集利用方案及主要设计参数的取值,提出了对雨水收集利用的几点建议。

关键字:雨水收集,雨水利用,初期雨水弃流,设计

一、雨水收集利用的价值和实用性

日前,水资源的缺乏己成为世界性的问题,在传统的水资源开发方式己无法再增加水源时,回收利用雨水成为一种既经济又实用的水资源开发方式。雨水利用是解决城市缺水和防洪问题的一项重要措施。雨水利用就是把从自然或人工集雨面流出的雨水进行收集、集中和储存利用,是从水文循环中获取水为人类所用的一种方法。雨水利用将会为解决未来水资源短缺问题做出重要贡献。


    城市雨洪利用技术是针对城市开发建设区域内的屋顶、道路、庭院、广场、绿地等不同下垫面所产生的径流,采取相应的措施,或收集利用,或渗入地下,以达到充分利用资源、改善生态环境、减少外排径流量、减轻区域防洪压力的目的,系寓资源利用于灾害防范之中的系统工程。与缺水地区农村雨水收集利用不同,城市雨洪利用不是狭义的利用雨水资源和节约用水,它还包括减缓城区雨水洪涝,回补地下水减缓地下水位下降趋势,控制雨水径流污染、改善城市生态环境等广泛的意义。因此,城市雨洪利用是一项多目标综合性控制技术。

    在炎热的夏季,人工水景往往由于溶解氧下降、藻类大量繁殖,导致水景发黑、变臭甚至干涸,如用自来水补入水景和浇灌绿化,无疑会增加环境维护费,年水费少则几万元,多则10余万元,同时也不符合国家的节能减排及绿色建筑设计要求。如按国家相关部门统计,目前我国由于缺水造成的国家财政收入年损失200亿元计,每利用1立方米雨水,就可为国家创造5.48元的收益,同时省下1立方米自来水水费。与此同时,还减轻了市政管网的压力,节省市政管线的投资。在紧急情况下,还可以用于消防用水。

   二、雨水利用介绍

    2.1雨水利用分类

    雨水利用分为直接利用和间接利用。

    雨水直接利用可将雨水收集后经混凝、沉淀、过滤、消毒等处理工艺后,用做生活杂用水如冲厕、洗车、绿化、水景补水等,或将径流引入小区中水处理站作为中水水源之一。

雨水间接利用是指将雨水适当处理后回灌至地下水层或将径流经土壤渗透净化后涵养地下水。

    2.2雨水收集利用设施

    2.2.1雨水收集利用设施的组成

    雨水收集利用设施的组成包括汇水面、收集系统、雨水弃流、雨水贮存、雨水处理、清水池、雨水供水系统、雨水用户等。

    2.2.2雨水收集利用条件

    雨量充沛、汇水面雨水收集率高(径流系数大)、常年降雨量大(一般适用于常年降雨量大于400mm的地区)的地区。

    2.2.3雨水回用用途

    雨水回用应优先作为景观水体的补充水源,其次为绿化用水、循环冷却水、汽车冲洗用水、路面、地面冲洗用水、冲厕用水、消防用水等,不可用于生活饮水、游泳池补水等。

    2.2.4雨水收集场所

优先收集屋面雨水,不宜收集机动车道等污染严重的路面上的雨水。当景观水体以雨水为主要水源之一时,地面雨水可排入景观水体。

    2.3雨水收集系统

    (1)屋面雨水收集系统的设计和计算可按雨水排除系统方法,但需注意以下不同点:

    ①屋面雨水系统中设有弃流设施时,弃流设施服务的各雨水斗至该设施的管道长度宜相近。

    ②当雨水蓄水池设在室内时,雨水收集管道上应设置能重力排放到室外的超越管,超越转换阀门宜能实现自动控制。

    (2)向室外蓄水设施输送屋面雨水的室外输水管道,可用检查口替代检查井,管道设计流量的降雨重现期可按照雨水蓄水池的设计重现期取值。

    (3)向景观水体排水的室外雨水排水系统,管道系统的设计与计算可按室外排水系统的方法处理。

    2.4初期径流雨水弃流

    2.4.1弃流设施的技术特征

    (1)弃流设施的功能

弃流设施主要是把初期径流雨水隔离出来,一般可使后期雨水的主要污染物平均浓度不超过: CODcr 70~100mg/L, SS 20~40mg/L,色度10~40度。

    (2)弃流设施的类型

    弃流设施分为容积式、雨量计式、流量式。

    容积式弃流设施是用水箱或水池贮存弃流雨水,用水位判别并控制弃流量。容积式弃流设施可现场制作或做成品装置,技术简单、维护方便、便于集中设置,可设在蓄水池前端和建筑雨水管道的末端,主要应用于屋面雨水收集和地面雨水收集。

雨量计式和流量计式分别为用雨量计或流量计判别并控制弃流量,技术较复杂,一般为成品装置,便于分散设置可以不设弃流池,可设在雨水管道上,主要应用于屋面雨水收集系统。

    2.4.2弃流量

    初期径流弃流量应按照下垫面实测收集雨水的CODcr、SS、色度等污染物浓度确定,当无资料时,屋面弃流可采用2~3mm径流厚度,地面弃流可采用3~5mm径流厚度。当采用雨量计式弃流装置时,屋面弃流降雨厚度可取4~6mm。

    2.4.3弃流雨水处置

    初期弃流雨水可排入绿地、排入雨水管道或排入污水管道,当排入污水管道时应采取措施确保污水不倒灌回弃流设施内。

    2.5雨水处理

    屋面雨水水质处理根据原水水质可选择下列工艺流程:

    (1)屋面雨水→初期径流弃流→景观水体;

    (2)屋面雨水→初期径流弃流→雨水蓄水池沉淀→雨水清水池→植物浇灌、地面冲洗;

    (3)屋面雨水→初期径流弃流→雨水蓄水池沉淀→过滤→消毒→雨水清水池→冲厕、车辆冲洗、娱乐性用水;

    (4)当雨水用于冷却塔补水或用户对水质有较高要求时,需增加相应的深度处理措施。

    2.6回用雨水水质标准

    处理后的雨水水质根据用途确定, CODcr和SS应满足下表要求,其余指标应符合国家现行相关标准的规定:

项目指标

循环冷却系统补水

观赏性水景

娱乐性水景

绿化

车辆冲洗

道路浇洒

冲厕

CODcr (mg/L)

30

30

20

30

30

30

30

SS (mg/L)

5

10

5

10

5

10

10

   三、屋面雨水利用实例

    3.1项目概况

    以下所介绍为厦门市某民用建筑项目的雨水收集利用设计。

    厦门市地处南亚热带季风气候带,属亚热带海洋性气候。降水及径流时空变异较大,年内年际分配不均,汛期(4-10月)降水量占全年的80%,径流占85%以上,最大年降水量是最小年的3.2倍。厦门岛内年平均降雨量1349毫米,年均最大月(八月)降雨量209毫米,在多雨的华南地区属少雨地区,是淡水资源匮乏的福建海岛之一。3-9月为春夏多雨湿润季节,每月雨量一般为100-200毫米,最多的月份可超过700毫米(受台风影响); 10-11月、12-2月为秋冬少雨干燥季节,每月雨量一般为30-80毫米,最少的月份可滴雨不下。

    厦门市当地多年平均地表水资源量为11. 80亿m3,地下水资源量1. 36亿m3。按户籍人口统计,厦门市人均水资源占有量仅为871m3,约为全国平均水平的40%,福建省平均水平的25%,若考虑暂住人口,人均水资源量为576 m3,低于国际公认下限1000 m3,属水资源严重缺乏地区。

本工程位于厦门市杏林湾片区,该项目充分考虑选址周围地理条件以及厦门当地的气候条件,合理规划雨水排放、收集及回用途径,统筹规划城市管网供水以及雨水回收系统相结合,综合利用各种水源。该项目对部分建筑屋面的雨水进行集中收集,通过雨量计自动控制,设置弃流井对初期径流雨水进行弃流,弃流雨水排入市政雨水管道,然后经过过滤处理后用于补充景观人工湖水。

    该项目1号地块用地面积为32140平方米,屋面面积为7900平方米,其中3620平方米屋面用于屋顶绿化,其余面积屋面雨水收集利用,实际收集雨水的面积为4690平方米(包括收集屋面面积4280平方米和对应的侧墙面积的一半410平方米)。屋面雨水按两个区域分别收集处理,其中一区为1230平方米,二区为3460平方米。

    3.2雨水收集设计

    3.2.1基本数据

    统计福建45年的降雨数据得厦门市年均降雨量1255.1mm,年均降雨次数为121.6次,其中2mm以上的降雨降雨量占总降雨的比例为97.3%。

    设计重现期1年一遇,日降雨量为79mm。考虑雨水回用部分的综合投资及综合利用率,雨水收集水池容积计算按降雨量34.3mm设计,相当于重现期0.12年的降雨强度,此时雨水收集控制率为85.3%。

    3.2.2雨水收集利用的总体规划及计算数据

    (1)年均可利用雨水量的计算

    收集屋面汇水面积为4690m2,综合雨量径流系数为0.90。

    年均可直接利用屋面雨水量: Q=4690x1.2551x0.9x0.853=4519m3

    (2) 雨水收集水池容积计算

    考虑雨水回用用途对水质要求,将屋面雨水通过屋面雨水排放收集系统进行收集,再经过初期弃流后进入pp模块组合水池进行储存,经雨水过滤层过滤后即可回用。按设计规范要求,屋面雨水初期弃流可采用2-3mm径流厚度,本设计取2mm。水池计算容积己除去初期弃流雨量,即屋面实际可收集雨水量厚度为34.3mm。

一次降雨可直接收集屋面雨水:

Q=4690x0.9x0.0343 = 144.78m3

一区: Q=1230x0.9x0.0343=37.97m3

二区: Q=3460x0.9x0.0343=106.81m3

结合设计用水量及当地的实际情况,本方案设置2座雨水收集池,收集屋面前水,可供回用水量为144.78m3。用水周期取5天,每天可用水量为28.96m3

1#水池有效容积为: 6m*3m*2.2m=39.6m3

2#水池有效容积为: 10m*5m*2.2m=110m3

弃流井占地: 3.35m*1. 80m

    3.2.3雨水收集后利用

    根据用途不同采用不同的处理方式,本项目的雨水主要用于景观补水,考虑屋面雨水的水质,以及对用水水质的要求,本项目所收集的雨水经雨水过滤系统后,可满足景观用水水质要求。

    雨水在经过初期弃流后的水质为: CODcr 70~100mg/L; SS 20~40mg/L。经弃流后的雨水需再经过相应处理才可达到景观用水的水质标准。具体工艺流程如下:

 

    屋面雨水--雨水收集管网--初期雨水弃流--份雨水处理系统---景观补水

 


    弃流雨水--市政雨水管网

 

    3.2.4雨水回用节约的经济价值

    ①经处理收集后的雨水用于景观水体的补水,可以节约自来水用水量,同时景观水体的排污可以用于绿化用水,以加快景观水体的换水周期。

    ②通过有效的截留和控制雨水,可大幅减小室外雨水排水管网的规模(约20%左右),同时可降低末端雨水提升泵站的投资。

    3.2.5雨水收集利用系统的设置

     (1)雨水处理设施的设置形式

      雨水收集处理设施全都采用室外埋地形式,一区、二区分别建立弃流井和雨水处理收集池,弃流井和雨水收集池上面除人孔外可以种植花卉、草等。

     (2)装配式pp储水池

      用于收集雨水的储存装置,采用成品装配式pp方块,可以采用不同数量的组合,而成不同的容积。该材质储水池便于安装施工,且容易保证储水油内水质。此类pp储水方块可回收使用。

pp储水池以聚丙烯塑料模块相组合,形成一个地下水池,在水池周围根据工程的需要可 以包裹防渗不透水和可以入渗透水的两种土工布,作成贮水型和渗透型的两种不同类型。塑料模块组合的水池安装方便,承载力大。同时内壁粗糙度为0.009,比混凝土内壁光滑,内部结构不易附着杂质,更有利与保证水质稳定。水池上方可做为绿地,种植花草和树木等,起到美化环境的作用。

    四、结语

     (1)雨水收集利用比较适合于南方雨水资源丰富,并且可就地利用(绿化、景观等)的小区和工厂。

     (2)应优先考虑收集屋面雨水,其次是路面雨水。

     (3)雨水处理方法应根据收集雨水的类型和用水水质的要求来设计。

     (4)雨水处理收集设施可放在室外绿地下面,既节约土地,又美化环境。

     (5)雨水利用首先要改变"以排为主"的排水观念,采用"以蓄为主、以排为辅、蓄后使用、用后排放"的城市雨水管理理念;同时,要推广雨洪利用技术,生产系列化的成套设备,以便结合有关研究和示范成果,加快雨洪利用技术的产业化。

 



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