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北京市雨水利用示范工程实例分析

文章来源:海西给排水 发布时间:2017-09-01 08:06:37 阅读次数:960 次 [关闭]

康晓昆鸟 翟立晓 刘强 郑克白

(北京市建筑设计研究院有限公司)

水是生命的源泉,世界上的河水、湖水等各种淡水的根本来源是雨水。然而随着城市化进程的不断发展,城市地区不透水地面面积逐年增加,雨水资源流失、地下水位下降等问题日益突出,同时也造成城市内涝频现,给人们的生命和财产安全带来一定的隐患。我国大部分城市缺水现象日趋严重,人均水资源占有量约为2100 m3,为世界平均水平的1/4,目前有16个省(区、市) 人均水资源占有量不足500 m3,属重度缺水,有6个省(区、市) 人均水资源占有量不足500 m3,属极度缺水。从维护自然水文循环和保护水资源角度出发,应对城市雨水加以直接或间接利用,以期降低因降雨而造成的内涝损失的同时,补充涵养地下水资源,保障水生态系统的良性循环。

1 北京地区降雨特点

北京市地处华北平原北端,水资源匮乏的海河流域,多年平均年降水量为595 mm,人均水资源占有量不足300 m3,人均水资源占有率仅为世界均值的1/5,远低于国际人均 1000 m3的缺水下限,属资源型缺水和水质型缺水严重的城市。由于地处大陆干冷气团向东南移动的通道上,北京每年从10月到翌年5月几乎完全受来自西伯利亚的干冷气团控制,只有6月~9月前后三个多月受到海洋暖湿气团的影响,所以降水主要集中在夏季,年降水85%集中在69月份,尤其7月下旬~8月上旬极易出现暴雨或连续性降雨。

近年来北京地区夏季因强降雨引起的城市内涝给人民群众造成了巨大的损失:2004710日,一场强降雨侵袭北京,部分地区积水严重导致车辆被淹道路沉陷;2011623日,北京遭遇10年来最大一场暴雨侵袭,全市29处桥区出现严重积水,22处道路因积水无法通行;2012721日,61年一遇的强雨侵袭北京,最大降雨量519mm,城区降雨量212mm,造成大面积交通中断,77人遇难。一方面是因为突发强降雨造成的城市内涝和面源污染;另一方面是近年来北京地区地下水水位逐年下降。解决这一矛盾问题的主要工程措施就是通过雨水控制和利用来减少城市内涝,削减径流污染,增加雨水综合利用量,涵养补充地下水资源。可见,推广雨水控制与利用工程势在必行。

2 北京地区雨水利用工程发展概况

北京市早在20世纪90年代初,就开展了“北京市水资源开发利用的关键问题之一――雨水利用研究”课题的研究,对屋顶―渗井系统和草坪拦蓄雨洪的效果进行了初步研究,提出了北京城区雨洪利用的对策和技术。2000年北京市启动中德合作“北京城区雨洪控制与利用”项目,工程建设总面积60 hm2,建设蓄水池2228 m3,年节水18.49m3。到2004年,在北京市节约用水办公室的推动下,全市共推广建设38处示范工程,总汇水面积745 hm2,年节水量约92m3。到2005年底北京市城区已建成雨水利用工程53项,年综合利用雨水99m3。此外,还在凉水河、通惠河、潮白河上建成了3处重点雨洪利用工程,工程总滞蓄能力为1966.3m3。到2006年底,全市共建雨水利用工程103项,总雨水利用量达125m3。截止到2007年底,北京地区共建设雨水利用项目480余项,总的汇水面积达到3100m2,铺装透水砖90m2,建设下凹式绿地140m2,年综合利用雨水量达到830m32008年后,北京市的雨水利用进入了快速发展阶段,建成了大批雨水利用工程。2010年,北京地区雨水利用工程建设数量达到688项,已建成的雨水收集池及景观水体的蓄水能力达到303m3,共建设透水铺装315m2,下凹式绿地面积280m2,全市年综合雨水利用量1318m3。截止2010年底,全市累计完成雨水利用工程1355项,实现年雨水综合利用量5000m3

3 雨水示范工程实例

2012年,受北京市规委城乡与规划标准化办公室委托,我们对30余项不同类别雨水利用工程进行了调研,对其中的16项重点工程项目的设计参数、设计标准、利用设施和运行状况进行了整理和总结,见表1

由表1可以看出,重点调研的示范工程中,透水铺装措施最为常用,占工程总量的53%,采用下凹绿地措施的占29%;采用雨水蓄水池措施的占41%,采用景观水体就近收集的占18%。调研中我们对国家“十二五”课题项目――奥运中心区下沉花园雨水利用工程和国内最早采用雨水利用的住宅小区项目――双紫园小区雨水利用工程进行了回访。

3.1奥林匹克公园中心区下沉花园雨水利用工程

3.1.1项目概况

奥林匹克公园中心区下沉花园位于北京市朝阳区奥林匹克公园内,国家体育场北侧,全长约730 m,宽约40120 m,总占地面积约4 hm2。下沉花园地下最底部分是整体的混凝土结构底板,底板上方有平均为3 m厚的覆土层。下沉花园的东西两侧均为地下商业建筑,其中东侧的地下商业建筑内部与地铁交通枢纽站连通。

3.1.2防洪与雨水利用方案

3.1.2.1 防洪标准

考虑到深下沉区域的特殊性,将防洪系统作为首要问题考虑,并将蓄洪与雨水收集系统有机结合起来形成体系,见深下沉区域雨水利用及蓄洪排水系统流程示意见图1。经专家论证,该区域的防洪标准为50a一遇降雨排水,100a一遇24小时降雨量校核。

3.1.2.2 雨水利用系统

雨水利用系统设计重现期定为5年一遇24小时雨量,径流系数不大于0.5

雨水排水系统设计能力范围内的雨水以下渗为主,辅助回收;先下渗、净化,再收集、回用;回用采取就近用于深下沉区域绿化及景观用水,超过排放能力或市政雨水系统不能正常接收本区雨水量时,雨水滞留储存在蓄洪涵内,待雨量高峰过后再排出。

3.1.2.3 雨水利用设施

铺装区域:大于80%的深下沉区域广场及人行道采用透水铺装。

绿化区域:全部采用下凹式绿地或带增渗设施的下凹式绿地,路面和广场多余的雨水可经过绿地入渗。

集水系统:雨水利用系统设计标准内的雨水经过透水铺装及绿地、水平疏水层、竖向疏水层、集水沟汇集到雨水泵站内的雨水收集池。收水系统按深下沉区域位置设为南北两个,由集水沟分别汇至各自的雨水收集池内。

3.1.3设计参数与蓄洪能力校核

设计参数:50年重现期24小时最大降量342.7 mm1小时最大降雨量116.6 mm100年重现期24小时最大降雨量412 mm1小时最大降雨量133 mm

径流系数:50 年重现期――铺装地面0.9,绿地0.3,综合径流系数0.744100 年重现期――铺装地面0.95,绿地0.4,综合径流系数0.81

3.1.4运行效果

奥林匹克公园中心区下沉花园雨水利用工程自2007年竣工以来已历经7个雨季,运行情况良好,历次暴雨期间,无明显积水现象情况发生。下沉花园历年强降雨事件雨水控制情况见表2

 

2012721日,中心区经受住了长历时强降雨的考验。下沉花园2号泵站雨洪排水泵从上午10:40开始进行排水作业,至22日凌晨4:00结束工作,始终坚持4台泵轮换低水位泵进行,地面未出现明显积水。

3.2 双紫园小区雨水利用工程

3.2.1工程概况

双紫园小区位于海淀区双紫园支渠南侧,北洼路西。小区总面积2.3 hm2,其中屋面面积为0.6 hm2,绿地面积为1.0 hm2,道路面积为0.7 hm2。主要由318层塔楼和17层多层楼组成,有居民629户,2200人。该雨水利用工程由北京水科学技术研究院设计,主要对小区内的建筑屋面、绿地、道路的雨水进行收集,回用于绿地灌溉、景观、洗车等。

3.2.2雨水利用方案

设计标准:5a一遇降雨,超过设计标准的降雨径流溢流到外部的市政雨水管。

雨水利用系统:屋面雨水,一部分直接通过管道收集、传输,经沉淀后,进入蓄水池备用;而另外一部分屋面雨水,先排入周边绿地,通过下凹式绿地,入渗地下。透水性铺装地面将雨水入渗地下,超渗产流通过弧形边沟,进入不透水性铺装地面收集系统;而不透水性铺装地面雨水通过地面布设的雨水口,经管道收集传输、拦污栅拦截,沉淀处理后,进入蓄水池备用。其工艺流程见图2

 

3.2.3主要回用设施

沉淀池:停留时间取30 min,其最大流量为最大暴雨流量。道路系统沉淀池容积为132 m3,屋面沉淀池容积为220 m3

蓄水池:池容按5a一遇日最大降雨量(144 mm)计算,为600 m3,蓄水池设置溢流口,可将蓄水池的多余雨水溢流至双紫园支渠。

透水地面:增大雨水的下渗量,透水路面两边仍设排水边沟。透水地面采用透水混凝土地面砖+透水混凝土找平层与垫层+砂砾料垫层的结构形式。

弧形边沟:小区内道路雨水采用弧形边沟收集,其宽度为0.5 m,高度为0.1 m,坡降为2‰,保证雨水输送功能,同时不影响行人和行车。

3.2.4运行效果

1)收集回用量

双紫园小区雨水利用工程收集的雨水主要回用于灌溉绿地、洗车、冲厕和景观用水。从2004年冬季起,经过处理的雨水代替自来水作为锅炉房的供暖循环水,这项措施每个采暖季可节约自来水400t。自工程建成到2008年,工程累计收集回用水量3509.8 m3,平均每年收集回用量分别为438.7 m3,占年观测降雨量的6.46%

2)综合利用量

雨水综合利用量为一定汇水区域一定时间内雨水入渗量和雨水收集回用量之和。雨水综合利用率是指一定汇水区域一定时间内雨水入渗和收集回用的量占降雨量的百分比。雨水综合利用量和综合利用率见表3。双紫园小区雨水利用工程自工程建成到2008年,平均年雨水综合利用率为57.86%

4 北京地区雨水利用工程常用做法

通过对北京地区典型雨水利用工程的调研与回访,可以看出采用雨水利用的工程项目对滞蓄雨水、削减峰值流量、减轻洪涝灾害效果明显,提高了雨水综合利用水平。通过下凹绿地、透水铺装等雨水增渗设施,增加了雨水的滞留和入渗,有利于改善了项目周边的小环境。

调研过程中也总结出北京地区雨水利用工程中常用的一些设施和做法,见表4

                           

应用中应根据工程具体情况进行设计,北京地区土壤土质属于褐土,可采取入渗为主,回收利用为辅,回收雨水就地回用的原则。以实现雨水增渗,降低内涝,补充地下水资源,达到雨水综合利用的目的。调研过程中,通过对收集的珍贵设计资料和运行数据的归纳和总结,整理出北京地区较为适用工程设计参数,并具体到北京地方标准――《雨水控制与利用设计规范》(DB11/685-2013)的编制过程中,为今后的设计提供了指导,也为今后地区政策的制订提供了参考。

5 总结与建议

雨水利用对减缓区域雨水内涝、补充涵养地下水位、缓解面源污染和改善生态环境等都有重要的意义,把雨水作为一种资源、一种财富来收集、利用,具有良好的社会、环境和经济效益。应鼓励建设雨水利用设施将雨水留住,减轻市政压力。对公建小区和公园绿地等项目,如扩大调蓄规模,确实减少外排雨量及市政接口管径的项目可给予经费支持。对满足规模要求,同时管理完善的项目可颁发专项标识,并在绿建评审等评级中作为加分参考。

经过多年的发展,北京地区在雨水利用工程的建设方面已具备一定的理论基础和工程经验,应及时的总结典型示范工程建设经验,争取形成完善的雨水利用技术体系。雨水利用从规划设计到运行管理是个复杂有序的系统工程。只有多部门间协调合作,发挥多层次的协同作用,才能使其得到健康发展。雨水利用工程的稳定运行中管理是关键,建议规划、建设、管理部门联合形成体制,对雨水利用工程进行全生命周期内的监督管理,发挥其作用,真正起到防洪节水目的。

致谢:

本文是在北京市城乡规划标准化办公室组织的“北京市雨水利用工程实例汇编”项目基础上完成的,工作中得到了马先海主任等工作人员的大力支持。特别感谢北京市水科学技术研究院张书函总工等示范工程设计者,其为本文提供的典型工程案例及详实的工程数据。



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