居住小区雨水利用系统的优化设计

居住小区雨水利用系统的优化设计

唐艳丽

江门市江海规划建筑设计院有限公司广东江门529000

摘要:由于可利用水资源日益短缺,雨水凭借其处理成本低,处理方法简单等优点,成为一种新的可利用水资源。本文以某小区为例，对其雨水利用展开探究，本文提出的雨水利用设计模型对小区的雨水利用起到良好的作用，为建筑小区雨水的合理利用提供了依据。

关键词:建筑小区；雨水回用；径流系数；优化设计

现阶段水资源短缺已经成为制约和阻碍经济发展的重要原因之一，而雨水回收利用是解决水污染和缓解水资源短缺问题的重要途径之一。同时，雨水回收利用对降低城市洪涝灾害、减轻城市污水处理负荷、保持城市水循环的生态平衡具有重要意义。建筑小区是城市的重要组成部分，因此建立建筑小区雨水利用模型具有重要的意义。

1居住小区雨水利用技术

1.1建筑屋面雨水收集技术

建筑房屋屋面比较适合进行雨水收集，居民小区雨水利用的最重要方式，就是利用建筑屋面进行雨水收集，而屋面雨水同其他雨水相比较更加具有优点，比如说水质更加优良、收集量也较大、最主要是便于收集。利用屋面进行雨水收集时，所采取的措施还是利用雨水管进行收集，当前阶段，在很多居民小区中，87型斗雨水排水系统仍然发挥重要作用，可以将所收集到的屋面雨水，排放到蓄水池中。此外，也可以通过水桶容器进行雨水收集和存蓄，并且通过相关净水系统，使雨水经过处理之后进行使用。

1.2屋顶绿化雨水利用技术

同建筑屋面相比较，现代屋顶绿化技术更加具有优势，不仅可以起到排除雨水的功能，还可以对雨水水质进行净化，蓄积雨水。屋顶绿化雨水利用技术属于一种雨水生态利用技术，所以我国各城市小区有必要加以推广。屋顶绿化系统主要涵盖五个方面，分别是植被层、隔离过滤层、排水层、隔根层、以及防水层，如图1所示。植被层分为护根层和种植层，其中护根层具有良好的保水性能，主要由树皮、碎木块组成，对于保持植被湿度具有良好效果。在一定程度上可以对土壤颗粒进行过滤，有利于排水层避免出现堵塞的情况发生。主要通过结合基质层和保湿层，以此确保其能够发挥蓄排水功能。在保护屋顶结构方面具有良好的效果，能够有效阻止植物根系的破坏行为。而在屋顶绿化雨水利用的设计过程中，使雨水在经过净化处理之后得到合理收集，收集到的雨水可以对屋顶绿化进行灌溉，也可以将剩下的雨水进行存蓄，经过排水管灌溉建筑周围绿地。

图1屋顶绿化结构图

1.3地面雨水渗透技术

①路面雨水收集技术。路面雨水收集系统的设计，通常都会采取雨水管渠、或者雨水管的方式进行。利用具有植被的排水沟、或者道路两侧的低势绿地，可以极大程度地实现路面雨水收集，并且可以对雨水进行排污处理。雨水沟的工作原理是指，在坡度的影响下实现自然排水，很多颗粒物被表面植被有效阻挡，而雨水会继续渗透，进而使雨水在流经过程中质量不断得到改善。很多国外城市大范围的使用雨水花园，以此实现雨水的间接使用，雨水花园主要是在较低的环境中种植花草树木，利用植物进行雨水的净化，并且可以针对雨水的停滞性和渗透性，以达到减少径流量的目的；②低势绿地雨水利用技术。绿地具有良好的透水性能，并且属于天然渗透设施，有利于减少资本的投入，非常具有应用前景。同时，绿地可以有效引导雨水进行汇集，截留和净化雨水中的污染物。

2雨水利用设施基本规模

雨水利用设施基本规模是根据小区用地条件和相关规范(标准、指南)确定的最小规模。目前我国与雨水利用相关的规范(标准)有:《绿色建筑评价标准》(简称《标准》)、《建筑与小区雨水利用工程技术规范》(简称《技术规范》)、《室外排水《设计规范》》(简称《设计规范》)和《海绵城市建设技术指南———低影响开发雨水系统构建(试行)》(简称《指南》)，根据上述规范(标准、指南)确定雨水利用设施基本规模如下。

2.1雨水利用设施总规模

《技术规范》规定，雨水利用系统的规模应满足建设用地外排雨水设计流量不大于开发建设前的水平或规定的值，设计重现期不得小于1年，宜按2年确定。对于特定的小区，雨水利用总强度仅与径流系数有关，因此径流系数的合理取值至关重要。《技术规范》同时指出，建设用地开发前一般可视为自然绿地，径流系数根据设计重现期一般取0．25～0．40，本研究按此确定雨水利用总规模。

2.2调蓄设施基本规模

《技术规范》规定，雨水储存设施的有效储水容积不宜小于集水面重现期1～2年的日雨水设计径流总量扣除设计初期径流弃流量;当资料具备时，储存设施的有效容积应根据逐日降雨量和逐日用水量经模拟计算确定。本研究以日为单位进行水量平衡计算，以使计算的雨水利用量与实际情况相符，并确定合理的蓄水池容积，亦即雨水回用设施基本规模，具体步骤参见文献。并按收集集水面上2年一遇日降雨量确定蓄水池容积和集水面积之间的关系。小区内已有的池塘、景观水体，可作为雨水调节设施，其溢流水位与设计水位之间的调蓄容积即为其基本规模。

2.3渗透设施基本规模

《技术规范》规定，渗透设施的日渗透能力不宜小于其汇水面上重现期2年一遇的日雨水设计径流总量，但对具体的雨水入渗设施规模(渗透能力)没有明确规定。《标准》规定下凹式绿地、雨水花园等有雨水调蓄功能的绿地和水体的面积之和占绿地面积的比例达到30%，得3分;硬质铺装地面中透水铺装面积的比例达到50%，得3分。本研究按《标准》确定下凹式绿地、生物滞留设施、湿塘和透水铺装的基本规模[1]。《指南》规定，生物滞留设施面积与汇水面积之比宜为5%～10%，本研究据此确定生物滞留设施面积与汇水面积的关系。

3.某小区雨水利用优化设计

3.1工程概况及原雨水利用方案

小区共有住宅1062套，占地面积为52253m2，其中，人行道、广场及停车场面积为6800m2;机动车道面积为10200m2;绿化面积为24416m2，其中在小区西南角、东南角及东北角有面积分别为160、200、150m2的低洼绿地;屋面面积为9769m2;小区中央有面积为1068m2的湿塘，溢流水位与设计水位之差为0．3m。小区开发前该地块为自然绿地，土壤渗透系数为(0．17～1．33)×10－5m/s。

根据小区用地情况，设计方拟定的雨水利用方案如下:屋面雨水收集后回用，根据《技术规范》确定蓄水池容积为685m3，造价为65．76万元;人行道、广场及停车场按《标准》采用透水铺装路面，透水铺装率为50%，面积为3400m2，造价为44．20万元;三块低洼绿地设计成雨水花园，面积为510m2，造价为23．72万元;下凹式绿地按《标准》规定设计，面积为5746．8m2，下凹深度为0．1m，造价为25．86万元;湿塘面积为1068m2，造价为48．06万元;道路雨水和非透水铺装路面雨水就近排入下凹式绿地、湿塘或雨水花园。

3.2技术经济参数该市2年一遇日降雨量为82．1mm，根据小区规划图计算得到汇流时间为12min，暴雨强度衰减系数为0．84，重现期取2年，暴雨强度为103．16mm/h，μ1值为2．10mm/h，初期雨水弃流量取4mm，允许的外排流量径流系数为0．30，小区渗透系数取0．75×10－5m/s。社会折现率取8%，计算期取30年，自来水价格为2．31元/m3。

3.3雨水利用设施规模

3.3.1雨水回用规模

结合小区实际情况，收集部分屋面雨水处理后用于浇洒绿地和冲洗道路。道路冲洗用水定额取2．0L/(m2·d)，绿化浇洒用水定额取1．0L/(m2·d)，则日用水量为44．8m3。提出的方法计算不同容积下的雨水利用率和效益费用比，当蓄水池容积为351～740m3时，雨水利用率较高且效益费用比大于1，确定Vmin为351m3、Vmax为740m3，当蓄水池容积在此范围内时，年雨水利用量与蓄水池容积的关系为:

Q=－0．0047V2z+7．9957Vz+2281．9

R2=0．9989(15)

3.3.2其他设施规模

各雨水利用设施基本尺寸设计如下:下凹式绿地的下凹深度取0．1m;透水路面砖厚度取0．06m、孔隙率为20%，垫层厚度取0．2m、孔隙率为30%，容水量为0．072m;雨水花园蓄水深度取0．25m;湿塘的调蓄深度为0．3m。

根据各类雨水设施建设要求[2]及小区用地条件，各设施规模约束如下:透水铺装路面最小规模为3400m2，最大规模为6800m2;下凹式绿地、湿塘、雨水花园面积之和的最小值为7324．8m2，最大值为25484m2;湿塘面积与原方案保持一致;雨水花园面积与其集水面积之比按《指南》确定，蓄水池容积与集水面积关系按《技术规范》确定。

3.4雨水利用优化设计

利用上述模型优化雨水利用设施规模，对模型进行求解，结果如表1所示。优化方案中蓄水池容积为351m3，可收集大约5000m2的屋面雨水，剩余屋面雨水可就近排入雨水花园;机动车道及部分铺装路面雨水可就近排入下凹式绿地或湿塘，从而实现对小区雨水的利用与控制[3]。

从表1可知，优化方案各雨水利用设施总造价比原方案低30多万元，年成本比原方案低3万元左右;所减少的外排径流系数为0．69，加上小区汇水面上的雨水损失强度，小区的外排径流系数可以满足0．30的要求;各雨水利用设施也均能满足基本规模的要求，优化方案符合规范要求。综上可知，优化方案优于原方案，为该小区雨水利用最优方案。

4.结论

雨水作为一种自然资源，污染轻，处理方法简单便可用于生活、工业生产、园林绿化等。在南方，雨水充沛，因此合理利用雨水具有较大的意义。小区的雨水利用，要因地制宜，结合自身的实际情况，制定合适的雨水利用设计模型，才能改善小区水循环和水环境，从而实现经济效益、社会效益、环境效益的有效统一。

参考文献

[1]陈雄.居住小区雨水利用建筑技术与设计[J].建筑技术,2009,40(7):643-645.

[2]杜长伟.建筑小区雨水利用相关参数的研究[D].北京建筑大学,2013.

[3]徐尚玲,李海燕.浅谈屋顶绿化和城市雨水回用技术[C]//2012中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷).2012.