住區(qū)雨水利用與景觀水體水質(zhì)保障工程設(shè)計(jì)實(shí)例*

李俊奇¹，張潔¹，車(chē) 武¹，李寶宏²

（1.北京建筑工程學(xué)院， 北京 100044； 2平頂山工學(xué)院 河南 467001）

　　摘 要： 介紹了北京地區(qū)某住宅小區(qū)雨水利用工程和景觀水體設(shè)計(jì)的總體思路和主要技術(shù)環(huán)節(jié)，對(duì)以景觀水體為核心的水量平衡、雨水收集、生態(tài)堤岸、安全調(diào)蓄、循環(huán)利用等問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了解決措施和對(duì)策，為住區(qū)雨水利用設(shè)計(jì)提供借鑒。
　　關(guān)鍵詞：雨水設(shè)計(jì); 景觀水體; 水質(zhì)保障

Case Study on Rainwater Utilization

and Water Quality Control Design for Landscape Water Body

in Residential Area

LI Jun-qi¹, LI Bao-hong², ZHANG Jie¹, CHE Wu¹

(1. Beijing Institute of Civil Engineering & Architecture, Beijing 100044, China ;

2. Pingdingshan Institute of Technology, Henan 467001, China)

Abstract: The overall thinking and chief segments for rainwater utilization and landscape water body design of a residential area in Beijing are introduced. Especially according to demand of the landscape water body, water balance, rainwater catchment, ecological embankment, safe detention, cycle reusing are mainly analyzed. The solution measures and methods are put forward, which provided valuable reference for rainwater utilization engineering design of the residential area.

Key words: rainwater design; landscape water body; water quality control

1 工程概況

　　北京近郊某住宅小區(qū)，一期總占地面積11.4ha，按徑流系數(shù)不同劃分，各部分組成與比例見(jiàn)表1。經(jīng)計(jì)算，包括人工水體在內(nèi)的綜合徑流系數(shù)為0.695，不包括人工水體時(shí)的綜合徑流系數(shù)為0.65。該小區(qū)一期住宅包括48棟3－6層高級(jí)別墅和公寓，還有會(huì)所、幼兒園等公建。大部分別墅和公園后院均為下沉式庭院，周邊無(wú)市政雨污水管線，生活水源為自備地下水源井，生活污水經(jīng)中水站處理后用于綠地澆灌等雜用水。在園區(qū)北側(cè)和西側(cè)各有一條排洪渠。地面平均設(shè)計(jì)高程為32.5~33.5m。

表1 某住區(qū)一期工程用地一覽

Tab.1 Land distribution of the 1st phase of a residential area

用地類(lèi)型

面積（ha）

徑流系數(shù)

居住區(qū)用地

建筑用地面積(含公建0.3ha)

5.1

0.9

道路用地面積

1.6

0.9

綠地（含公共綠地1.2ha）面積

3.3

0.15

水體面積(含人工水道0.2ha)

1.4

1.0

總計(jì)

11.4

0.695

　　工程目標(biāo)：在保障景觀水體水質(zhì)的前提下最大限度地節(jié)約用水，合理利用水資源，減少運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)雨/污水資源化，同時(shí)兼顧景觀、防洪與生態(tài)，滿(mǎn)足綠色住宅小區(qū)對(duì)水資源、水景觀和水環(huán)境的整體要求^[1][2]。

2 水量平衡

2.1水量平衡計(jì)算依據(jù)
　　1）1995－1999北京某區(qū)月均降雨量、月均蒸發(fā)量；
　　2）北京園林部門(mén)統(tǒng)計(jì)月均綠化用水量或綠化用水量預(yù)測(cè)；降雨量、蒸發(fā)量和綠化用水量的對(duì)比見(jiàn)圖1。由于該小區(qū)采用了較多的高爾夫球場(chǎng)綠化用草，耗水量較大，綠化用水量均按120mm/月計(jì)算。

圖1 降雨量、蒸發(fā)量和綠化用水量對(duì)比圖

Fig.1 Comparison among rainfall, evaporation and green belt sprinking

　　3）徑流雨水量按下式計(jì)算：

　?。?sub>1＝ψ×H×A×α×β

　　其中：ψ- 徑流系數(shù)；H - 降雨量；A–徑流面積（m²）；α-季節(jié)折減系數(shù)，取0.85；β-初期雨水棄流系數(shù)，取0.87^[3]。

　　4）根據(jù)北京地區(qū)的降雨和該住區(qū)綠化等特點(diǎn)，水量平衡計(jì)算僅計(jì)算3－10月份，共計(jì)8個(gè)月；
　　5)其它損失量按用水量的10％計(jì)。
　　平衡計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。
2.2 結(jié)果分析
　　當(dāng)人工水體采用不同水源時(shí)將出現(xiàn)不同的補(bǔ)水方案。本文分析以下兩種情況：
　?。?） 湖水優(yōu)先采用雨水，不足時(shí)用中水或地下水補(bǔ)充。
　　該住區(qū)人工湖蒸發(fā)、綠化、噴灑道路和損耗用水量共計(jì)59735 m³，而年均雨水徑流量為40655 m³，即若徑流雨水全部被收集利用的話，徑流雨水可以解決以上幾項(xiàng)用途68.1％的水源。
　　當(dāng)僅用雨水作為人工湖水源時(shí)，保持人工湖常水位，所計(jì)算8個(gè)月中，7、8兩月需向外排水，排水量分別是7826 m³和2152m³，其余月份均需向湖中補(bǔ)水，每月需補(bǔ)水量見(jiàn)表2，年共需補(bǔ)水量為29059 m³，當(dāng)7、8月份水不外排時(shí)年共需補(bǔ)水量為19081 m³。
　　人工湖水源不足時(shí)用中水補(bǔ)充。特殊情況下才使用地下水補(bǔ)水。中水作為補(bǔ)充水源時(shí)，為保障湖水水質(zhì)，中水應(yīng)進(jìn)行深度處理，達(dá)到景觀用水的要求。
　　中水可供回用的水量為117.2 m³/d，3－10月份共計(jì)可供水量32816 m³，可以滿(mǎn)足人工湖補(bǔ)水要求。11－1月份共計(jì)水量14064 m³需另行考慮出路。
　?。?）湖水補(bǔ)水首先考慮中水，不足時(shí)用雨水補(bǔ)充。
　　若中水出水全部入湖，全年中水水量為42192 m³，可以滿(mǎn)足以上幾項(xiàng)需水量70.6%的水源。為了有利于湖水水質(zhì)保障，縮短湖水的循環(huán)周期，以上幾項(xiàng)用水均以湖中取水。此時(shí)，雨水可以作為補(bǔ)充水源，收集水量為17543 m³，即可僅收集該住區(qū)43%徑流表面的雨水。其余57％徑流表面的雨水外排。
　　 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地實(shí)際情況分析，為了最大限度地利用雨水資源，首先考慮使用雨水作為湖水地補(bǔ)充水源，第二水源為中水。即徑流雨水盡量收集，為保證湖水水質(zhì)，收集時(shí)盡量采用凈化和棄流設(shè)施（采用棄流和低勢(shì)綠地后徑流雨水量會(huì)相應(yīng)減少）；鑒于雨水的隨機(jī)性，為了維持景觀要求，中水需經(jīng)深度處理達(dá)到景觀用水要求方可入湖。冬季中水建議通過(guò)人工湖調(diào)蓄，超過(guò)調(diào)蓄量時(shí)排放。

3 人工水體調(diào)蓄能力分析

　　首先對(duì)原設(shè)計(jì)人工湖的調(diào)蓄功能進(jìn)行分析。
　　人工湖面積為12000m²，水深0.6－3.0m，可調(diào)蓄0.4m，調(diào)蓄容量為4800m³。另外，該住區(qū)還有面積為2000m²的人工水道，平均水深0.45m，可調(diào)蓄0.3m，調(diào)

表2 住區(qū)水量平衡表
Tab.2Water quantity balance of residential area

月份

降雨量與徑流量

蒸發(fā)量

綠化用水量

噴灑道路用水量

用水量小計(jì)

其他損失量（按用水量的10％計(jì)）

總用水量

入湖雨水量－總用水量

保持常水位時(shí)需補(bǔ)水量獲外排水量

月均

入湖徑流雨水量

月均

湖體蒸發(fā)量

月均

綠化用水量

月均

噴灑道路用水量

mm

m³

mm

m³

mm

m³

mm

m³

m³

m³

m³

m³

m³

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)＝(4)+(6)+(8)

(10)＝(9)×10%

(11)=(9)+(10)

(12)=(2)-(11)

(13)

3

5.9

407

139.8

1957

120

3960

15

240

6157

616

6773

-6366

需補(bǔ)水6366m³

4

18.5

1274

206.2

2887

120

3960

15

240

7087

709

7796

-6522

需補(bǔ)水6522m³

5

47.1

3247

256

3584

150

3960

15

240

7784

778

8562

-5315

需補(bǔ)水5315m³

6

68.2

4701

235.7

3300

120

3960

15

240

7500

750

8250

-3549

需補(bǔ)水3549m³

7

226.4

15606

205.2

2873

120

3960

15

240

7073

707

7780

7826

需外排7826m³

8

134.9

9299

164.1

2297

120

3960

15

240

6497

650

7147

2152

需外排2152m³

9

56.3

3881

140.5

1967

120

3960

15

240

6167

617

6784

-2903

需補(bǔ)水2903m³

10

32.5

2240

131.4

1840

120

3960

15

240

6040

604

6644

-4404

需補(bǔ)水4404m³

合計(jì)

589.80

40655

1479

20705

960

31680

120

1920

54305

5431

59736

-19081

共需補(bǔ)水29059 m³；7、8月份水不外排時(shí)需補(bǔ)水19081m³

　　蓄容量為600m³。則水體調(diào)蓄總?cè)莘e為5400m³,即相當(dāng)于一次調(diào)蓄能力為日降雨量78mm（約相當(dāng)于北京地區(qū)1.5年重現(xiàn)期）。
　　不同重現(xiàn)期湖水水位分析與安全性評(píng)價(jià)見(jiàn)表3。
　　根據(jù)以上分析，原設(shè)計(jì)人工湖可以滿(mǎn)足重新期為1.5年的暴雨的調(diào)蓄能力。但考慮到該區(qū)域外圍目前市政管線尚不完善，可以適當(dāng)增大湖的調(diào)蓄能力。途徑包括：適當(dāng)降低湖的常水位深度，將湖的常水位按30.00進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了不破壞湖與周邊建筑物的景觀效果，沿建筑物附近設(shè)立了31.60m的高水位區(qū)。同時(shí)，在近湖周邊建立多功能緩沖區(qū)；超過(guò)設(shè)計(jì)能力時(shí)通過(guò)溢流管外排。

4、景觀水體水質(zhì)保障

4.1總體方案
　　指導(dǎo)思想：在進(jìn)行水量平衡分析的基礎(chǔ)上，以人工湖為核心，以自然凈化、生態(tài)修復(fù)、截污截流、循環(huán)利用為關(guān)鍵技術(shù)，以水質(zhì)保障與生態(tài)景觀、雨污水資源化、防洪調(diào)蓄等相結(jié)合為目的進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，保持整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和可持續(xù)性。
　　依據(jù)工程目標(biāo)和設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想提出了如圖2所示的工藝流程：

圖2 景觀水體水質(zhì)保障工藝流程圖
Fig.2 Flow chart of water quality control for landscape water body

4.2雨水收集、輸送與污染控制系統(tǒng)
　　屋面雨水就近匯入建筑附近的低勢(shì)綠地，低勢(shì)綠地按低于路面5~10cm控制，達(dá)到明顯消減雨水徑流量、去除初期雨水污染物和節(jié)約綠化用水的目的。低勢(shì)綠地應(yīng)有溢流口與排放雨水的淺溝連通，或有自然坡面通向排水溝，避免局部過(guò)量積水。
　　路面和停車(chē)場(chǎng)雨水首先匯入附近低勢(shì)綠地、條狀截污帶或路邊植被淺溝，對(duì)初期雨水徑流進(jìn)行截流、截污后輸送排放。
　　對(duì)污染量較大的區(qū)域，在排水管（渠）內(nèi)設(shè)置初期雨水自動(dòng)棄流裝置，將污染的初期雨水分流，排入小區(qū)污水管系進(jìn)入中水處理站。
　　小區(qū)內(nèi)的雨水排出劃分為北區(qū)、中區(qū)、南區(qū)三個(gè)區(qū)域，南區(qū)和中區(qū)分別通過(guò)兩個(gè)入口排入人工湖，由于北區(qū)下沉小院太深，且距人工湖太遠(yuǎn)，可以考慮將雨水直接排放至北側(cè)明渠。
　　南區(qū)和中區(qū)的雨水重力排入人工湖，管線按重現(xiàn)期P=5年設(shè)計(jì)。
4.3 湖區(qū)自然凈化系統(tǒng)
　　在湖區(qū)北部和湖心島兩處分別設(shè)置生態(tài)凈化區(qū)，北區(qū)包括可以交替使用的人工土植被快速滲濾床和人工平流濕地，主要處理對(duì)象是中水和循環(huán)凈化湖水。因中水處理站出水仍含有少量污染物，尤其是N、P，對(duì)人工湖是潛在的威脅。設(shè)計(jì)的土壤/植物凈化系統(tǒng)是依靠具有強(qiáng)凈化能力的人工混合土壤、植物根系和土壤中豐富的生物種群對(duì)中水做進(jìn)一步深度處理，使其達(dá)到優(yōu)良水質(zhì)。在對(duì)湖水循環(huán)的同時(shí)，對(duì)湖內(nèi)的污染物進(jìn)一步吸收凈化。凈化區(qū)呈自然坡地，生長(zhǎng)繁密的植物，構(gòu)成一幅自然景觀，注重與水景觀的有機(jī)結(jié)合，達(dá)到一舉多得的目的。
　　湖心島凈化區(qū)主要針對(duì)湖體循環(huán)水設(shè)置人工土植被快速滲濾床，解決湖體死角的循環(huán)凈化，根據(jù)水質(zhì)情況間歇運(yùn)行。
　　在雨水干管集中入湖處設(shè)置雨水前置塘，種植有耐水沖和凈化能力較強(qiáng)的水生植物。起到沉淀、截污、生物凈化等作用。
4.4 景觀水循環(huán)與湖體生態(tài)凈化系統(tǒng)
　　為了增強(qiáng)人工湖水的循環(huán)，縮短置換時(shí)間，設(shè)置循環(huán)水泵，按循環(huán)周期7天計(jì)，則湖的循環(huán)流量為：湖面面積1.2萬(wàn)m²,湖深按平均2.0m計(jì)，則湖的容積2.4萬(wàn)m³,循環(huán)流量為3429 m³/d＝143 m³/h。在湖體中設(shè)置五處循環(huán)泵坑（其中兩處備用），分別往北部?jī)艋瘏^(qū)循環(huán)供水、湖心島凈化區(qū)循環(huán)供水，同時(shí)還兼有往上游高水位（31.60m處湖面）供水循環(huán)和溢流排洪功能。
　　在湖中和湖邊設(shè)置水生植物區(qū)，也可根據(jù)情況需要在湖內(nèi)增設(shè)植物浮島，旨在改善湖本身的生態(tài)功能，提供一定自?xún)裟芰?，為各種水生植物和鳥(niǎo)類(lèi)提供必要的棲息場(chǎng)所，使人工湖更具生機(jī)，也達(dá)到改善湖體景觀的效果。
4.5 湖底設(shè)計(jì)和生態(tài)堤岸
　　人工湖底采用LDPE防滲膜。為了保證不同種類(lèi)底植物能生存，湖底高程、湖底回填材料等要求應(yīng)與植物的要求相適應(yīng)。堤岸設(shè)計(jì)采用了多種堤岸相結(jié)合的方式，包括草皮入水、水生植物階梯形駁岸、透水駁岸、石砌駁岸和跌水駁岸等。其方式的選擇應(yīng)首先考慮的主要因素包括：周邊地形、道路、水生植物種植、凈化功能和景觀要求等。
4.6 小區(qū)防洪系統(tǒng)
　　在雨水截流和充分利用景觀湖調(diào)蓄能力的基礎(chǔ)上來(lái)設(shè)計(jì)小區(qū)一期工程的排洪渠，可削減排洪渠的建設(shè)費(fèi)用，同時(shí)滿(mǎn)足小區(qū)排洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
　　在人工湖南側(cè)設(shè)溢洪口，通過(guò)暗渠（管）與二期西側(cè)排洪渠連通。溢流管重現(xiàn)期按P=2.0設(shè)計(jì)。

5 總結(jié)

　　雨水利用是綠色住宅小區(qū)的重要內(nèi)容之一。其設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)住區(qū)的特點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致的水量平衡分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行水源的優(yōu)化選擇，同時(shí)考慮防洪、景觀等要求。當(dāng)住區(qū)有水體時(shí)，應(yīng)尋求以水體為核心的水源優(yōu)化方案。為了保障水體的水質(zhì)，應(yīng)建立源頭污染控制和提高水體自?xún)裟芰ο嘟Y(jié)合的綜合水質(zhì)保障體系。

參考文獻(xiàn)

[1] 李俊奇，車(chē)武，汪宏玲. 雨水利用與生態(tài)小區(qū). 給水排水[J]，2003，29（5）:14-16
[2] 李俊奇，車(chē)武.城市雨水問(wèn)題與可持續(xù)發(fā)展對(duì)策.城市環(huán)境與城市生態(tài)[J]，2005，18（4）:5-8
[3] 任超.北京市建筑物屋面雨水利用可行性研究.北京建筑工程學(xué)院碩士研究生學(xué)位論文，2000.1

——————

作者通訊處：100044 北京建筑工程學(xué)院城建系
電話：（010）68322128
Email:jqli6711@vip.163.com

*北京市規(guī)劃委員會(huì)基金資助項(xiàng)目（200503001）；北京城市節(jié)水管理中心基金項(xiàng)目;北京市“學(xué)術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”項(xiàng)目-可持續(xù)水與廢物循環(huán)利用技術(shù)（BJE10016200611）資助