张锦兵，于鹭，秦艳
（重庆市建筑科学研究院，重庆400015）
摘要：随着海绵城市建设的不断推进，重庆将变成一座会呼吸的城市，建设海绵型建筑与小区成为新时期的发展要求。该文以重庆某物流园为例，从水量计算、工艺原理到各构筑物的设计等方面分析，将屋面雨水收集、净化后用于道路及绿化浇洒、停车库地面冲洗和汽车冲洗等，对今后类似的设计具有指导作用。
关键词：海绵城市；绿色建筑；雨水回用；工程设计
近几年来我国多个城市连续遭遇内涝袭击，长江下游荆州、武汉、南京等城市相继“看海”。自去年以来，中央部委已多次发文推动海绵城市建设，目前财政部、住建部和水利部已公布两批海绵城市试点，总共有30个城市进入名单，其中包括重庆。海绵城市的建设目标是，“小雨不积水，大雨不内涝，水体不黑臭，热岛有缓解”，然而，武汉多处“看海”，也引发人们对海绵城市建设的关注。为了消除城市内涝，传统理念是直接加大排水管网的能力建设，但会导致河道洪峰流量倍增，加重洪水风险。现在一些海绵城市建设以雨水利用指标为导向，以“减势、效能、滞洪、削峰”为核心理念，抑制径流峰值随城镇化增大的趋势，在流域、城市、社区的三重尺度上统筹考虑防洪排水治涝等需求。与原来主要依靠城市排水系统、注重水平方向导流的“灰色思路”相比，海绵城市则因其注重城市对雨水的自然吸纳、蓄渗和就地调节而被称为“绿色思路”。因地制宜采取屋顶绿化、雨水调蓄与收集利用、微地形等措施，提高建筑与小区的雨水积存和蓄滞能力，保持雨水径流特征在城市开发建设前后大体一致，已引起越来越多人的重视。
该项目位于重庆巴南区，用地面积：137028.9㎡，建筑占地面积52454㎡，总建筑面积104507.8m2，配套绿地总面积14751m2，车库449个，占地4593.6m2，其中，室外大车停车位250个，小车停车位77个，室内小车位122个。该物流园分区包括一栋高层办公楼、8个仓库及地下室，仓库最大建筑高度21m，主体结构为框架结构，其中3#楼执行绿色建筑银级（一星级）标准。项目总平面图如图1所示。
图1项目总平面图
2.1 回用水量计算
该工程本着最大限度回收利用的原则，结合该工程实际情况，优先考虑对径流污染较轻的部分屋面雨水进行收集利用，直接利用屋面雨水管收集雨水，回用于景观道路浇洒、绿化及停车库地面冲洗，车辆冲洗用水等。
重庆气象资料表明：该项目所在地理位置气候属于亚热带湿润气候。温湿多雨，雨量充分，具有冬暖、春早、夏热、秋雨连绵的特点。多年平均气温17.5～18.5℃，极端最低气温-3.7℃，极端最高气温42.2℃。多年平均相对湿度80%，绝对湿度17.6毫巴。区内多年平均降雨量1163.3mm，最大平均降雨量达1378.3mm，最小平均降雨量达783.2mm。而物流园屋面占比大，可收集的屋面雨水充沛，经计算分析，年可供收集的雨水量远远大于浇洒、绿化、冲洗用水量。
参照现行国家标准《建筑给水排水设计规范》GB 50015-2003(2009年版)表3.1.4[1]，绿化浇灌用水定额可按浇洒面积1.0～3.0L/（㎡·d）计算，根据重庆市气候条件，夏季炎热，则浇洒绿地用水定额选为：4-9月2.0 L/（m2·d）、3、10月1.0 L/（m2·d）、其他月份植物处于休眠期，不需要浇洒；道路的浇洒用水定额按浇洒面积2.0L/m2·d计算，浇洒天数按年365d扣除近五年重庆统计信息网公布的平均降雨天数151d计，为214d；停车库地面冲洗水2.0L/m2·次计算，按一周冲洗一次计；汽车冲洗用水定额取轿车50L/辆·次、载重汽车100 L/辆·次，按年洗车50次计。该项目最高日用水量为141.0 m3/d，年用水量为24412.7m3。雨水用水量见表1。
表1 雨水用水量表
序号用水单位用水规模用水定额最高日用水量（m3/d）1绿化用水14751m22.0 L/m229.56195.4道路冲洗31728m22.0 L/m263.513579.6年用水量（m3/h）2 3洗车（轿车）122个50L/辆·次6.1305 4洗车（卡车）327个100 L/辆·次32.71635车库冲洗4600m22.0 L/m29.2478.4合计141.022193.4
2.2 雨水量的确定
常见的雨水收集水量计算方法有日降雨厚度法和年降雨厚度法，日降雨厚度法即按照当地设计24h降雨厚度，去除初期雨水弃流厚度后，与汇水面积、径流系数计算得出相应的雨水收集规模。但是，降雨是一种季节性自然行为，每次降雨量均不同，而各地区年降雨总量却是相对稳定的[2]。本次降雨量计算采用年降雨厚度法计算，并结合实际经验，推算项目需要的汇水面积，核算屋面雨水收集范围。
根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》GB 50400-2006，雨水径流设计总量计算公式[3]为：
W=10ΨhF
式中：W为雨水设计径流总量（m3）；Ψ为雨水径流系数；h为设计降雨厚度（mm）；F为汇水面积（hm2）。
本次设计物流园仓库屋面材料为碎石、卵石混凝土，雨量径流系数为0.9；重庆市年均降雨量为1118.5mm，年均最大月降雨量集中在七月，为178.1mm，年最大24h点雨量均值为100 mm；仓库屋面选用7#仓库，其面积为44794㎡。则7#仓库屋面年雨水径流总量为45091m3。雨水在产生径流的初期，水质较差，计算中取初期弃流系数0.87；另外，雨水受季节分布不均影响，可供收集利用的仅为部分，需乘季节折减系数0.88。即年可收集雨水总量为34521.7m3，大于设计的年用水量，可满足雨水回用水量的要求。
2.3 设计规模及论证
该项目中雨水回用主要用于浇洒和冲洗，物流园内没有可供雨水收集调蓄的水塘、湖库等水体，需新建单独的储蓄设施，根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》(GB 50400-2006)，雨水储蓄设施的有效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流量。据此得出的雨水蓄水池容积为3910m3，以钢筋混凝土水池计算，按照当前的材料、人工单价，建设成本约为350万元，初期投资成本太大，且产生最大降雨量的频率很低，一年仅为一两次，多数时间雨水量达不到蓄水池设计容量，造成闲置。而重庆地区平均降雨间隔为3～5d，若降雨频繁时期，洗车冲洗水量较大，久旱时段，洗车等用水少，主要用于绿化浇洒，根据用水量分析，结合场地受限的因素，选用一周最大用水量作为计算容积较为合理。
2.4 工艺流程设计
城市雨水在降落和屋面径流过程中，受屋面类型、降雨特性和当地大气状况的影响，初期雨水中包含了大量的尘土等杂质，初期污染物浓度较高，水质比较复杂，整个出流过程污染物浓度随降雨历时延长呈前高后低的变化趋，到降雨中后期逐步趋于平稳，采用弃流初期雨水的方式可明显降低收集雨水的污染物含量，因此，为了回收到水质较好的雨水，减少处理成本，采用弃流装置将初期径流雨水弃流，随后雨水再进入储水池，经过滤泵提升进入双层过滤器处理达标后进入清水池，由水泵外输时采用紫外线消毒设备进行消毒，处理达标后用于绿化道路浇洒和地面冲洗[4]。雨水收集后的处理过程，与一般的水处理过程相似，不同的是雨水的水质明显比一般的回用水水质好，主要杂质是初期降雨所带入的收集面污染物或泥沙，工艺流程如下：
屋面雨水→弃流井→雨水储水池→过滤器→清水池→消毒→回用。
选择的工艺流程，可分为雨水收集系统，雨水积蓄系统，雨水处理系统，雨水回用系统，其中雨水收集系统为屋面雨水排水系统，雨水积蓄系统包含雨水弃流装置、收集池和清水池等构筑物，雨水处理系统主要为过滤器反冲洗设备，雨水回用系统包含加压水泵和消毒设施，系统原理图见图2。
图2系统原理图
3.1 弃流井
初期雨水弃流，有利于后期洁净的雨水收集利用，大大降低雨水净水设施造价和运行成本。按照弃流技术原理可分为容积式、半容积式、切换式、流量式或雨量式初期雨水弃流装置和其他型式的弃流装置[5]。设计采用流量式弃流装置，弃流井自带流量计，计算雨水通过的流量，通过设定的流量，降雨初期自动开闭阀门，初期径流通过弃流管排至室外雨水管网，当降雨厚度达到设定初期弃流量时，阀门变成关闭状态，开始收集屋面的优质雨水，进入集水池，当雨量过大或雨水收集管的阀门关闭时，多余的雨水从溢流管排往市政雨水管网。
3.2 雨水收集池
雨水收集池的容积计算是雨水回用设计的一个难点。收集池兼有储存、调蓄和沉淀等多重作用，如果池容太大，建造成本高，体积利用率低，且雨水储存时间过长，水质变差，如果池容太小，储存量小，不仅起不到调蓄作用，而且旱期需长时间补充自来水。根据重庆亚热带湿润气候，温湿多雨、雨量充分的特点，雨水收集池容积按一周设计用水量规模设置，为420m3，取值500m3。
3.3 过滤系统
过滤系统包括原水提升、过滤、反冲洗等设备，根据收集的雨水水质，杂质主要为无机颗粒物，采用砂滤工艺，滤料为石英砂等。雨水用于浇灌、冲洗的时间较为集中，工作时间按4h确定，则设计流量为12.5m3/h，滤罐直径ф1200mm，滤速11.0m3/（m2·h)，反冲洗强度15 L/(s·m2)。
3.4 清水池
由于缺乏产水曲线、供水曲线等数据，清水池设计容积可按雨水回用系统最高日设计用水量的25%～35%计算，重庆气候炎热，取35%计，为49.35m3，取值50m3。当遇上持续高温，久旱无雨时，系统中设计自来水或其他水源进行补充，可以保证整个系统更好地运行。
随着绿色建筑的兴起，越来越多的公司和企业更加注重对节能和环保的投入，不断推动着建筑产业的变革，也得到了政策和经济上的回报。该工程中雨水回用系统，包括各构筑物及配套设备总投资约150万元，年利用雨水22193m3，节约自来水费约7.8万元，扣除维修和运行费用，20年可收回投资，按设计使用年限50年计算，累计可节约200万元。
雨水回用工程建设提高了雨水积存和蓄滞能力，使外排雨水量大大少于地块开发前水量，减少雨水排放给市政管网带来的压力，降低了雨水管道投资；同时减少了大量的市政供水，节约有限的水资源，为解决城市用水紧张、推动水资源可持续发展做出了巨大贡献，取得了显著的经济效益和环境效益。
参考文献：
[1]住房和城乡建设部.GB 50015-2003（2009年版）建筑给水排水设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010.
[2]陈秋萍，戴惠.关于无锡市雨水收集利用系统工程的设计心得[J].给水排水，2015，41（S1）：45-47.
[3]住房和城乡建设部.GB 50400-2006建筑与小区雨水利用工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.
[4]李亮，康威，谭松明，等.我国建筑小区雨水弃流技术与装置发展现状[J].中国给水排水，2016，32(4)：2-5.
[5]钱江锋，赵昕，赵锂，等.中关村国际商城雨水利用工程介绍[J].给水排水，2011，37（4）：70-71.
责任编辑：孙苏，李红
Rainwater Recycling Design for a Logistics Park in Chongqing
Abstract：With the continuous advancement of sponge city construction,Chongqing will become a breathable city.It is the times'call to construct sponge architecture and residences.This paper takes a logistics park of Chongqing as an example to analyze from water volume calculation,technical principles and architectural elements,and the water on roof surface is collected and purified to water roads and greening,and flush garage surface and cars.It can offer some references for similar designs.
Keywords：sponge city;green buildings;rainwater recycling;engineering design
中图分类号：TU992
文献标识码：：A
文章编号：：1671-9107（2016）11-0015-03
doi：10.3969／j.issn.1671-9107.2016.11.015
收稿日期：2016-09-06
作者简介：张锦兵（1982-），男，重庆人，研究生，注册公用设备（给水排水）工程师，主要从事给排水设计与研究工作。
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