倪睿周利华叶耀邦-郎溪城区“雨水集水-冲厕”系统可行性分析报告.doc

郎溪城区“雨水集水-冲厕”系统可行性分析报告作者：安徽省郎溪中学高二理（2）班 倪睿 周利华 叶耀邦指导老师：安徽省郎溪中学 胡燕平摘要：郎溪县地处皖东南，其城区 含经济开发区在内的县城区域。综合生活用水 指的是居民日常生活用水以及公共建筑和设施用水的总称。（以下简称“生活用水”）来自距城关东北5KM处的龙须湖水库。2011年，龙须湖水库向城区提供约500万方生活用水，基本满足城区生活用水需求。然而，随着经济社会的发展，城区规模的扩大，郎溪城区生活用水的缺口势必增大，在一定程度上将影响郎溪城区经济社会的可持续发展。笔者在结合郎溪县地理实际的基础上，提出在郎溪城区商住楼顶建造“雨水集水-冲厕”系统，并对该系统在郎溪城区建造的必要性和可行性进行分析；同时，就存在的问题进行说明，对该系统使用的前景进行展望。通过分析，本报告试图为郎溪城区生活用水提供一条有益的、必要的水源补充途径。关键词：郎溪县 城区 生活用水 “雨水集水-冲厕”系统 必要性 可行性正文：“雨水集水-冲厕”系统是在居民楼顶建造人工装置收集天然降水，并通过管道将收集的雨水输送到各楼层，实现冲厕的系统。笔者在走访郎溪县自来水厂、气象局等部门，并查阅相关资料的基础上，分析得出郎溪城区生活用水将面临严重缺口，在单纯依赖现有城区水源水库供水的前提下，缺口将进一步快速增大。为此，本报告提出在城区建设“雨水集水-冲厕”系统的设想，试图为郎溪城区生活用水提供一条有益的、必要的水源补充途径。1.必要性分析郎溪县地处皖东南， 2011年城区实际居住人口11.7万人，按城区人均生活用水130L/d计算，2011年城区生活用水总量应为555.2万方，而2011年龙须湖水库所能提供城区的生活用水总量仅约500万方，缺口达50余万方。城区生活用水停水和水压不足现象时有发生，对居民生活质量提高有一定的影响。随着经济社会的发展，郎溪城区人口将进一步增加，根据综合增长率法、经济相关分析预测法和城镇人口比例法预测，郎溪城区2015和2030年人口分别是20万和28万，届时城区人均生活用水预计分别是140L/d和160L/d， 2015和2030年郎溪城区生活用水总量将分别达到1022万方和1635.2万方。龙须湖水库受流域面积和流域降水量限制，其兴利库容 正常蓄水位至死水位之间的水库容积称为兴利库容，即调节库容。不会有大的变化，因而其对城区生活供水能力也不会有大的变化。假定2015和2030年，龙须湖对城区年生活供水能力仍为500万方，这将意味着2015和2030年龙须湖水库对于城区生活供水分别存在522万方和1135.2万方的缺口。尽管郎溪县县城给水工程专项规划（2013-2030）报批稿中明确提出新建第二水厂和第三水厂的设想，但是建造“雨水集水-冲厕”系统在一定程度上可缓解未来水厂供水和城区生活用水的压力，特别是在降水量少的枯水季节。2.可行性论证郎溪城区“雨水集水-冲厕”系统的可行性，是由城区建筑特点、县域气候条件等所决定。同时，结合项目成本，可以得出该系统在郎溪城区建设是可行的。2.1城区建筑特点2.1.1平均层数据郎溪县人民政府出台的郎溪县旧城区改造规划（2012年版）方案（武汉理工大学设计研究院2012年5月研制），旧城区改造后，未来旧城区的小高层和高层建筑（6层以上建筑）为52栋，占总商住楼栋数的五分之一，与现在新城区小高层建筑占商住楼比重基本相同。假定城区小高层和高层建筑平均楼层为16层，则可以推测整个城区平均商住楼层为8层。2.1.2楼顶特征据郎溪县旧城区改造规划（2012年版）方案，郎溪城区商住楼顶一半左右为平顶设计，与现在新城区这一比例基本相当，这为建造楼顶该系统的集水装置提供了可能。以2030年为例，届时郎溪城区人口达28万人，假定城区以户均人口值为2.9（据全国第六次人口普查资料，我国户均人口数为3.1人），户均面积110平米计算，则2030年郎溪城区居住建筑总面积约为1062.1万平米（S=2800002.9110）。结合平均层数和平顶所占比重，可以得出，2030年，城区可用于建造“雨水集水-冲厕”系统的楼顶总面积为66.4万平米。2.2冲厕需水量当前，家用旧式抽水马桶一般容积为9升，新式马桶许多已经缩减为4.8升，新式马桶由于其诸多优势的存在，将成为未来家庭选择的必然。假定2030年，郎溪城区抽水马桶平均容积为5升，户均1个，结合笔者在自己生活的小区走访的调查结果，户均每日冲厕7次计算，则2030年郎溪城区年均冲厕用水总量为123.3万方（V=2800002.90.0057365）。2.3气候条件郎溪县属亚热带季风气候，多年平均降水量为1143.2mm，降水丰富，且以降雨为主体，降雪等固态形式较少，几乎可以忽略不计。“雨水集水-冲厕”系统的集水装置部分，是安放在楼顶的。考虑集水装置的相对封闭性，雨水进入集水装置后蒸发极少，假定集水效率为95%，结合楼顶特征，可以得出2030年郎溪城区商住楼上的“雨水集水-冲厕”系统年均集水总量为72.1万方，能满足城区冲厕用水总量的一半以上。若2030年郎溪城区人口为28万，假定商住楼全部采取平顶设计，则年均集水总量为144.2万方，而届时年均冲厕用水总量为123.3万方，即城区“雨水集水-冲厕”系统的总集水量能满足未来城区的冲厕用水需求，特别是8层以下的平顶商住楼收集雨水冲厕后还有结余。更高的商住楼在利用该系统同时，需配合传统的自来水进行冲厕；倾斜屋顶的商住楼仍需采用自来水进行冲厕。由此可见：“雨水集水-冲厕”系统，一方面可很好地将屋顶降水拦蓄，变废为宝，在一定程度上解决了冲厕问题；另一方面该系统也起到了“开源”作用，大量节省有限的地表水资源。.2.4成本效益“雨水集水-冲厕”系统使用材料为普通的PVC材料和PPR管材，两类材料均常见且价格低廉，项目成本低。而若以2013年郎溪城区生活用水价格每方5元，城区用水123.3万方的以满足来计算，则年节省居民水费支出616.5万元，另还可以大量节省有限的地表水资源，促进城市经济社会可持续发展。3.方案设计结合上述分析，就郎溪城区而言，理论上，9层平顶商住楼的“雨水集水-冲厕”系统可完全满足冲厕用水需求，18层商住楼该系统正好满足冲厕用水需求的一半。楼层越高，该系统冲厕满足程度越低，且系统建造成本也将越高，故此更高楼层笔者不鼓励使用该系统。当然，在郎溪城区18层以上商住楼极少。“雨水集水-冲厕”系统，主要由楼顶蓄水池、供水管、入户水管、冲厕水箱四个部分组成，其中蓄水池还需留有溢水出口。下面以需要结合自来水冲厕的10层平顶商住楼为例，说明该系统的设计方案。3.1楼顶蓄水池楼顶蓄水池主要用于收集大气降水，其容积（v）受楼顶面积和气候条件影响，楼顶面积决定蓄水池底面积（s），气候条件关系到蓄水池内高（h）的设计。h过大，浪费材料，增加成本；h过小，可能导致漫溢，造成雨水外泄，集水效率低。这里气候条件主要考虑最大年降水量，郎溪有降水记录以来，最大年降水量(1977年测)为1499.6mm。因集蓄的雨水不断被使用，故蓄水池内高设计为1.5m即可。考虑项目的完整性，在蓄水池1.4m高处，留两个外径为75mm的溢水出口，接上溢水管，并连外墙雨水管。蓄水池采用PVC材质（胶粘连接），其顶盖（如图1）采取若干个漏斗型装置组成，每四个漏斗装置为一组，通过拼接，覆盖在蓄水池上方。每个漏斗内部放置一个直径为30cm的泡沫塑料球，可在无降水时堵住顶盖下方的进水口。顶盖的这种设计主要目的是利于雨水汇聚入池，同时尽可能减少池中水分的蒸发。蓄水池顶盖下方进水口尺寸为20cm20cm，其他尺寸如图1所示。3.2供水管供水管是将蓄水池的雨水输送到住户冲厕水箱的管道，采用PPR材质（热熔连接），外挂在墙体外侧。因为10层住户并非同时使用该管供水，故此供水管采取外径40mm、壁厚2.4mm的规格即可。事先在蓄水池底部侧面、对应住户卫生间的位置开一个直径为40mm的放水口。供水管与蓄水池底部侧面的放水口之间，通过规格为外径40mm、壁厚2.4mm的等径弯头实现连接，实现蓄水池向供水管供水；供水管与每户的入户水管之间采用“三通”实现连接。供水管水路如图2所示。3.3入户水管入户水管是将供水管的雨水送入冲厕水箱的管道，采用外径20mm、壁厚2.0mm规格的PPR管材，通过“三通”外连雨水供水管，内接冲厕水箱进水管，如图3所示。若楼层在8层及其以下的商住楼，冲厕水箱的进水管只需要接入雨水入户管道即可。3.4使用说明一般情况下，龙头1处于开通状态，以利于雨水进入冲厕水箱，而龙头2关闭，阻止自来水进入冲厕水箱。但是通过前述分析，对于10层的商住楼，雨水不能完全满足冲厕需求，故此部分时段需要通过自来水配合使用，即开启龙头2。具体方法是：地表水资源丰富的月份，即自来水供应充足的时段，关闭龙头1，将雨水集蓄后，留待其他月份使用，采用自来水冲厕。郎溪属亚热带季风气候，降水季节分配极不均匀，从而导致地表水资源量季节变化明显，如6、7月份地表水资源十分丰富。4.问题及展望“雨水集水-冲厕”系统推广面临主要问题就是观念问题：一方面，房产开发商和大部分老百姓还缺乏开源节流意识，还不能很好地理解使用该系统的意义和作用；另一方面，政府的城市规划和建设，更多考虑的还是短期的经济行为，缺乏长远的、从资源、环境和生态方面考量的意识。因而，推行还存在一定的困难。笔者认为，这需要政府转变城市规划和建设的思路，更新观念，将该系统作为新规划建筑的必备指标。加大宣传力度，让开发商和老百姓理解推广该系统的意义和作用。相信，在