（环境工程专业论文）住宅小区雨水资源化系统的研究.pdf

北京建筑r 1 晕学院硕十学位论文摘要 摘要 住宅小区雨水资源化技术呈现多样性的发展趋势，如何实现雨水资源化的科 学决策是一个系统性课题。基于雨水资源化实际应用中存在的问题，提出住宅小 区雨水资源化系统设计的决策程序并阐述决策程序的实现过程，为雨水资源化的 规划设计及在我国住宅小区中的推广应用提供较系统的理论参考。 本文还对决策程序中的核心环节展开研究。从降雨统计资料的分析入手，总 结出我国不同地区的降雨特点，并讨论了其在系统决策中的应用。结合国家及地 方的相关规定、住宅小区总体规划、降雨特点等项目相关基础条件的影响，对决 策程序中雨水资源化途径、分布形式进行选择；通过分析比较不同理论计算方法 及不同途径雨水资源化的特点，提出了不同途径雨水资源化系统规模的设计流程； 在住宅小区径流水质情况及变化规律的基础上，提出一系列行之有效的径流污染 控制措施组合方案。最后以一个住宅小区雨水资源化项目的案例分析介绍该决策 程序的实际应用。 【关键词】：雨水资源化；决策程序；住宅小区；案例分析 北京建筑i ：科学院硕十学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n t a lt r e n do fr e s i d e n t i a ir a i n w a t e ru t i l i z a t i o n t c c h n i q u e sw a s m u l t i f o r mi n c r e a s i n g l y t om a k ead e c i s i o ns c i e n t i f i c a l l yf o rr a i n w a t e ru t i l i z a t i o nw a sa s y s t e m a t i c a lq u e s t i o nf o rd i s c u s s i o n a c c o r d i n gt ot h ea c t u a lp r o b l e m so fr a i n w a t e r u t i l i z a t i o n ，t h ed e c i s i o n - m a l 【i n gp r o g r a mo fr e s i d e n t i a lr a i n w a t e ru t i l i z a t i o ns y s t e m d e s i g nw a sp u tf o r w a r d ，w h i c hw a su s e df o rt h ed e s i g na n da p p l i c a t i o no fr a i n w a t e r u t i l i z a t i o ni nc h i n e s er e s i d e n t i a lq u a r t e r t h es t u d yw a sa l s oc o n c e n t r a t e do nt h ek e ye l e m e n to fd e c i s i o n m a k i n gp r o g r a m 1 h m f a l lc h a r a c t e ri nd i f f e r e n td i s t r i c t sw a so b t a i n e db yt h ea n a l y s i so ft h er a i n f a l ld a t u m a n dt h ea p p l i c a t i o nw a sd i s c u s s e di n d e c i s i o n - m a k i n gp r o g r a m a c c o r d i n gt ot h e r e s i d e n t i a lb a s a lc o n d i t i o nr e l a t i v e l y , i n c l u d i n gt h en a t i o n a lo rl o c a lg u i d ea n dr u l e ，t h e r e s i d e n t i a lp r o g r a m m i n g , t h er a i n f a l lc h a r a c t e r , e t c ，t h ea p p r o a c ha n dt h ed i s t r i b u t i n g f o r mo fr a i n w a t e ru t i l i z a t i o nw e r ec h o s e n a n a l y s e da n dc o m p a r e dt h ec h a r a c t e ro f d i f f e r e n tc o m p u t a t i o n a lm e t h o da n dd i f f e r e r tr u i n w a t c ru t i l i z a t i o na p p r o a c h ，t h ed e s i g n f l o wo ft h es y s t e ms i z ew a sp u tf o r w a r d b a s e do nt h er e s i d e n t i a lw a t e rq u a l i t yo fr u n o f f a n dt h er u l eo fq u a l i t yc h a n g i n g as e r i e so fc o m b i n e dp r o j e c to fr u n o f f p u i l a t i o nc o n t r o l e f f e c t i v i t i l yw e r ee n u m e r a t e d ，w h i c hw e r ea p p l i e di np r o p e rc o n d i t i o n s t h ep r a c t i c a l a p p l i c a t i o no fd e c i s i o n m a k i n gp r o g r a mw a si n t r o d u c e db ya c a s es t u d y k e yw o r d s ：r a i n w a t e ru t i l i z a t i o n ；d e c i s i o n - m a k i n g ；r e s i d e n t i a lq u a r t e r ；c a s es t u d y 2 北京建筑工程学院 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：；彩痨 日期：弘1 年j 月岁日 北京建筑i ：程学院硕十学侍论文1 绪论 1 绪论 1 1 课题研究背景及意义 随着社会的进步及人民生活水平的提高，可持续发展理念同益得到人们的共 识，成为人类进行社会生产活动、建设及生活的战略目标。住宅小区是人们起居 生活最主要的场所，可持续发展住宅区也随之在国内提出并迅速发展起来，相继 出现“生态住宅”、“绿色住宅”、“健康住宅”等概念，成为住宅产业追求的目标。 这些住宅的共同内涵都是旨在保持住宅小区生态系统的平衡状态和营造人与自然 和谐的居住环境，创造一个能够保持和改善人类赖以健康生存和持续发展的社会 空间1 1 1 。水环境规划是生态住宅六个评估内容之一【2 l ，水环境在生态住宅中占有重 要地位。然而，水环境的构建是住区内的耗水大项，在我国水资源日益短缺的今 天，将大量宝贵的自来水资源用于维持小区水环境是不合理的，这样既增加小区 物业管理的日常运行开支，又浪费资源，不符合可持续发展的理念。 近年来，国内外广泛开展了诸如雨水与再生水回收利用技术的研究与实际应 用。雨水作为天然水源，具有可无偿使用、污染程度轻等特点，雨水利用受到越 来越多业内人士的关注。现代意义上的雨水利用不仅涉及到水资源的保护与利用， 还与捧水系统等基础设施建设、生态环境规划、建筑与景观设计等有着密切的关 系，随之出现了雨水的收集利用和渗透利用、雨水的调蓄排放和洪涝控制、雨水 的污染控制和净化处理等技术领域【3 1 。但目前国内的大多数研究只集中在其中某个 或某些技术领域，住宅小区内的雨水利用也仅局限于政府行为的示范工程和极少 数房地产开发商的尝试性应用。这主要是由于硪水利用产业化尚未形成，雨水利 用项目初期投入大，而且产生的效益中还有一部分是隐性的问接效益( 环境效益、 社会效益) ，对于大都注重经济效益的开发商来随，投资回报率( 直接效益，项目投 资) 不高，因此不愿涉足这一领域，从而导致雨水利用技术在住宅小区中的推广 成效不大。 本文针对住宅小区的特点，通过探讨雨水利用技术之间的关系，对住宅区雨 水利用的科学化、系统化进行研究，从理论上为雨水利用的规范化、标准化提供 参考，增大住宅小区雨水利用的投资回报率，提高开发商对雨水利用的兴趣。从 市场经济规律的角度讲，一旦需求增加，雨水利用产业化进程也随之加快，产业 北京建筑一：程学院硕十学位论文1 绪论 化的形成又会降低雨水利用项目的成本，吸引更多的开发商主动采用雨水利用技 术，形成市场供求的良性循环，使住宅小区雨水利用事业蓬勃发展。 1 2 国内外研究及应用现状 1 2 1 国外的研究与应用 国际雨水利用大会为世界范围内致力于雨水利用技术研究与应用的人们提供 了一个交流的平台，极大促进了世界雨水利用事业的发展。迄今为止，国际雨水 剩用大会已举办十二届，我国的北京也曾于1 9 9 5 年承办第七届会议，在我国台湾 举行的第五届国际雨水利用会议上还正式成立了国际雨水利用协会( i r c s 卜 i n t e r n a t i o n a lr a i n w a t e rc a t c h m e n ts y s t e m a s s o c i a t i o n ) 。目前该协会有8 个地区负责 人和4 1 个国家代表，并对每一个有兴趣致力于雨水利用技术研究与应用的国家和 地区开放1 3 j 。 在许多发达国家已有多年的雨水利用相关技术的研究及其在住宅小区中应用 的经验，有些已实现了雨水利用的标准化和产业化。 德国是世界上雨水利用技术最发达的国家之一。该国于1 9 8 9 年出台的雨水利 用设施标准( d i n l 9 8 9 ) 中就制定了关于住宅雨水利用设施的设计、施工和运行管 理，过滤，调蓄，控制与监测四个方面的标准。又经过十几年的发展与完善，至 本世纪初相继形成了第二代、第三代雨水利用技术及新的相关标准，德国雨水利 用技术已进入标准化、产业化阶段，并逐步向集成化、综合化方向发展。其中， 第三代雨水利用技术的主要特征之一是设备的集成化，从屋面雨水的收集、截污、 调蓄、过滤、渗透、提升、回用到控制都有一系列定型产品和组装式成套设备1 射。 德国的雨水利用主要用于冲洗厕所和浇洒庭院。从屋面、周围街道、停车场和通 道收集的雨水通过独立的雨水管道进入地下贮水池，经简单的处理后，达到杂用 水水质标准，用于庭院浇洒和住宅内冲厕1 5 1 。生态小区雨水利用系统是上世纪9 0 年代开始在德国兴起的一种雨水综合利用技术，该技术利用生态学、工程学、经 济学原理、通过合理设计，依赖水生植物系统以及土壤的自然净化作用，将雨水 利用与景观设计相结合，从而实现环境、经济、社会效益的和谐统_ _ 1 6 1 。为推动雨 水利用的发展，德国政府规定：新建居住区之前均要设计雨水利用项目，若无雨 水利用措施，政府将征收雨水排水设施费和雨洪排放费。 2 北京建筑犟学院硕十学位论文1 绪论 日本国土交通省( 原建设省) 早在1 9 8 0 年就丌始推行雨水贮存渗透计划，并 于1 9 8 8 年经国土交通省批准成立了雨水贮存渗透技术协会，该协会在雨水利用方 面做了大量的研究和技术推广工作，卓有成效，总结出一系列技术资料，也开发 了许多专用产品，雨水利用工程也逐步实现规范化和标准化。由于国土资源的稀 缺和多发性水灾等自然因素的影响，在日本大力提倡雨水的多功能调蓄。从上世 纪7 0 年代的开始进行相关研究和示范性的应用至9 0 年代广泛的推广应用，3 0 年 间在多方面收效显著。住宅小区的多功能调蓄是利用小区中的休闲广场、湿地、 草坪、水景观、停车场等公共设施作为暴雨时的临时调蓄空间，减少小区内水涝， 收集的雨水在暴雨过后排放或利用i 刀。 丹麦国土面积4 3 0 0 0 k i n 2 ，年均降雨量从西南部的9 0 0 1 1 1 1 1 1 到东部的5 0 0 r a m 不 等，9 8 以上的城市供水是地下水，一些地区的含水层已经被过度开采。为此在丹 麦开始寻求可代替水源，以减少地下水的消耗。在城市主要是收集屋面雨水，经 雨水收集管底部的预过滤设备处理后储存于雨水贮水池中。然后用浮筒式过滤器 过滤净化，用于冲厕、洗衣等用水。丹麦在屋面的年雨水收集量达到2 2 9 0 万m 3 ， 相当于目前饮用水生产总量的2 4 ，从住宅区屋面的雨水收集量为6 4 5 万m 3 ，占 雨水收集总量的2 8 2 i s l 。 美国已有至少十五个州制订了雨水利用规范，其中德克萨斯州从上世纪9 0 年 代就开始极力推广私人住宅的雨水直接收集利用，发展到现在成效显著。随着相 关研究的深入及大量实际应用经验的积累，该州的雨水收集利用规范也在不断的 充实、完善i 1 1 。与此同时，一些地区还开展与住宅小区内的人工水体相结合的雨 水利用。在控制径流污染的前提下，将雨水直接汇入人工水体内，既满足了水体 的补水，又增加了水体循环，有利于水体水质保障【嘲。 在印度、以色列、非洲、泰国、英国、新西兰等许多国家和地区也广泛开展 不同规模、不同方式的雨水利用技术的研究，并修建了数以千万计的雨水收集利 用系统。 1 2 。2 国内的研究与应用 现代意义上的雨水利用在我国起步较晚，但在政府部门的推动及相关科研院 所的努力下我国雨水利用事业取得了长足的进步。 国家部委出台了一系列扶植雨水利用事业发展的相关规范与标准。2 0 0 1 年4 3 北京建筑i ：程学院硕十学位论文1 绪论 月1 日我国水利部发布了雨水集蓄利用工程技术规范( s l 2 6 7 2 0 0 1 ) 。虽然该 规范主要针对广大农村地区的雨水利用，但也可见国家对雨水利用的重视i “。建设 部于2 0 0 1 年发布中国生态住宅技术评估手册。作为中国绿色生态住宅的航标 灯，该手册三年三次升级f ”i ，不断进行补充和完善，但各版本中均有雨水收集利 用方面的内容。于2 0 0 6 年6 月1 日实施的绿色建筑评价标准( g b t 5 0 3 7 8 2 0 0 6 ) 中对雨水收集和渗透利用提出了进一步的量化指标。建设部将于2 0 0 7 年4 月1 日 颁布对住宅小区雨水利用更具指导意义的建筑与小区雨水利用工程技术规范， 该规范的总则中规定“各类建筑物和小区的总体规划设计应包括雨水利用的内 容”，其中还对雨水的收集、渗透、储存回用、蓄存排放、水质处理、施工安装、 工程验收、运行维护等雨水利用单元提出了较详细的专业技术要求。 各地方也结合当地实际情况制定地方性的政策与法规。以北京为例，2 0 0 0 年 1 2 月1 日的北京市政府6 6 号令中明确要求在市区内开展雨水利用工程。2 0 0 3 年3 月北京市规划委员会和东稠局( 现水务局) 联合发布经北京市政府同意的“关于 加强建设工程用地内雨水资源利用的暂行规定”，明确规定：“凡在本市行政区域 内的新建、改建、扩建工程均应进行雨水利用工程设计和建设。建设工程的附 属设施应与雨水利用工程相结合。景观水池应设计为雨水调蓄设施，草坪绿地应 设计建设为雨水滞留设施”。北京市于2 0 0 5 年5 月1 日正式实施的北京市节约 用水办法中规定，住宅小区、单位内部的景观环境用水应当使用雨水或再生水， 不得使用自来水，违者将以最高3 万元的罚款。正在草拟的北京市2 0 1 0 年雨水利 用规划中住宅小区的雨水利用也是很重要的组成部分。 经过多年的研究和在政府部门的大力支持下，我国雨水利用成为一个十分热 门的课题。北京、天津、上海、大连、武汉、成都、深圳、西安等许多城市相继 开展研究或应用。北京建筑工程学院先后与北京市科学技术委员会和北京节约用 水管理中心联合开展雨水径流污染控制与雨水利用的研究，从雨水水质、雨水收 集利用方案及与中水系统的关系、雨水的渗透方案及渗透装置、雨水的污染控制 及净化措施、雨水利用与小区生态环境等诸多方面进行系统性研究，取 导了一系 列研究成果1 3 l ，并建成一批雨水利用示范工程。2 0 0 0 年1 月至2 0 0 3 年1 2 月，北 京市科学技术委员会资助北京市水利科学研究所开展雨洪控制与利用技术的研究 与应用。 4 北京建筑1 ：程学院硕十学位论文1 绪论 在雨水资源化的具体技术领域的研究中，邓风等l 悼1 5 对南京市某住宅小区的 雨水回用方案技术经济分析后得出各种方案均优于雨水直接排放；付国岩1 1 6 l 、牛 文全1 1 7 1 等应用水量平衡法设计雨水集蓄设施容积，在不考虑月份内降雨不均匀性 的情况下，该方法可以满足不同降水频率条件下的用水需求；李俊奇等f 捧1 9 l 建立 各雨水利用构筑物工程费用模型，通过对单个构筑物进行费用模拟，对不同的组 合方案进行以费用为导向的设计优化，不仅可以测算出小区进行雨水利用的最佳 规模，还能以此作为评价雨水利用工程的重要方法；叶水根1 2 0 i 、任树梅1 2 1 l 等采用 初损后损法计算下凹式绿地的规模，分析下凹式绿地增加雨水渗蓄效果，提出下 凹式绿地规模合理时，能够蓄渗设计暴雨重现期下的降雨，绿地的短时蓄水不影 响绿地植物的生长；车武【捌、陈娟【2 3 l 、吕伟娅i 列等则结合住宅小区中景观水体的 雨水利用实际项目介绍了各自的设计理念。 2 0 0 6 年8 月1 7 日，在北京召开的第五届中国国际住宅产业博览会上专门组织 了住宅小区雨水收集与利用研讨会，这不仅预示着在我国房地产开发领域将大力 推广雨水利用及其产业化进程，还体现了对相关技术革新和应用经验交流的重视。 “十一五”国家科技支撑计划重点项目中，“雨洪资源利用技术研究及应用” 项目专门用来研究雨水利用，主要包括洪水资源利用的理论和技术基础研究、城 市雨水资源利用模式研究与示范、地下储水空间雨洪资源利用模式研究与示范等 子课题，预计国拨经费概算为2 0 0 0 万元；“北京奥运场馆水环境综合研究”、“城 市生态规划与生态建设关键技术综合研究与示范”、“城市综合节水技术开发与示 范”等项目中也包含雨水利用方面的课题。由此可见，雨水利用已在国家层面上 引起更多的重视，并进入一个新的阶段。 我国在住宅小区雨水资源化方面所取得的成果是有目共睹的，但同肘还应意 识到与国际领先水平的差距，国内目前仍处于起步阶段，雨水利用的标准化、产 业化的实现，需要在系统性，深度和广度的研究及更广泛的应用上付出更多的努 力。 5 北京建筑：程学院硕士学位论文1 绪论 1 3 住宅小区雨水资源化系统概述 本文是对住宅小区雨水资源化的系统性问题的研究，在展开研究之前首先对 该系统进行简单概述，介绍住宅小区雨水资源化系统的基本概念及其分类。 1 3 1 住宅小区雨水资源化系统基本概念 1 3 1 1 定义 住宅小区雨水资源化是根据小区内的自然条件及其周边环境，利用小区现有 或已规划设施，并系统规划设计其它相关工程措施，将天然降雨阻滞拦蓄，使雨 水径流成为可供住宅小区综合利用水资源的过程，获得较高的经济、环境、社会 效益。住宅小区雨水资源化系统在此定义为雨水资源化过程中雨水的收集、渗透、 调蓄、处理、利用等各技术环节的总称。 1 3 1 2 基本原则 建立住宅小区雨水资源化系统的基本原则：在综合评价住宅小区可利用雨水 资源总量的基础上，兼顾技术上的可行性，尽可能多地获得经济、环境、社会等 综合效益的前提下，从系统观点出发，整体调配雨水资源，因地制宜地采取有效 措施实施雨水利用和径流污染控制，减小住宅小区的防洪排涝压力，减轻住宅小 区雨水径流污染，合理利用宝贵的陌水资源，改善住宅小区的生态环境。 1 3 1 3 意义 1 、住宅小区内雨水的开发利用是开源节流，缓解目前城市水资源紧缺局面的 有效途径之一； 2 、住宅小区雨水资源就地利用，可以控制雨水径流污染，消减洪峰流量，减 少小区内涝，减轻小区外市政排水管网的排水压力和污染负荷； 3 、雨水通过自然及人工设旌渗透回灌地下，恢复因人为增加硬化地面而阻碍 的自然水循环，补给涵养地下水资源，在一定程度上缓解区域地面沉降问题； 4 、利用各种人工或自然水体、池塘、湿地、低洼地对雨水径流实施调蓄、净 化和利用，可以有效改善小区水环境和生态环境，提高小区整体品质。 5 、雨水利用还能通过节水产生可观的经济效益。雨水渗透利用一般不会带来 直接的经济效益，但从提高小区防洪排涝标准、结合景观绿化改善小区生态环境 以及用尽可能经济的方法来满足政府部门对开发项目雨水利用与排放的硬性规定 或要求等角度分析，雨水间接利用同样会产生很好的经济效益。 6 北京建筑i 1 犟学院硕十学位论文 1 绪论 1 3 2 住宅小区雨水资源化系统分类 雨水资源化包含的内容非常广泛，依据各住宅小区不同的实际情况所采用的 雨水资源化系统也有所区别。住宅小区雨水资源化系统可按雨水利用途径、系统 的分布形式进行分类。 1 3 2 1 按雨水利用途径分类 按照雨水利用途径不同，住宅小区雨水资源化系统可大致分为直接利用、间 接利用和综合利用等几类，雨水利用技术措施也有多种选择，如图1 1 。 田匝匦圆 图1 1 按雨水利用途径分类示意图 雨水直接利用是指将各汇水面上的径流雨水收集、调蓄后经过适当处理进行 利用，即狭义的雨水利用，一般技术流程如图1 2 所示。收集处理后的雨水可用于 绿化、喷洒道路、冲厕、洗车等，根据雨水的用途对水质的不同要求，选择相应 的处理技术。 圈 圆恒囹恒习圃一圃 t 初期雨水弃流溢流 图1 2 雨水直接利用系统的一般技术流程 雨水间接利用是应用自然或人工渗透设施将雨水回灌地下，主要技术措施包 括下凹式绿地、透水路面、渗透管( 渠) 、渗透井等，如图1 3 、1 4 。 7 北京建筑。l 。程学院硕十学位论文1 绪论 图1 3 透水路面 图1 4 渗透管( 渠) 雨水综合利用是通过综合性的技术措施实现雨水资源的多种功能和目标，可 能涉及雨水的收集利用、渗透、排洪减涝、小区水环境、屋顶绿化等多种方案的 组合，技术措施主要包括利用雨水资源作为景观水体的补充水源、营造雨水花园 等，如图1 5 1 7 。 8 北京建筑辛学院硕十学位论文 1 绪论 图1 5 水景观 图1 6 屋顶绿化 图1 7 雨水花园 9 北京建筑t 程学院硕十学位论文 1 绪论 1 3 2 2 按系统的分布形式分类 按照系统的分布形式分类，住宅小区雨水资源化系统可分为集中式和分散式 两种。 集中式南水资源化是指建筑群或小区范围内的径流雨水集中利用：分散式雨 水资源化是指建筑群内包含多个独立的设施进行雨水利用，若小区规模较大，由 多个建筑群组成，每个建筑群分别进行雨水利用，可视为分散式。对于一个规模 比较小的雨水利用系统亦可看作是分散式。需要指出的是，不同途径的雨水资源 化均包括集中式和分散式两种形式，所以两种分类方法是相互联系、相互交错的。 综上所述，雨水资源化并不仅仅局限于雨水的直接利用，还包括上述其它多 方面的利用途径，而且从系统的分布形式上还有集中式和分散式之分，这些加在 一起构成了广义的雨水资源化。 本文重点研究在我国住宅小区中经济、适用、高效率的雨水资源化技术措施 北京建筑i ：程学院硕十学位论文2 研究内容的提山 2 研究内容的提出 我国在住宅小区雨水资源化个别领域的研究及应用已经取得了大量有价值的 成果，但在住宅小区雨水资源化系统性的研究上仍存在一些亟待解决的问题。本 章将总结国内住宅小区雨水资源化的主要问题，并提出本文的主要研究内容。 2 1 住宅小区雨水资源化存在的问题 根据国内外相关方向的研究及应用现状，国内现存的问题主要包括以下几方 面。 2 1 1 雨水资源化途径及分布形式的选择 广义的雨水资源化是多元化的，按雨水利用途径分类，包括直接利用、间接 利用和综合利用；按系统的分布形式分类，包括集中式和分散式。如何从众多选 项中合理选择适合某一具体项目的雨水资源化途径及分布形式，这是雨水资源化 系统方案设计首先需要解决的问题。 2 1 2 雨水资源化系统规模的合理确定 降雨的随机性和不均匀性无疑增加了雨水资源化的难度。系统规模越大，雨 水利用量也就越大，但投资也相应增大。投资和效益是房地产开发商最为关心的 问题之一，也是决定雨水资源化是否具有可持续性的关键，因此应综合分析各种 因素合理确定雨水资源化系统的规模。如果系统中几种雨水资源化途径并存，还 应考虑雨水资源化各途径之问的雨水量分配关系，合理调配有限的雨水资源。 2 1 3 雨水径流污染控制 雨水径流污染控制是雨水资源化的重要前提，为保证用水的安全性，在资源 化之前或过程中需要一系列污染控制措施使雨水达到用水水质标准，否则会产生 水污染或环境污染的后果。如何在具体项目中组合一套合理的雨水径流污染控制 技术方案也是建立住宅小区雨水资源化系统的必须解决的问题。 如何将上述问题融合在一个有机的系统中进行分析，有针对性地解决实际问 题，为住宅小区雨水资源化提供科学的理论和技术指导是本论文的核心问题。 1 1 北京建筑_ 1 ：稃学院硕十学位论文2 研究内容的提出 2 2 本课题研究内容 基于上述问题，本课题主要的研究内容包括： 1 、提出住宅小区雨水资源化系统的决策程序并阐述决策程序的实现过程。 2 、雨水资源化系统相关问题的研究： ( 1 ) 从我国各地区的降雨资料统计分析入手，分析各地区降雨特点及其对雨 水资源化系统规划设计的影响： ( 2 ) 根据住宅小区的不同自然条件，讨论雨水资源化途径及分布形式的选择： ( 3 ) 提出不同途径雨水资源化系统规模的确定方法及设计流程； ( 4 ) 测定分析住宅小区径流污染现状，提出行之有效的住宅小区雨水径流污 染控制措施及其选择方法。 3 、通过实际案例说明该决策程序的实际应用，为雨水资源化的规划设计及在 我国住宅小区中的推广应用提供较系统的理论和实用技术参考。 北京建筑i 程学院硕十学位论文3 住宅小区雨水资源化系统决策 3 住宅小区雨水资源化系统决策 3 1 住宅小区雨水资源化系统设计决策程序 广义的雨水资源化大大增加了雨水利用的选择余地，但也为最终系统设计方 案的确定制造了难度。如何根据住宅小区的实际条件，对雨水资源化的途径、分 布形式、规模、污染控制等一系列问题进行科学决策，提出合理的系统设计方案， 成为住宅小区雨水资源化系统设计成功与否的先决条件。 由于不同地区的降雨特点及各住宅小区的实际条件不同，需考虑的因素也不 尽相同，所以决策时应深入现场，根据项目的具体特点，总体规划，建筑物、道 路、景观等的设计和要求，综合分析各种条件及影响因素，合理设计住宅小区雨 水资源化系统。图3 1 是住宅小区雨水资源化系统设计的一般决策程序。 北京建筑i ：程学院硕十学位论文3 住宅小区雨水资源化系统决策 图3 1 住宅小区雨水资源化系统设计决策程序 3 2 系统设计决策程序的实现 3 2 1 住宅小区雨水项目确定 住宅小区雨水项目的确定是系统设计决策程序应用的前提条件。根据住宅小 区雨水资源化系统的定义，绝大多数的住宅小区均可根据自身实际条件有选择性 地开展广义的雨水资源化，应用的途径及分布形式多种多样，规模也没有统一的 标准，可视具体条件灵活掌握。因此，只要住宅小区的房地产开发商或物业管理 公司有意愿或按相关规定需要在小区中开展雨水资源化，项目即可确定。 1 4 北京建筑f ：程学院硕十学位论文 3 住宅小区雨水资源化系统决策 3 2 2 项目相关基础资料的搜集与分析 每一个住宅小区的实际条件各不相同，如果一味按照固定的模式开展雨水资 源化显然不合理。因此，项目确定后住宅小区雨水资源化面临的首要问题就是系 统设计决策的问题。决策前应搜集项目的相关基础资料，作为住宅小区雨水资源 化系统设计的决策依据。 项目的相关基础资料主要包括：国家及地方相关规定、设计标准，项目现状 或规划，水文气象资料、水文地质与工程地质资料等方面，具体内容见表3 1 。 表3 1 项目相关基础资料汇总 资料分类具体内容 用水方面的限制 国家及地方相关规定、设计标准雨水利刚途径的要求 住宅小区的防洪设计标准等 住宅小区用地规划 建筑物、道路、绿地、水面等的平面和高程布置 项目现状或规划小区的开发计划 项 住宅小区及其周边环境 目 物业管理水平等 当地年均降雨量、蒸发量及多年月平均降雨量和 相 蒸发繁 关 水文气象资料 不同重现期或保证率的最大次、最大日降雨量 基历年暴雨髓资料集当地暴雨强度公式等 础 地f 水位，高程，地f 水坡降、流速、流向 资 水文地质与：i ：程地质资料 十壤的渗透系数、颗粒组成、孔隙率，含水率及 其承载力等 料 汇水区域径流污染状况 当地水价、电价、药剂费 当地川水定额( 主要指杂瑚用水定额) 其它资料当地有关河湖、地f 水等的管理法规 当地水资源与水环境状况 当地建设赞圳定额 当地经济状况等 项目相关基础资料的搜集与分析是住宅小区雨水资源化系统设计的基础，只 有充分了解住宅小区的基本状况，才能对雨水资源化系统设计作出合理的决策。 3 2 3 雨水资源化途径、分布形式的选择及系统规模的确定 住宅小区雨水资源化途径、分布形式的选择及系统规模的确定是系统设计决 策程序的核心内容。首先应通过项目的相关基础资料分析，并结合各种雨水资源 化途径及分布形式的特点，合理选择最适合该项目的雨水资源化途径及分椎形式。 北京建筑l ：科学院硕十学位论文3 住宅小区雨水资源化系统决策 系统规模设计须兼顾相关规范标准、小区的防洪排涝能力、系统内的水量平衡、 系统的投资效益分析等因素，通过理论方法计算得出合理的系统规模设计( 参见 第5 、6 章论述) 。然后对计算结果进行校核，当系统规模不满足相关规范标准或 小区防洪排涝要求时，对于该汇水面剩余雨水或其它汇水面仍按照决策程序进行 决策，得出南水资源化组合方案。 其中，若采取多途径或分布形式的雨水资源化系统，应合理分配雨水资源量。 而住宅小区占地面积一旦确定，可收集的雨水资源量也就随之确定，且单位汇水 面积的雨水资源量是不变的，因此雨水资源量的总体分配也可看作是汇水面积的 分配，必要时可适当调整小区的总体规划。住宅小区汇水面积的分配大致分以下 两种情况： a 、如果小区内有直接利用、间接利用等多途径的雨水资源化系统，在划分小 区汇水面积时，应首先在水量平衡分析和合理规模条件下满足直接利用等所需的 汇水面积，剩余汇水面积或多余雨水采用阿接利用。 b 、当小区内同时存在雨水直接利用和能够利用水体调蓄的水景观雨水综合利 用时，则以水景观雨水综合利用为主划分汇水面积。 3 2 4 径流污染控制方案的确定 径流污染控制是雨水资源化系统的辅助设旅，但却至关重要。严格意义上讲， 雨水资源化是指将经过各种径流污染控制措施达到某种用水水质要求后的径流雨 水进行资源化。一旦污染控制不力，可能带来严重的负面影响。所以，应结合住 宅小区的具体条件、径流污染状况、雨水资源化的途径及分布形式等确定合理的 径流污染控制方案( 详见第7 章) 。 综合3 2 3 和3 2 4 的决策结果，形成雨水资源化系统的初步设计方案。是否 可行还需经过后续对方案总体的分析论证后才能最终确定。若可行，上述决策即 为最终方案；如果分析论证不可行，则对初步方案进行调整。 3 。2 5 初步方案的分析论证 住宅小区雨水资源化系统初步设计方案的分析论证是对前面设计决策内容的 校核、完善和补充的过程。在系统的防洪排涝能力、雨水利用率等达到国家或地 方相关规定的前提下，总体调配雨水资源，合理确定系统内不同途径及分布形式 的雨水资源化技术措施的规模，在系统内部实现水量平衡。分析论证主要由以下 北京建筑i ：程学院硕十学位论文3 住宅小区雨水资源化系统决策 三方面内容组成： ( 1 ) 方案的投资效益分析 对于房地产开发商来讲，最关心的就是住宅小区雨水资源化系统的投资效益 问题。在对项目相关基础资料分析的基础上作出的合理决策不一定是效益最高的。 在此情况下，为了高效益地开展住宅小区雨水资源化，适当调整项目的总体规划， 重新进行决策。 ( 2 ) 对项目总体规划的调整 项目的总体规划是多专业联合作业的成果，调整总体规划可能涉及很多内容 都得随之变动。所以开发商是否接受雨水利用时对项目总体规划的调整，也是影 响方案决策的重要因素。 ( 3 ) 方案实施后的预计效果 方案实施后的预计效果主要包括小区的防洪排涝能力、雨水利用率、景观效 果等，开发商参考这些指标可以直观地得出该决策方案能否达到其预期目的。 3 2 6 房地产开发商的意愿 住宅小区雨水资源化系统的建设投资方是房地产开发商( 或其他建设单位) ， 故房地产开发商的意愿是雨水资源化决策中不可忽视的因素，从图3 1 可以看出， 房地产开发商的意愿贯穿决策程序的始终，但这并不意味着开发商在其中起主导 作用。有的房地产开发商可能会提出雨水利用方案，然而他们一般不是雨水利用 的专业人士，需要规划和水专业工程师对他们提出的方案进行评估或提出一个或 多个适合具体项目雨水资源化途径的方案供开发商选择。因此，住宅小区雨水资 源化途径选择的核心问题在于能否根据项目具体条件提出合理化的方案。为避免 重复工作量，在决策时最好能及时与开发商进行必要的沟通，以便作出最终的决 策。 其实，房地产开发商对雨水资源化系统设计方案最关心的问题主要有对项目 总体规划的调整，方案的投资效益以及方案实施后的预期效果等。通过初步设计 方案的分析论证得出以上结果，供开发商参考。若符合，即为住宅小区雨水资源 化系统设计方案；如果不符合开发商的意愿，则需重新决策。 住宅小区雨水资源化系统设计方案的决策一般就是按照上述程序实现的，它 是整个项目合理设计的基础与保证。程序中涉及的具体内容见后面相关章节论述。 1 7 北京建筑l - 】掣学院硕+ 学位论文3 住宅小区雨水资源化系统决策 系统设计方案确定后的工艺流程、构筑物、设备的设计以及施工和运行管理计划 的制定等方面的内容对于专业工程师而言相对比较容易，在本论文中不再作过多 介绍。 北京建筑l ：程学院硕十学位论文4 南北方地区降雨特点分析及其廊用 4 南i ：i i ：方地区降雨特点分析及其应用 降雨是一个自然现象，也是在住宅小区雨水资源化系统设计决策中不受人为 因素影响的重要的项目基础条件。我国幅员辽阔，各地区降雨状况差别较大，为 了更好地实施住宅小区雨水资源化系统设计决策，应首先了解住宅小区所在地的 降雨特点。本章选择具有不同降雨特点的典型南月l 二方城市，对各城市多年累积的 降雨基础资料进行统计分析，总结各地区的降雨特点并进行量化比较，从而为住 宅小区雨水资源化系统设计方案决策提供数据支持。 4 1 南：l i t 方地区降雨特点分析 4 1 1 典型南北方城市的选择 典型城市的选择是以传统意义上的南北方将全国分为两大区域，南e l l ：；方是以 地理上的“秦岭淮河”一线为界，以南为南方，以北为北方。南北方各选择 若干典型城市作为研究对象，通过以点带面的辐射作用，在一定程度上反映我国 不同地区的降雨特点。 北方典型城市为：沈阳、哈尔滨、北京、石家庄、济南、郑州、太原、西安、 兰州、合肥；南方典型城市为：上海、杭州、成都、昆明、武汉、长沙、南昌、 福州、广州、南宁。南：1 1 方各1 0 个城市，其中西安、合肥位于南北方交接地带。 4 1 2 多年年均降雨量比较 各城市年均降雨量阁汇总于图4 1 。 1 4 5 4 6 l 唑4 曩= 。圈l 卿i ； 1 3 9 6 6 i 圈1 3 q 97 一 1i 毒 i 薹 i f 。o 二 i 饿 ； i l i ； i l l 萋 l 攀 i i l 襞 i li 姜 l l l 蠡 e 墨a 年均降雨量 一南l ：i i ；方平均值 9 9 5 3 专隶牵窖番牵毋 爷蛰毒露争毋痧 图4 1 南，北方城市多年年均l i f - i l l 量柱状图 o 螗埔h 挖加8 6 2 lv艇趁篷嚣廿 北京建筑。i ：程学院硕十学位论文4 南i j l ：方地区降雨特点分析及其应用 由图4 1 可知，南方地区多年年均降雨量平均值为1 3 4 0 m m ，而北方则为 5 9 0 r a m ，南方地区的年均降雨量是北方城市的2 倍多，说明我国南i ；i i ：方降雨在空 间上分配不均，从雨水资源量考虑，北方地区的雨水资源总量比南方少，南方地 区具有更大的掰水资源化潜力。近年来，全国大部分地区都不同程度地存在水资 源短缺的状况，北方地区尤其严重，且大多是资源型缺水，而南方多为水质型缺 水。针对南i ；i i ：方地区年均降雨量的特点，高效利用有限的小区内雨水资源，是缓 解小区用水紧张局面、改善小区生态环境的重要途径。 4 1 3 多年月平均降雨量分布 4 1 3 i 降雨分布特点概化分析 南i ：i i ：方地区多年月平均降雨量1 2 5 1 分布情况如图4 2 所示，无论是南方还是北 方地区降雨在季节上都分配不均。特别是在北方地区每年的降雨主要集中在5 、6 个月的雨季内。非雨季月份降雨量很少( 如北京的1 1 月至次年3 月，每月均不足 1 0 m m ) ，再分摊到单场降雨就更少，甚至不产生径流，加上冬季因素，这部分雨 量很难进行收集利用；而南方地区月降雨虽然也存在较大差异，但除个别城市外， 非雨季月份的降雨量也都在2 0 3 0 r a m 以上，仍可考虑收集利用。 3 5 0 3 0 0 一、2 5 0 粤2 0 0 嫠1 5 0 世1 0 0 , 5 0 0 皿吒嵋吒皿吸吒吣吒嵋皿吣 一门n 呻) o 卜a 2 = 2 月份 图4 3 南i ：i i 二方多年月平均降雨量分布 总体看，我国南；i i ：方地区降雨的月分配都不均匀，呈现较强的季节性，不利 于雨水资源化系统设计。而且，有些城市的降雨特点比较特殊，为表达清晰，再 从南北方各选三个城市的多年月平均降雨量比较说明( 见图4 3 ) 。 j e 京建筑i ：科学院硕十学位论文4 南北方地区降雨特点分析及其府用 图4 3 南i ：i i ：方部分城市多年月平均降雨量 从图4 3 的比较可见，北京以及上海的降雨特点与所属南北区域的总体特点相 类似( 参见图4 2 ) ，而合肥、昆明和成都则是所属区域的特例。合肥地处南月e 方 交界，从地理位置划分看属- t ：i i ；方地区，但降雨特点则明显符合南方的特点；成 都和昆明地处南方，虽然降雨总量i ：t ；：l t 方多，但少雨月份降雨量很少和不均匀的 特点更类似于北方城市。 4 1 3 2 降雨分布特点量化分析 基于上节对南j t 方地区降雨特点的概化分析，引入降雨不均匀系数u e ，对南 北方地区的降雨分布特点进行量化和比较，本文定义u e 的表达式如下： u e 一薹t 常，2 t ， 式中： h ，一多年平均n 月份的降雨量，m m ； h ；一多年平均年降雨量，m m 。 它能定量描述全年降雨分布的不均匀性，不均匀系数越大表明全年降雨越不 均匀。根据该公式( 4 1 ) 得出南月b 方不同城市的降雨不均匀系数( 见表4 1 ) ，图 4 4 是南：1 1 ：方地区降雨不均匀系数的比较。 北京建筑门掣学院硕十学位论文4 南，j b 方地区降雨特点分析及其应用 表4 1 南| b 方典型城市降雨不均匀系数表 南方城市上海杭州武汉长沙南昌福州厂州南j 。 成都 昆明 u e 值 4 7 62 0 63 7 42 7 04 4 13 4 24 9 15 3 21 2 0 78 9 2 北方城市沈阳哈尔滨北京 稼庄济南合肥郊州太原两安 兰州 u e 值 1 0 6 01 3 3 41 8 9 31 5 0 61 3 9 9 3 0 3 7 9 4 1 1 3 75 2 71 0 8 4 裁 1 j 5 曰 嚣 长 一南北方平均值 图4 a 南硝b 方地区降雨不均匀系数比较 由表4 1 、图4 4 可知。南方地区的降雨不均匀系数平均值为5 2 3 ，而北方为 1 1 0 4 ，北方地区的降雨不均匀系数是南方的2 倍多。在雨水资源化系统设计时， 降雨越均匀，用于储存补充少雨月份不足用水量的调蓄设旅容积就越小。因此， 与北方地区相比，南方更利于开展雨水直接利用和水景观雨水综合利用。 尽管南一b 方地区降雨不均匀性具有明显的区别，但也有一些特例，如上节提 到的合肥、成都和昆明。此外，西安相比较其他北方地区的城市，降雨不均匀系 数也比较低，降雨分布比较均匀，与南方的降雨分布特征相类似，但西安的降雨 总量却比南方城市少很多( 见图4 2 、4 3 ) 。根据合肥的地理位置、年降雨量和降 雨不均匀系数特点，如将它划分到南方城市，则图4 4 中南北方城市不均匀系数 均值的差距更大。 4 1 4 暴雨强度分析 在雨水的输送、渗透、溢洪等设施设计时还需要涉及项目当地的暴雨强度资 料。根据各地区暴雨强度公式，以暴雨重现期1 a 、降雨历时1 2 0 m i n 为例，计算 出南北方各十个典型城市的暴雨强度随降雨历时的平均变化情况，如图4 5 所示。 加博：2 h 堙8 6 4 z o 北京建筑 程学院硕十学位论文4 南，北方地区降雨特点分析及其麻用 o1 02 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 09 01 0 01 1 01 2 0 降雨历时( m i n ) 图4 5 南j b 方地区暴雨强度随降雨历时