（模式识别与智能系统专业论文）建筑小区雨水“渗透排放一体化”技术性能与应用研究.pdf

irlj，t 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：泣妞日期：型2 2 ：岁 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：妞导师签名：强日期：纰多 l ， - 摘要 摘要 随着城市的发展，房屋建筑及道路面积迅速增长，城市非透水地面面积也 相应增加，造成了城市的总径流系数增大，雨水径流洪峰流量剧增。如果依然 采用快速排除雨水的传统雨水排水系统，势必大大加重城市及下游水系的防洪 负担，对城市排水及河道行洪造成巨大压力，同时，这样还造成了雨水资源的 大量流失。因此，新的雨水利用、排放方式和技术应运而生，目前逐渐转向为 以主动接纳为主的雨水利用和生态型排水系统。 建筑与小区雨水作为城市雨水的起端，将雨水进行生态化、资源化的综合 利用具有较好的工程技术条件，可以减小径流系数，减缓市政排洪的压力，实 现节水、节能、雨水资源化、生态化等多重功能，增加地下水含量，改善建筑 小区生态环境。 国家“十一五”科技发展规划纲要、建设事业技术政策纲要等都对城市 雨水利用予以了足够的重视。建筑与小区雨水利用工程技术规范 ( g b 5 0 4 0 0 2 0 0 6 ) 已于2 0 0 7 年4 月1 日颁布实施，“规范中的相关技术和设 备也已在实际工程中得到应用。但是，在编制该规范的过程中，以及实际工程 的运行中，遗留了较多的技术难点问题；另外，目前国内外对雨水直接利用的 研究偏多，对雨水生态型排水系统研究较少，没有生态型雨水利用和排水系统 的工程技术指标体系。 为此，本论文主要以一种新型的生态型排水系统为研究对象，首先对国内 外雨水利用现状做基本概述，着重对“渗透一排放一体系统 开展了系统研究， 主要包括：系统的雨水排放性能，系统所能排放的最大流量；系统的雨水渗透 性能，系统的最大渗透量和存贮量；校核该系统在不同初始条件下的最大雨量 负荷和设计重现期；总结当前雨水渗透研究的经验，并与传统雨水排水系统从 系统性能和工程应用两方面进行了综合比较，对生态型雨水排水系统做出整体 评价。 本课题所研究的渗透一排放一体系统，可以补充当前对于生态型排水系统研 究的空白，同时可为相关技术和产品提供优化，为建筑与小区雨水利用工程的 设计与实施提供技术层面的参考和支持。 关键词雨水利用；渗透；排水量；粗糙度；生态化 北京工业大学工学硕士学位论文 i i ， 夕 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t hu r b a nd e v e l o p m e n t ，h o u s i n gc o n s t r u c t i o na n dr o a da r e ai n c r e a s e dr a p i d l y , u r b a nn o n - p e r m e a b l es u r f a c ea r e aa l s oi n c r e a s e d t h er e s u l ti st h et o t a lr u n o f f t o e f ! f i c i e n ti n c r e a s e da n ds t o r m w a t e rr u n o f ff l o ws u r g ei nc i t i e s i fs t i l lu s i n gt h e t r a d i t i o n a ld r a i n a g es y s t e mt oe x c l u d er a i n w a t e rq u i c k l y , i tw i l lb eb o u n dt oi n c r e a s e t h eb u r d e no ff l o o dc o n t r o l g r e a t l yi nt h ec i t yo fw a t e rd o w n s t r e a m ，a n dc a u s e d e n o r m o u sp r e s s u r eo nu r b a nd r a i n a g ea n dr i v e rf l o o d ，a tt h es a m et i m e ，t h i sa l s o c a u s e dah u g el o s so fr a i n w a t e rr e s o u r c e s t h e r e f o r e ，t h en e ww a y sa n dt e c h n i q u e s o fr a i n w a t e ru s ea n dd r a i n a g ea p p e a r e d ，a n dg r a d u a l l yt u mt ot h er a i n w a t e r u t i l i z a t i o na n de c o l o g i c a ld r a i n a g es y s t e mo fi n i t i a t i v ea c c e p t a n c e - b a s e dc u r r e n t l y r a i n w a t e ri nb u i l d i n ga n ds u b - d i s t r i c ti st h eo r i g i no fr a i n w a t e r , u s i n gr a i n w a t e r u t i l i z a t i o na n de c o l o g i c a ld r a i n a g es y s t e mc a nc h a n g ew a t e r d r a i n a g et or a i n w a t e r u t i l i z a t i o n ，i no r d e rt or e d u c er u n o f fc o e f f i c i e n ta n ds l o wd o w nt h ep r e s s u r eo n m u n i c i p a ld i s c h a r g e ，s ot h a t t h e l o s so fr a i n w a t e ru t i l i z a t i o n ，w a t e r - s a v i n g ，a n d i n c r e a s i n g t h es o i lm o i s t u r eo fu n d e r g r o u n dp l o t ，i m p r o v i n gt h e e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t n a t i o n a l ”e l e v e n t h f i v e - y e a r ”t e c h n o l o g yd e v e l o p m e n tp l a n ，”b u i l d i n g b u s i n e s sa n dt e c h n o l o g yp o l i c yf r a m e w o r k ，”a n ds os od oe n o u g ha t t e n t i o nt ot h e u r b a nr a i n w a t e ru t i l i z a t i o n n a t i o n a ls t a n d a r d ”e n g i n e e r i n gt e c h n i c a lc o d ef o rr a i n u t i l i z a t i o ni nb u i l d i n ga n ds u b - d i s t r i c t ”h a v eb e e ne x e c u t e di n a p r i l1 ，2 0 0 7 ， t e c h n o l o g ya n de q u i p m e n th a sa l s ob e e na p p l i e di np r a c t i c a le n g i n e e r i n g h o w e v e r , i nt h ep r o c e s so fs p e c i f i c a t i o np r e p a r a t i o na n do p e r a t i o n so fp r a c t i c a le n g i n e e r i n g ， l e a v i n gb e h i n dam o r et e c h n i c a la n dd i f f i c u l ti s s u e s ；i na d d i t i o n ，t h es t u d yo f r a i n w a t e rd i r e c tu s ei se n o u g ha th o m ea n da b r o a d ，t h er e s e a r c ho fe c o l o g i c a l d r a i n a g es y s t e m i sl e s s ，d o e sn o th a v ea c o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o na b o u t e c o f r i e n d l yr a i n w a t e rd r a i n a g es y s t e m t ot h i se n d ，t h i st h e s i sa san e w t y p eo fe c o - f r i e n d l yd r a i n a g es y s t e mo fs t a r t i n g p o i n t ，f i r s to fa l lt od ot h eb a s i cs u m m a r i z eo fr a i n w a t e ru t i l i z a t i o na th o m ea n d a b r o a d ，ab r i e fi n t r o d u c t i o no nv a r i o u sn e wt e c h n o l o g i e so fi n d i r e c tr a i n w a t e r u t l i z i t i o nc u r r e n t l y , f o l l o w e db yf o c u s i n go nt h e ”i n f i l t r a t i o n d i s c h a r g es y s t e m ”t o r e s e a r c h ，i n c l u d i n g ：t e s t i n gt h es y s t e md r a i n a g ep e r f o r m a n c e ，a n dt h el a r g e s t d i s c h a r g ef l o w ；r e s e a r c ht h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e mr a i n w a t e ri n f i l t r a t i o na n d s u m m e du pt h e e x p e r i e n c eo ft h e c u r r e n ts t u d yo fr a i n w a t e ri n f i l t r a t i o na n d i i i 北京工业大学t 学硕十学位论文 c a l c u l a t e dt h em a x i m u m o s m o l a l i t ya n ds t o r a g ec a p a c i t y ；a c c o r d i n gt ot h e c a t c h m e n ta r e aa n ds t o r mi n t e n s i t yf o r m u l ai nb e i j i n ga r e a ，c h e c k i n gt h es y s t e m m a x i m u ml o a da n dm a x i m u md e s i g nr a i n f a l lr e t u mp e r i o du n d e rd i f f e r e n ti n i t i a l c o n d i t i o n s ，f r o mt h ep r o p e r t i e so fb o t hr e s e a r c ha n da p p l i e dt om a k ea n c o m p r e h e n s i v ec o m p a r i s o nt ot h et r a d i t i o n a ls t o r m w a t e rd r a i n a g es y s t e m ，a n dt o m a k ea no v e r a l la s s e s s m e n to ft h ee c o - f r i e n d l yd r a i n a g es y s t e m s o m ek e yi s s u e si nt h i st h e s i sc a nd os o m ec o n t r i b u t i o nt os u p p l yt h ec u r r e n t g a p so fe c o l o g i c a ld r a i n a g es y s t e m ，t op r o v i d eo p t i m i z i t i o nf o rt e c h n o l o g i e sa n d p r o d u c t s ，t op r o v i d et e c h n i c a lr e f e r e n c ea n ds u p p o r tf o re n g i n e e r i n gt e c h n i c a ld e s i g n a n di m p l e m e n t a t i o no fr a i nu t i l i z a t i o ni nb u i l d i n ga n ds u b d i s t r i c t k e y w o r dr a i n w a t e ru t i l i z a t i o n ；i n f i l t r a t i o n ；d i s c h a r g ew a t e r ；r o u g h n e s s ；e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t i v 目录 目录 摘要i a b s t r a c t 。ii i 目录v 第1 章绪论1 1 1 课题研究背景1 1 2 国内外研究现状3 1 2 1 国外雨水利用现状4 1 2 2 我国雨水利用现状7 1 3 现存问题。9 1 4 课题来源及意义1 1 1 5 课题研究内容1 2 第2 章渗透一排放一体技术13 2 1 雨水渗透技术1 3 2 2 渗透排放一体系统1 4 2 2 1 渗透弃流井。16 2 2 2 渗透检查井17 2 2 3 渗透雨水口18 2 2 4 渗透管19 2 2 5 渗透地面2 0 2 3 本章小结2 l 第3 章试验装置与测试方法2 3 3 1 工程模拟试验装置2 4 3 2 试验方法2 5 3 3 试验仪器2 6 3 3 1 仪器的种类。2 6 3 3 2 仪器的标定2 8 3 4 现场测试31 3 4 1 工程施工。31 3 4 2 标高的测量3 2 3 4 3 仪器的安装3 3 3 4 4 测试试验过程3 4 3 5 数据采集与分析3 5 3 5 1 数据采集3 5 3 5 2 数据分析3 7 第4 章试验成果分析4 3 4 1 对试验过程的整体分析4 3 4 2 系统综合粗糙度的研究4 6 4 2 1 系统综合粗糙度概念的提出4 6 4 2 2 对系统综合粗糙度n 的计算4 9 v 北京工业大学工学硕士学位论文 4 3 系统最大排水流量q 的分析5 0 4 4 对系统整体坡度的研究5 1 4 5 对第二阶段补充试验数据的分析5 2 4 5 1 对系统综合粗糙度的计算5 2 4 5 2 分析设计敷设坡度下的最大排水流量q 5 3 4 5 3 与第一阶段试验的比较5 4 4 6 对管道粗糙度的计算分析5 5 4 7 系统排水量影响因素分析5 7 4 7 1 影响系统排水量的主要因素。5 7 4 7 2 对各单因素分析5 9 4 8 本章小结6 1 第5 章对渗透性能的初步研究分析6 3 5 1 土壤类型对渗透性能的影响。6 3 5 2 初始含水率对渗透性能的影响6 4 5 3 渗透性能的年变化情况6 5 5 4 透水雨水管的渗透性能研究6 7 5 5 本章小结6 8 第6 章“渗透一排放一体”系统整体性能分析6 9 6 1 系统渗透流量与渗透量7 0 6 1 1 渗透井的渗透流量7 0 6 1 2 渗透管的渗透流量7 2 6 1 3 系统渗透量7 2 6 2 系统存贮量7 3 6 3 系统承纳暴雨重现期7 5 6 4 本章小结7 9 第7 章“渗透一排放一体”系统应用分析8 1 7 1 性能优越性8 l 7 1 1 渗透性能81 7 1 2 排放性能8 2 7 1 3 截污效果8 2 7 1 4 生态环境效应8 2 7 2 技术经济性8 3 7 2 1 渗透一排放一体系统投资估算。8 3 7 2 2 渗透地面的投资估算8 4 7 2 3 传统雨水排水的投资估算8 5 7 2 4 普通地面的投资估算8 6 7 2 5 两种方式对比8 6 7 3 本章小结8 7 结论和建议8 9 参考文献9 1 攻读硕士期间发表的学术论文9 5 致谢9 7 v i 第1 章绪论 1 1 课题研究背景 第1 章绪论 北京位于华北平原西北部，属温带半干旱半湿润季风气候，冬季受蒙古高 压影响，盛行偏北风，天气晴朗少雨雪；夏季受大陆热低压影响，盛行偏南气 流，多阴雨天气。多年平均水面蒸发11 2 0 m m 年，陆面蒸发4 5 0 - - 5 0 0 m m 年。 北京处于海河流域，境内多年平均降水量5 9 5 m m ，年均降水总量折合水体9 9 9 6 亿m 3 ，其中形成地表径流量2 1 6 2 亿m 3 ，地下水资源2 8 9 7 亿m ，扣除地表 水地下水重复计算量1 1 2 6 亿m 3 ，当地自产天然水资源总量为3 9 3 3 亿m ，。北 京多年平均逐月降雨量见图1 1 l i j 。 降水量( m m ) 月份 图卜1 北京多年平均逐月降雨量 f i g 1 - 1t h ea v e r a g em o n t h l yr a i n f a l li nm a n yy e a r so f b e i j i n g 水文气象总的特点表现为春季十年九旱，汛期又多暴雨洪水和泥石流。降 水过分集中使每年汛期均有多余径流出境，据1 9 6 1 1 9 8 3 年统计，多年平均汛 期径流出境量约9 5 亿m 3 ，在1 9 8 0 、1 9 8 1 两个典型枯水年，全市汛期尚有1 2 1 9 亿m 3 左右的径流出境。1 9 8 6 年全市面雨量为5 6 0 m m ，相当于中等偏枯年份， 当年径流出境量约4 6 亿m 3 【2 j ，其中绝大部分为汛期未能控制利用的径流。 随着城市化的发展，使得雨水径流流失问题变得越来越严重，从1 9 9 6 年开 始，北京市建筑占地面积增长速度明显高于往年，几乎呈直线上升态势( 如图 1 2 示) 1 3 j 。预计到2 0 1 0 年，北京市建筑占地面积将达3 0 0 km 2 左右，其中还 未包括道路等所占面积。大量硬化地面( 如建筑屋面、路面、广场、停车厂等) o o o o o o 玛 约 ” ： 北京工业大学丁学硕十学位论文 改变了原地面的水文特性，干预了自然的水文循环，这种干预产生的效果是负 面的：大量雨水流失，交通路面频繁积水影响正常生活，雨洪峰值变大加重排 水系统负荷，土壤含水量减少，热岛效应及地下水位下降现象加剧等。 娄 如 蒜 饿 年份 图卜2 北京地区建筑占地面积变化曲线 f i g 1 - 2b u i l d i n ga r e ac u r v e so f b e i j i n g 建筑及小区雨水为雨水排水系统的起端，合理进行雨水利用可减缓、减小 雨水排水量，可有效降低和避免城市洪涝灾害。换言之，在现有城市雨水排水 设计标准不变的情况下，可大大提供防洪标准( 提高了雨水重现期) 。综上所述， 建筑小区雨水利用是建筑雨水综合利用中的一种新的系统工程，具有良好的节 水效能和环境生态效益。目前我国城市水慌日益严重，与此同时，健康住宅、 生态小区正迅猛发展，建筑小区雨水利用系统，以其良好的节水效益和环境生 态效益适应了城市的现状与需求，具有广阔的应用前景。可见，建筑区雨水利二 用系统的研究与推广，不仅有着重要的理论价值，也有实际的工程意义。 建筑小区雨水利用有以下几个方面的功能： 一是可以有效改善区域生态环境。将雨水就地收集、就地利用或回补地下 水，可减轻城市河湖的防洪压力，防止城市排涝设施不足导致的城市雨水排泄 不畅和洪涝灾害的发生；削减雨季高峰流量，维持河川水量，增加水分蒸发， 改善生态环境；减少或避免马路及庭院积水，改善小区水环境，提高居民生活 质量。 二是提高水资源利用效率。雨水是优质淡水，易于被普通大众所接受，可 广泛应用于城市杂用水和工农业用水。 三是涵养地下水。地下水一般利用雨水、自来水或中水补充，其中后两种 方法造价偏高，且中水补充还有污染地下水的可能。利用雨水补充地下水资源 是最经济的方法。 四是减轻城市防洪和排水系统压力。多个单元的雨水利用，可以蓄到大雨 的前中期水量，还可起到洪水错峰的作用，会从总量上减少排入市政管网和河 湖的雨水量。 2 第1 章绪论 1 2 国内外研究现状 城市雨水利用是一项古老的技术，从尼西亚、罗马时代开始，雨水就成为 非常重要的水资源了。“希腊的会议广场中开挖了许多水井，一方面是设置的雨 水收集贮存水池。为了严格控制水质和清洁度，涌泉和喷泉要接受公共管理。 亚里士多德( a r i s t o t e l e s ，公元前3 8 4 - - 前3 2 2 年) 的报告书( p o l i t i c s ，i i i ， 1 3 3 0 b ，3 f f ) 中记录道：要贮存雨水和优质水就不得不设置贮水池。雨水从屋 顶天沟汇集顺经埋在地下的管道流入贮水池【4 】。 庞培的爱德拉斯康时代( 大约公元前5 0 0 年前4 0 0 年间) ，住宅前室( 门 廊a t r i u m ) 的中间，在天井周边的地下设置雨水方形贮水池【5 】，当时就已经把 雨水当作了重要的水源。 北京北海团城则是我国古代雨水利用工程的杰作，团城地面高出周围地面 4 6 米，且由青砖铺装，但城内众多的古树却生长了几百年，最大树龄已高达 8 0 0 余年，仍枝繁叶茂。究其原因关键是城内具有独特的雨水排放利用系统。 团城是一个孤立、封闭的单元，地面高出北海湖水水面5 6 4 m ，因此，古树生 长所需的水分很难从地下水得到补给，只有靠天然降水。团城总面积5 7 6 0 m 2 ， 按北京地区多年平均年降水量为5 9 5 m m 计，每年可得到天然降水量3 4 2 7 m 3 。团 城不象北京其他古建筑( 如故宫、正阳门箭楼、鼓楼、长城及北海白塔等) 一 样设有地面排水明沟和在城墙上设置泄水石槽( 吐水嘴) ，说明古人在建筑团城 时就已有意将降水尽量留在城内。团城的地面铺装与其他古建筑地面铺装不 同。团城除建筑物、古树占去部分地面外，其余地面均由青砖铺筑而成。按形 式和功能，青砖铺筑地面又分为两种：小部分由方砖( 尺寸4 0 c m x4 0 c m ) 和条 砖铺成甬道，宽1 3 5 m 和2 2 0 m ，不渗水，供人行走；其余部分由梯形青砖铺 成，铺装时大面朝上、小面朝下，砖与砖之间留有空隙，且不用灰浆勾缝用于 拦蓄雨水并入渗补给砖下土壤水。城内地下有一排水廊道，绕城布置，用青砖 砌成，地面多余雨水通过9 个雨箅子汇集到排水廊道。排水廊道也用青砖砌成， 在水量较小时水会通过青砖慢慢渗入到廊道周围土壤；在水量较大时水会在城 东南侧排出城外。总之，团城地面采用铺装倒梯形青砖和设置地下排水廊道的 做法，充分利用了天然降水，将雨水入渗和排放有机的结合在一起，为古树营 造了适宜的生长环境，也有效排出了超量雨水【】。该技术历史悠久，思路精巧， 是人类利用雨水的工程杰作，其作法非常值得借鉴，渗透一排放一体系统也是继 承这一古老设计理念，承前继后。 现代意义的城市雨水利用始于上世纪8 0 年代，在一些发达国家已开展几十 年，如日本、德国、美国等。近2 0 年来，建筑雨水利用技术迅速发展。在以色 北京t 业大学工学硕士学位论文 列、非洲、印度、中国西北等许多国家和地区，修建了数以千万计的雨水收集 利用系统；美国、加拿大、德国、澳大利亚、新西兰、新加坡和日本等许多发 达国家也开展了不同规模、不同内容的雨水利用的研究和实施计划。许多国家 也都开展了接纳灌灌的研究并建成了大量不同类型和规模的工程，包括：住宅 区、学校、公园、各种场馆及其他建筑群等场所汇集雨水的收集利用；各种调 节雨水径流、补充地下水资源的渗透设施和调蓄设施；以及雨水径流污染控制 与净化设施等。在此基础上，建筑雨水的利用首先在一些发达国家逐步进入到 标准化和产业化的阶段。 1 2 1 国外雨水利用现状 近2 0 年来各国均开展了有关如何利用城市雨水的研究，并于1 9 9 1 年正式 成立了“国际雨水收集利用协会”( i r c s a ) 。一些发达国家如美、日、德等在雨 水利用方面发展较快，如美国加州的“l e a k ya r e a s ”地下回灌系统回灌量达当 地用水量的2 0 ；芝加哥地区建成了著名的地下隧道蓄水系统，以解决城市防 洪和雨水利用；美国一些州分别制定了雨洪管理条例，规定新开发区的暴雨洪 峰流量必须保持在开发前的水平；日本从2 0 世纪7 0 年代开始推行城市综合治 水对策，在用传统法治理河流的同时开展了雨水贮留、雨水渗透等因地制宜的 新措施，并形成了相应的产业【8 】。国外雨水利用工作主要集中在以下几个方面。 1 ) 政府法律、法规 欧美许多发达国家都十分重视雨水的利用，各国政府都相继出台了适合本 国的一系列有关雨水利用的法律法规，有效的促进了雨水利用的发展。其在管 理城市雨水的排放和处理，组织协调雨水利用技术的研究开发，制定相关的技 术指南、法规、政策，以及促进雨水利用的规范化、标准化和产业化等方面都 起到了积极作用。 如德国在很早之前就成立了德国污水联合会( a 1 w ) 和非赢利的雨水利用 专业协会( f o r ) ，对于雨水的排放有明确的法律规定，在新建小区( 无论是工 业、商业、居住区) ，均要设计雨水利用设施，否则，政府将征收雨洪排放设施 费和雨水排放费，而雨水排放费与污水排放费同样高，约为自来水的1 5 倍左 右。： 比利时一些地方如法兰斯德在1 9 9 9 年对雨水也明确提出了最低管理要求， 规定所有新建或改建的单户住宅必须安装雨水利用设施，甚至给予资金补贴。 美国政府也十分重视雨水利用，还制定了相应的法律法规对雨水利用给予 支持，如科罗拉多州、福罗里达州和宾夕法尼亚州分别制定了雨水利用条例， 这些条例规定新开发区的暴雨供水洪峰流量不能超过开发前水平，所有新开发 区必须实行强制的“就地滞洪蓄水” 9 - 1 0 1 。 4 第1 荦绪论 2 ) 设备产品、技术标准 由于发达国家对雨水的利用起步较早，各种技术也相应比较成熟，目前主 要处于一个对雨水利用产品的规范化、标准化、产业化和一体化阶段。尤其是 相关技术协会同企业、政府的多方参与联合，做了大量的科研和技术推广工作。 如德国早在1 9 8 9 年就出台了雨水利用设施标准( d i n l 9 8 9 ) ，对住宅、商 业、和工业领域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4 个方面制定了标准( k l a u sw k o n i g ，2 0 0 1 ) 。到1 9 9 2 年出现了“第二代雨 水利用技术。到目前已形成了“第三代”雨水利用技术及相关的新标准，主要 特征是设备的集成化，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的定型产品和组装式成套设备【l l 】。比较典型的就是德国 的地表明沟传输，见下图1 3 。 图卜3 德国地表明沟 f i g 1 - 3s u r f a c ed i t c h e si ng e r m a n y 日本是亚洲重视雨水利用的典范，现在的雨水利用工程也逐步实现规范化 和标准化，并得到民间和企业的支持，如1 9 8 8 年成立的“雨水贮存渗透技术协 会”，该协会吸引了清水、住友、日产、三井和三菱等众多株式会社参与，在城 市雨水利用方面做了大量的研究和技术推广工作，也开发了许多专用产品。在 技术上，早在1 9 8 0 年，日本建设省就开始推行雨水贮存渗透计划，采用的渗透 设施有渗透池、渗透管、渗透井、透水性铺装、渗透侧沟、调蓄池和绿地等。 于1 9 9 2 年颁布了“第二代城市排水总体规划”，正式将雨水渗沟、渗塘及透水 地面作为城市总体规划的组成部分，要求新建、改建的大型公共建筑物必须设 置雨水下渗设施 1 2 1 3 】。其雨水渗透产品也早已规范化，产业化。如初期雨水弃 流装置、新型埋地组装式贮水装置( 见下图1 - 4 ) 、雨水利用标准模式( 见下图1 - 5 ) 在苗 弋，o 北京工业大学工学硕士学位论文 图1 4 新型埋地组装式贮水装置 f i g 1 - 4an e wu n d e r g r o u n ds t o r a g eu n i ta s s e m b l e d 雨水系统图 图1 5 日本雨水利用标准模式 f i g 1 - 5s t a n d a r dm o d eo fr a i n w a t e ru t i l i z a t i o ni nj a p a n - 遽孽1 5 7 。17 分。5 i ：0 精 3 ) 工程应用 德国有大量各种规模和类型的雨水利用工程实例，如柏林p o t s d a m e r 广场 6 第1 章绪论 d a i m l e r c h r y s l e r 区域城市水体工程就是雨水利用生态系统成功范例，该区年 产雨水径流量2 3 万m 3 ；日本江东东京博物馆的雨水利用系统，是用一个2 5 0 0 m 3 的地下雨水池调蓄从约1 0 0 0 0m 2 屋面收集的雨水，其中1 5 0 0m 3 为有效调蓄 容积，1 0 0 0m 3 作为调节容积，即一次可存1 0 0 m m 的降雨量，据1 9 9 8 一- - 2 0 0 1 年 用水统计结果显示，博物馆全部用水量中雨水利用比率占6 6 8 - - - , 7 3 4 ，节水 效果显著；英国雨水利用以伦敦世纪圆顶为例，可在建筑物内每天回收5 0 0m 3 的水用以冲洗该建筑物内的厕所，其中1 0 0m 3 为屋顶收集的雨水，使其成为欧 洲最大的建筑物内的水循环设施【1 4 16 1 。 表1 - 1 日本雨水利用工程 t a b 1 - 1r a i n w a t e ru t i l i z a t i o np r o j e c ti nj a p a n 开始年份工程数累计开始年份工程数累计开始年份工程数累计 不明 77 1 9 7 4 年 2 1 31 9 8 4 芷2 41 0 4 1 9 6 5 年前 071 9 7 5 焦31 61 9 8 5 焦2 41 2 8 1 9 6 6 生l8 1 9 7 6 篮 4 2 01 9 8 6 年2 l 1 4 9 1 9 6 7 年 191 9 7 7 笠22 21 9 8 7 笠3 l1 8 0 1 9 6 8 正o 9 1 9 7 8 正 2 2 41 9 8 8 年4 32 2 3 1 9 6 9 年091 9 7 9 年73 11 9 8 9 正3 62 5 9 1 9 7 0 芷 09 1 9 8 0 篮83 91 9 9 0 年5 33 1 2 1 9 7 1 年o91 9 8 1 笠44 31 9 9 1 焦7 63 8 8 1 9 7 2 生o91 9 8 2 焦2 16 4 1 9 9 2 年 5 64 4 4 1 9 7 3 焦2l l1 9 8 3 年1 68 01 9 9 3 焦8 45 2 8 注：上图摘自日本雨水利用系统设计与实务 1 2 2 我国雨水利用现状 我国城市雨水利用开始于2 0 世纪8 0 年代，并于9 0 年代发展起来，历史比 较悠久，随后北京、上海、大连、哈尔滨、西安等许多城市相继开展了雨水的 利用研究，已显示出良好的发展前景。 1 ) 政策法律、法规 为了促进雨水利用的发展，北京市政府和相关科研单位做了大量的工作， 如2 0 0 0 年北京市水利局和德国埃森大学的“城市雨洪控制与利用 示范小区雨 水利用合作项目；北京市政府6 6 号令( 2 0 0 0 年1 2 月1 日) 中也明确要求开展 市区的雨水利用工程【1 7 j 。2 0 0 3 年3 月北京市规划委员会和水务局联合发布经市 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”，做出明确规 定：“凡在本市行政区域内新建、改建、扩建工程均应进行雨水利用工程设计和 7 北京工业大学- t 学硕十学位论文 建设。建设工程的附属设施应与雨水利用工程结合，景观水体应设计为雨水 调蓄设施，草坪绿地应设计建设为雨水滞留设施”【l8 1 ，有效的促进了北京市雨 水利用的发展。 2 ) 设备产品、工程应用 在政府部门的推动下，许多不同类型的雨水利用项目已得到实施，各项示 范工程也相继建立。项目中采用了一系列新技术新产品，如环保型透水地面砖、 环保型雨水口、孔隙蓄水池填料等：工程应用主要表现在天秀花园小区雨洪利 用示范工程、北京市水利基础总队雨洪利用示范工程、水利水电学校雨洪利用 示范工程，模式为：屋顶雨水采用管道收集，经处理后灌溉校园绿地和冲厕； 运动场雨水采用渗沟和环沟收集，经除去初雨、过滤后储存，用于喷洒操场和 灌溉绿地；人行道和部分运动场采用透水铺装；绿地采用下凹式绿地；采用屋 顶绿化技术等【l9 1 。当前比较亮点的工程为用友软件园雨水利用示范工程和国家 体育场雨洪利用等。 国家体育场的雨洪利用设施，年回收利用的雨水量可能达到平均年总降雨 量的6 6 ，年回收总量近6 万吨。既能有力地减小对日益短缺的北京市水资源 形成的负担，降低径流量，减少对市政雨水管网的压力，又能为体育场运营中 年回用水提供约2 4 的补充水量，与使用自来水相比，还能为业主在运营中节 约大量水资源费、自来水费和排污费，具有显著的社会效益效益。 3 ) 科研技术 建筑与小区雨水利用工程技术规范( g b5 0 4 0 0 2 0 0 6 ) 于2 0 0 7 年4 月1 日开始执行。标志着我国的雨水利用技术已处于初步成熟阶段，对各项参数的 设计和计算也有了一定的理论基础【20 | ，这与我国众多科研机构所做的大量科研 工作是分不开的。 从19 9 8 年开始，北京市城市节约用水办公室、北京市科学技术委员会以及 其他科研单位，分别以“北京城区雨水利用技术研究与渗透扩大试验 、“北京 市雨洪多功能调蓄利用技术研究 等课题对城市雨水的利用及相关问题进行了 系统的研究。在雨水渗透方面，也相继以“透水雨水管的入渗实验研究 、“大 降雨强度下雨水入渗规律研究”、“设计暴雨条件下下凹式绿地的雨水蓄渗效 果”、“城区雨水渗透设施计算方法及关键系数 等课题进行研究【2 1 2 3 】，对渗透 技术的研究主要集中在以下几方面： 对北京城市雨水渗透设施计算方法的研究 北京建筑工程学院分别立项多个科研课题，对北京地区渗透设施的不同计 算方法进行了研究和优化，确定了针对北京地区渗透设施的较适用的计算方法。 成果有城区雨水渗透设施计算方法及关键系数、北京城区雨水入渗设施计 算方法： 8 第1 覃绪论 用数值模拟方法对雨水入渗规律的研究 中国农业大学等科研单位利用计算机数值模拟的方法，模拟各降雨入渗过 程，对渗透设施的入渗规律进行了系统的研究和分析，成果有大降雨强度下 雨水入渗规律研究、用人工降雨和数值模拟方法研究降雨入渗规律等； 对土壤渗透性能的研究 北京市水科所分别就屋面土壤的雨水渗透和地面土壤的渗透i 工t 4 - 厶匕月匕进行了研 究，确定了各土壤的渗透系数和截污效果等，成果有屋面雨水径流的土壤渗 透、建筑小区雨水径流的土壤渗透净化； 对相关渗透设施产品性能开展的研究 如渗透地面、渗透砖、渗透雨水管、土工布等开展研究，包括渗透设施的 渗透肿l l z l t 厶匕i = j 匕和对雨水的截污效果等，成果有设计暴雨强度下下凹式绿地的雨水 渗透效果、透水雨水管的雨水入渗试验研究； 1 3 现存问题 鲁 从上述我国雨水利用的发展概况可知，我国雨水利用仍属于一个新的技术 领域，处于快速发展阶段，各种技术都还不成熟，从示范工程中也反映出了设 计和运行中的许多问题，如雨水利用资料的缺乏，系统设计没有规范化、标准 化等各种问题都需要进一步的研究和总结，主要表现在： 1 ) 建筑与小区雨水利用理论和技术比较滞后 目前建筑与小区雨水利用的相关技术可分为以下几类：分散住宅的雨水收 集利用系统；建筑群或小区集中式雨水收集利用系统；分散式雨水渗透