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合肥市建筑与小区雨水及中水利用研究 摘要 合肥市水污染现象较为严重，部分河流甚至属于国家标准的劣五类水。近 年来随着城市化速度的不断加快，城市规模的迅速扩大，全市水资源的供需矛 盾进一步加剧，水环境压力也越来越大。合肥位于我国中部地区，多年平均降 雨量在l0 0 0 m m 左右，雨水资源丰富，具备雨水利用的条件，合理利用雨水及 中水可有效缓解合肥日益紧张的可用水资源。 本文指出了目前建筑与小区雨水利用计算中存在的问题，根据产流期间雨 水收集强度和汇水面积上的损失强度计算雨水设计流量，采用日水量平衡算法 确定雨水利用的调蓄规模，对部分文章渗透设施的计算方法有所纠正，总结并 分析了建筑与小区中水处理技术及存在的问题，提出了建筑与小区雨水及中水 利用成本经济指标的计算方法，改变了项目经济分析中主要计算盈利性指标的 作法，实现了间接效益的量化。以合肥市连续8 年日降雨量资料为基础，基于雨 水利用工程建设用地外排雨水设计流量不大于开发建设前的水平这一原则，按 照效益费用比值最大的原理，对合肥市学校、住宅、办公楼雨水利用进行了实 例计算分析。对城市建筑与小区雨水利用方式和蓄水池容积的确定提出了建议， 为合肥市规划管理部门审批项目提供了切实可行的参考依据。 关键词：合肥市建筑与小区雨水利用中水回用蓄水池 t h es t u d yo fr a i n w a t e ra n dr e c l a i m e dw a t e ru t i l i z a t i o n i nh e f e ib u i l d i n g sa n dc o m m u n i t i e s a b s t r a c t 1 1 1 ep h e n o m e n o no fw a t e rp o l l u t i o ni nh e f e ii ss e r i o u s ；s o m eo ft h er i v e r se v e nb e l o n g t ot h en a t i o n a ls t a n d a r d sp o o rf i v ek i n do fw a t e r i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h er a t eo f u r b a n i z a t i o nc o n t i n u e st oa c c e l e r a t e ，t h er a p i de x p a n s i o no fc i t ys i z e ，c o n t r a d i c t i o nb e t w e e n t h ec i t y sw a t e rs u p p l ya n dd e m a n df u r t h e re x a c e r b a t e d ，t h ew a t e re n v i r o n m e n tp r e s s u r ei s a l s og e t t i n gb i g g e ra n db i g g e r h e f e ii sl o c a t e di nt h ec e n t r a lr e g i o no fc h i n a , m u l t i 。m e a n a n n u a lp r e c i p i t a t i o ni sa b o u tl0 0 0 m m ，a n dr a i n w a t e ri sr i c hi nr e s o u r c e sw i t ht h ec o n d i t i o n s f o rr a i n w a t e ru t i l i z a t i o n 1 1 1 er a t i o n a lu s eo fr a i n w a t e ra n dr e c l a i 【m e dw a t e rc a ne f f e c t i v e l y e a s et h eg r o w i n gt e n s i o ni nh e f e ia v a i l a b l ew a t e r t l l i sp a p e rp o i n t e do u tt h a tt h ec u r r e n tb u i l d i n g sa n dc o m m u n i t i e sr a i n w a t e ru t i l i z a t i o n p r o b l e m si nt h ec a l c u l a t i o n , t h ed e s i g nf l o wo fr a i nw a t e rc a nb ec a l c u l a t e da c c o r d i n gt o r a i nw a t e rc o l l e c t i o ni n t e n s i t ya n dl o s si n t e n s i t y o nc a t c h m e n ta r e ad u r i n gr u n o f f p r o d u c i n g ，t h er e g u l a t i o na n ds t o r a g es i z er a i no fr a i n w a t e r u t i l i z a t i o nc a l lb ed e t e r m i n e db y d a i l y w a t e rb a l a n c em e t h o d t h ec a l c u l a t i o no fi n f i l t r a t i o nf a c i l i t i e si np a r t i a la r t i c l e s h a s b e e nc o r r e c t e d ，t h er e c l a i m e dw a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g ya n dt h ee x i s t i n gp r o b l e m sf o r b u i l d i n g sa n dc o m m u n i t i e sc a nb es u m m a r i z e da n da n a l y z e d ，t h em e t h o do fc a l c u l a t i n gt h e c o s to fe c o n o m i ci n d i c a t o r si nr a i n w a t e ra n dr e c l a i m e dw a t e rh a sb e e np r o p o s e d ，t h e e c o n o m i ca n a l y s i so fp r o j e c t si nt h em a j o ri n d i c a t o r so ft h ep r o f i t a b i l i t yo ft h ep r a c t i c eo f c o m p u t i n gh a sb e e nc h a n g e d ，t h ei n d i r e c tb e n e f i tq u a n t i f i c a t i o nh a sb e e n r e a l i z e d b a s e do n th ee i g h ty e a r sr a i n f a l li n f o r m a t i o na n dp r i n c i p l eo ft h er o wo fr a i nw a t e rd e s i g n e d d i s c h a r g ei sn o tb i g g e rt h a nt h ed e v e l o p m e n tc o n s t r u c t i o nb e f o r er a i n w a t e ru t i l i z a t i o n ， a c c o r d i n gt ot h eb e n e f i t c o s tr a t i ob i g g e s t ，t a k er a i nw a t e r u t i l i z a t i o no fs c h o o l ，r e s i d e n t i a l ， o f f i c eb u i l d i n gi nh e f e ia se x a m p l e sh a sb e e nc a l c u l a t e da n da n a l y z e d f i n a l l y ，s o m e s u g g e s t i o n sf o rr a i n w a t e ru t i l i z a t i o ni nc i t ya r ep u tf o r w a r d ，p r a c t i c a lf r a m e so f r e f e r e n c e a r ep r o v i d e df o rp l a n n i n ga n dm a n a g e m e n td e p a r t m e n tf o ra p p r o v a lo fp r o j e c t k e y w o r d s ：h e f e ic i t y ；b u i l d i n g sa n dc o m m u n i t i e s ；r a i n w a t e ru t i l i z a t i o n ；r e c l a i m e dw a t e r r e u s e ；r e s e r v o i r l i 插图清单 图2 - 1 雨水利用研究思路9 图2 2 水量平衡计算流程图1 7 图2 3 渗透设施存储空间变化曲线1 9 图3 1 滨湖品阁雨水收集量和设计用水量比较2 8 图3 - 2 蓄水池容积与雨水利用率、自来水替代率关系曲线。3 0 图4 - 1 水量随时间变化曲线3 7 图5 - 1 雨水利用率的变化4 3 图5 - 2 自来水替代率的变化4 4 图5 - 3 仁创泉q - 3 0 0 0 原理图5 0 图5 - 4 小区中水处理工艺流程图5 2 i i i 表格清单 表2 - 1 雨量径流系数10 表3 1 滨湖品阁雨水利用水量平衡计算2 7 表3 - 22 0 0 1 年7 月2 7 日8 月8 日模拟过程的数据片段2 9 表3 3 雨水利用率、自来水替代率随蓄水池体积变化2 9 表4 一l 各类建筑物排水污染物浓度表( r a g 1 ) 一3 5 表5 - 1 合肥市多年平均月降雨量和降雨次数4 1 表5 - 2 合肥市多年平均月蒸发量4 1 表5 3 雨水利用率的变化4 3 表5 - 4 自来水替代率的变化4 4 表5 - 51 9 9 7 - 2 0 0 4 年雨水利用情况。4 5 表5 - 6 蓄水池造价总汇4 6 表5 - 7 不同类型建筑小区雨水利用计算结果4 7 表5 8 景观补水量计算表5l 表5 - 91 9 9 7 - - - 2 0 0 4 年雨水和中水利用情况5 2 表5 - 1 0 主要构( 建) 筑物设备一览表5 3 表5 - 11 两方案经济指标比较5 4 表5 - 1 2 国内外蓄水池结果分析5 4 表5 - 1 3 雨水蓄水池容积结果分析5 5 i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得盒县巴王些太堂 或其他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已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字：王栗5 蛹签字日期：2 0 i 口年竹月z 1 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金世王些盘堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金胆王些盘 ! l 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：王籍婉 导师签名：形竹研吆 签字日期：弦f o 年辨月2 f 日 签字日期：锄f o 年冲月乞1 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：辣圳印水苈舶参j 波冲院 电话：0 1 钵一钳d 7 2 2 弓 通讯地址：j 釉i 印罗瑚厦宝宝面语斯7 暑茂者太厦1 2 蒋 邮编：纠岔坼 致谢 值此论文完成之际，感谢合肥工业大学给我这个学习和锻炼的机会，感谢 我的导师徐得潜教授对我的谆谆教导和辛苦栽培，两年多来，徐老师不仅在学 业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨 向徐老师致以最诚挚的谢意和崇高的敬意。 徐老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风和严以律 己、宽以待人的崇高风范对我今后的人生影响深远，不仅使我树立了远大的学 术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道 理。 真诚地感谢各位同门兄弟姐妹在本课题研究期间对我的帮助。特别要感谢 李兴彩和张丽峰，她们曾和我一起查阅文献，对合肥市雨水利用现状进行调研， 探讨雨水利用方案，感谢钱坤师兄对我的耐心指导以及为我提供了不同容积的 蓄水池造价。 感谢合肥市滨湖新区规划局局长周鹏程为我提供课题来源，在课题研究中 给予我支持和帮助。感谢安徽高速公路房地产有限责任公司盛总、张总、魏军 工程师、陈长春工程师，使我的理论研究能够应用到实际工程中。 最后，感谢含辛茹苦把我养大的父母，他们对我的期盼是我努力不懈、不 断前进的动力。感谢我最好的朋友丁爱生和鲍燕寒陪我度过人生中最美好的七 年时光，谢谢你们! v 作者：王彩娟 2 0 1 0 年0 4 月1 2 日 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 1 1 1 雨水利用 城市化使原有植被和土壤为不透水地面替代，造成大量地面硬化，改变了 原地面的水文特性，加速了雨水向城市各条河道的汇集，使洪峰流量迅速形成， 容易造成洪涝灾害。有关试验表明，地面硬化之前正常降雨形成的地面径流量 与雨水入渗量之比约为2 ：8 ，地面硬化后二者比例变为8 ：2 。地面硬化干扰了自 然界水文循环，导致大量雨水流失，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f lj 。建筑与小区雨水利用系统是针对地面硬化而采取的对雨水进行就地 收集、入渗、储存、利用等技术措施，通过土壤入渗调控和地表径流调控，削 减雨水外排总量，保持建设用地内原有的自然雨水径流特征，避免雨水流失， 节约自来水，有利于水资源的涵养与保护，同时还能使整个建设用地向外排放 的雨水高峰流量得到削减，减轻城市排洪的压力和受水河道的洪峰负荷。雨水 作为一种优质的淡水资源，收集和利用方便、污染少、处理简单、不消耗或很 少消耗能源，是解决2 1 世纪水资源短缺的重要途径。 雨水利用的基本方式分为：直接利用、间接利用和综合利用。直接利用是 设置雨水收集系统，将一定汇水面积上的雨水通过收集系统收集并贮存起来， 经处理后用于景观、绿化、浇洒路面、冲厕等。间接利用即雨水入渗，是将雨 水回灌地下，补充涵养地下水资源，改善生态环境，缓解地面沉降、减少水涝 等。这种方式常见的有：下凹式绿地、人造透水地面【2 】。综合利用是前两种方 式的有效结合，实用性强，如利用小型人工湖的湖岸，收集并将雨水引入湖中， 利用湖体做雨水收集池，利用湖畔湿地建立相应的湖水净化系统，控制湖水周 边的污染源，在收集利用雨水的同时使湖水水质得到净化。 雨水利用有以下几个方面的功能：( 1 ) 维护自然界原有的水循环环境；( 2 ) 节水功能：用雨水冲洗厕所、浇洒路面、浇灌草坪、水景补水，还可用于循环 冷却水和消防水，节省城市自来水；( 3 ) 修复城市生态环境功能：雨水入渗增 加土壤的含水量，回灌提升地下水水位，可改善水环境及生态环境。( 4 ) 雨洪 调节功能：雨水收集或下渗，都会减少进入城市排水系统的流量，从而提高防 洪系统的可靠性，减少洪涝灾害。由此可见，建筑与小区雨水利用工程不仅仅 是一项节水工程，更是一项环境保护工程，是城市发展进程中必不可少的环节， 是实现人与自然和谐的有效举措。 1 1 2 中水回用 我国淡水资源人均占有量为世界的1 4 ，是世界上1 3 个贫水国家之一，水资 l 源匮乏已成为制约我国社会经济持续发展的主要因素之一，每年因缺水造成的 直接经济损失高达2 0 0 0 亿元以上。据统计，2 0 0 0 年我国排放的污水量达8 0 0 亿 m 3 ( 其中城镇日排污水量约为1 3 7 亿m 3 ) ，并以每年l8 亿m 3 的速度递增。由于 污水处理效率低，目前排放的污水对工农业生产和农作物安全造成的经济损失 占g d p 的1 5 3 o ，并使全国9 0 城市周围的水域受到不同程度的污染，近 5 0 的重点城镇的集中饮用水源不符合取水标准。强调“治污为本 是保护供 水水质、改善水环境的必然要求，也是实现城市水资源与水环境协调发展的根 本出路。对城市水污染控制来讲，通过中水回用实现污废水资源化的实质是水 的循环和利用，从而减少污染物的排放量。从源头，也就是从排水系统的最小 单元一一居民楼的排水口为一个点源，进行减量和控制。同时由于在排入管网 前的减量处理，大大减轻了城市下水道的运载负荷，也大大减轻了城市污水处 理厂的运转荷载，使得城市污水处理出水能够达到较好的水质状况，减轻对环 境的污染。 建筑中水处理的意义表现在以下几个方面【3 】： ( 1 ) 中水回用，是实现经济效益、环境效益和社会效益的统一。中水回用 一方面实现了水资源的重复利用，节约了水资源，缓解了水资源的供需矛盾； 另一方面中水的处理成本一般低于自来水价格，具有一定的经济性，同时，中 水处理的过程也是污染物的消减过程，有利于保护环境。 ( 2 ) 中水回用体现了优水优用，分质供水的原则。早在1 9 5 8 年，联合国经 济社会理事会就提出了下述政策：除非水源是丰富的，不应将优质水用于可使 用较低水质的场合。实践表明，低于饮用水水质标准的水可用于农业、工业冷 却和城市杂用，而长期以来上述场合大都在使用清洁的水资源。中水回用扩大 了可利用的水资源范围，节约了优质水资源。 ( 3 ) 建筑中水处理有利于推动新技术、新工艺、新材料的发展和应用。城 市污水处理厂规模较大，一般污水量都在万吨以上，投资大、重要性强，投资 者和设计者在工艺选择上相对保守，国内外污水处理厂采用的工艺一般比较传 统，很少选用新技术、新工艺，这对技术发展和科技进步是不利的。而在建筑 中水处理中经常采用新工艺、新技术和新材料，如膜分离( m f 、u f 、n f 、r 0 ) 技术、膜生物反应器、曝气生物滤池、生物活性炭、土壤生物系统、土壤毛吸 处理利用系统等在进一步的推广应用中使得中水工程应用技术登上一个新的台 阶，促进城市污水处理及回用技术的发展。 1 2 国内外雨水及中水利用现状 雨水利用和中水回用是世界各国关注的热点工程，是缓解水资源匮乏的良 好举措，部分发达国家已在该领域的研究与应用方面取得了显著的成果。 2 1 2 1 国内外雨水利用现状 ( 1 ) 国外雨水利用现状及研究成果 随着城市化发展，水资源紧缺、环境污染、生态破坏等问题不断加剧，从 2 0 世纪8 0 年代开始，雨水污染特性的研究、雨水资源化的利用就引起了德、日、 美等发达国家的关注。自1 9 8 3 年九届国际雨水收集系统会议以来，他们就积极 利用雨水来开辟新的水资源，减轻当地的用水负担，保护城市的生态环境。处 理后的雨水主要用于补充地下水源，作为生活杂用水来冲洗厕所、绿地和树木 浇灌、道路清洁、车辆冲洗、建筑施工、喷水池，也可作为冷却水或循环水等 工业用水【4 1 。 德国是欧洲开展雨洪利用工程最好的国家之一。目前德国的雨洪利用技术 已经进入标准化、产业化阶段，市场上已大量存在收集、过滤、储存、渗透雨 水的产品。德国的城市雨水利用方式有三种1 5 】：( 1 ) 屋面雨水集蓄系统：集下 来的雨水采用简单的处理后达到杂用水水质标准，主要用于家庭、公共场所和 企业的非饮用水，如街区公寓的厕所冲洗和庭院浇洒。( 2 ) 雨水截污与渗透系 统：道路雨洪通过下水道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充地下水。城市地 面使用可渗透的地砖，以减小径流。( 3 ) 生态小区雨水利用系统：小区沿着排 水道修建有渗透浅沟，表面植有草皮，供雨水径流流过时下渗。超过渗透能力 的雨水则进入雨洪池或人工湿地，作为水景或继续下渗。 1 9 8 0 年日本建设省就开始推行雨水贮留渗透计划，1 9 8 8 年成立“日本雨 水贮留渗透技术协会 ，1 9 9 2 年颁布“第二代城市下水总体规划”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，要求新建和改建的大型 公共建筑群必须设置雨水就地下渗设施【6 】。日本“降雨蓄存及渗滤技术协会 经模拟试验得出：在使用合流制雨水管道系统地区合理配置各种入渗设施的设 置密度，强化雨水入渗使降雨以5 m m h 的速率入渗地下可使该地区每年排出的 b o d 总量减少5 0 ，有效促进了城市雨水资源化进程。 美国的雨水利用常以提高天然入渗能力为目的【7 】。如美国加州富雷斯诺市 的地下回灌系统，1 0 年间( 1 9 7 1 1 9 8 0 ) 的地下水回灌总量为1 3 3 8 亿m 3 ，其年 回灌量占该市年用水量的2 0 。在芝加哥市，人们兴建了地下隧道蓄水系统，以 解决城市防洪和雨水利用问题。其他很多城市还建立了屋顶蓄水和由入渗池、 入渗井、草地、透水地面组成的地表回灌系统。 总结国外发达国家城市雨水利用的主要经验：制定一系列有关雨水利用的 法律法规；建立了完善的屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水地面组成的地 表回灌系统；收集的雨水主要用于冲厕所、洗车、浇洒庭院、洗衣和回灌地下 水。 ( 2 ) 国内雨水利用现状及研究成果 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 ) 于2 0 0 6 年1 1 月 出版发行，于2 0 0 7 年4 月1 日起施行。规范从水量与水质、系统选型、土壤 入渗系统设计、雨水收集系统、雨水储存与回用系统、水质处理、施工质量验 收与维护管理等方面做了具体研究与规定。该规范的制定和出台填补了我国目 前建筑与小区雨水利用规范的空白。人们开发再生水源以及其他一些节水措施 的同时，也普遍认识到雨水资源是一种宝贵的淡水资源。我国雨水利用起步较 晚，目前主要在缺水地区有一些小型、局部的非标准性应用。比较典型的有甘 肃的“1 2 1 工程、陕西的“甘露”工程，宁夏的“窑窖 工程、大连的獐子 岛和浙江省舟山市葫芦岛等雨水集蓄利用工程【6 】。许多城市面临着水质型或水 量型缺水的问题，部分大中城市( 北京、上海、深圳等) 相继开展研究和应用工 作，取得了一些成就。 北京市属于人类活动强烈影响下的资源型重度缺水大都市，其雨水利用分 为3 个发展阶段，起步探索阶段( 1 9 8 1 年1 9 9 9 年) ，深入研究与示范工程阶段 ( 2 0 0 0 年 - 2 0 0 5 年) ，大范围推广实施阶段( 2 0 0 6 年至今) 。2 0 0 0 年北京明确提出 建设市区雨水资源利用工程，2 0 0 0 年2 月，中德合作“北京城区雨洪控制与利 用”项目启动，在北京市政府的支持下，4 年间共建设5 种模式、6 个不同的雨 水利用工程示范小区和1 个雨洪利用中心试验场。2 0 0 3 年4 月起，北京开始实 行关于加强建设工程用地内雨水资源利用的暂行规定。目前，北京市节水 管理中心已经在全市范围内建成了6 0 0 多处集雨工程，今年年内新建3 0 0 处集 雨工程。主要分布在社区、机关单位、学校和企业。北京奥运场馆雨水综合利 用率超过8 0 。雨水利用主要包括三大主要类型( 集蓄、渗透、综合利用) ；空 间分布特征表明，郊区多于城区，郊区以蓄水池为主，城区以入渗为主。 上海在雨水利用方面刚刚起步，利用率不足1 0 。今后几年，上海计划在 这方面取得较大突破。农业方面，全市将努力推广利用大棚顶盖回收雨水，经 沉淀过滤后浇灌瓜果蔬菜；道路建设中，在路面和广场大力推广渗水材料和结 构，让大部分地面的雨水径流成为回灌水源；在高架道路两侧，全市拟在地下 建设若干蓄水池，使沿高架路流下的雨水可以就地“回收 ，用于“养育 高 架道路旁的花草树木；对于有条件的一些屋顶，上海市将提倡建设蓄水系统， 利用蓄积的雨水来冲洗道路、洗车等。 深圳市作为一座缺水城市，深圳对节水的力度逐年加大。继2 0 0 5 年3 月 深圳市节约用水条例正式实施后，深圳市建设项目用水节水管理办法 自2 0 0 8 年5 月1 日起施行。实施后凡新建项目除须雨污分流外，还必须配套 建设非传统水资源利用设施，将雨水综合利用与中水利用相结合，保证项目建 成后区域内洪峰流量不增加，面源污染不出小区，雨水及中水利用基本满足区 域内园林绿化及冲厕用水需求；新建工业区必须实行分质供水，配套建设污水 回用或海水利用管网系统；新建公园绿地、景观、道路浇洒等用水一律优先从 非传统水资源开发利用渠道解决。 4 1 2 2 国内外中水回用现状 世界上很多国家都存在淡水不足的问题，中水的开发利用在一定程度上满 足了这些国家和城市发展对淡水的需求。随着污水深度处理的发展，中水技术 在很多国家获得推广应用。日本是世界上最早研究利用中水的国家，而美国、 德国、苏联、南非、印度、英国等国家也相继建立了中水工程。 日本的中水道设施大致有三种形式：个别循环方式，即一栋建筑物设置一 套废水处理装置，把厨房和盥洗室等排出的废水加以处理、净化，再用于冲洗 厕所等，这种方式最为常见；其余两种是地区循环方式和广域循环方式，适用 于大范围的工业园区、住宅小区的中水处理和利用。日本在1 9 8 9 年有8 4 4 套中水 设施，东京市就有日处理量约为2 0 0 m 3 的中水系统建筑物6 0 余座1 8 j 。日本的下水 道普及率按人口计算目前已达6 0 ( 大城市为1 0 0 ) 。 美国是当今世界上最发达的国家，在水务管理上也处于领先地位。中水作 为一种替代水源，已成为美国城市水资源的重要组成部分。据统计，1 9 7 5 年的 中水利用量约占总取水量的3 8 7 ，并以每年4 5 递增 9 1 。从美国回用水的 用途上看，中水主要用于农作物灌溉、回灌地下水、景观与生态环境用水以及 工业用水。佛罗里达州的圣彼得堡，是美国一完全实现污水循环的大城市，它 利用了自己产生的全部污水，不向周围河湖排放任何污水。这个城市有两套配 水系统，一套系统输送新鲜淡水供饮用和家庭用水，另一套系统输送中水用于 灌溉、绿地、草坪以及清洗车辆等其他用水标准较低的地方。 为解决水资源与用水需求之间的矛盾，以色列1 0 0 的生活污水和7 2 的城 市污水得到了回用。现有2 0 0 多个污水回用工程，规模最小为2 7 m 3 d ，最大为 2 0 8 0 m 3 d ，处理后的污水4 2 用于农业灌溉、3 0 用于地下水灌溉，其余用于工 业及市政建设等。南非温得和克市已建成处理能力为4 5 0 m 3 d 的污水回用作中水 的系统。印度孟买已建成7 座处理能力为15 0 - 2 5 0 m 3 d 的中水工程，用于补充 空调冷却用水【l o 】。而我国在中水回用方面起步较晚，但随着城市用水的日益紧 张，特别是在广大北方缺水地区，中水技术得到了很快的发展。但中水回用已 受到广泛关注，尤其在缺水城市。 19 9 9 年建设部标准定额司开始了建筑中水设计规范修编的准备工作， 2 0 0 3 年1 月1 0 日建筑中水设计规范通过建设部组织的联合审查并正式发布， 标志着中水设施建设进入全国推进的新阶段，对进一步推动和规范我国建筑中 水的技术发展起到重要作用。 我国北京市目前已建成首都机场、中国国际贸易中心、清华浴池等几十项 中水工程，总设计能力约3 0 0 0 m 3 d 。北京已建成的建筑中水设施主要集中在宾 馆、饭店和大专院校。再生水的水源主要来自洗浴、盥洗等杂排水，经处理达 到再生水水质标准后，再用于冲厕、洗车和绿化等。除此之外，现有2 6 个工业 企业实现污水再生利用，主要用于建材行业的磨削用水、造纸用水以及厂区内 5 部的杂用水。北京市中水设施建设管理试行办法规定：新建的面积2 万m 2 以 上的旅馆、饭店、公寓等，新建的面积3 万m 2 以上的机关、科研单位、大专院校、 大型文化体育建筑等，按规定应配套建设中水设施的住宅小区、集中建设区等都 应配套建设中水设施，现有建筑属前两项的可根据条件逐步配建中水设施。 除北京外，大连、青岛、天津、太原、深圳等城市也先后建成一系列中水 工程。除集中中水回用外，还有分散型的污水回用，如小区中水回用、大型商 业楼、酒店等。如大连香格里拉大饭店中水回用工程设计规模为6 0 m 3 d ，采用 m b r 工艺，占地4 8 m 2 。2 0 0 1 年1 0 月投产以来运行性能良好，出水水质c o d 为 3 9 2 7 8 4 m g l ( 平均6 1 6 m g l ) ，b o d 为o 4 5 o 6 7 m g l ( 平均o 5 7 r a g l ) ， s s = 0 m g l ，其水质完全达到了生活杂用水水质标准【1 1 1 。青岛市海泊河污水 处理厂的中水回用试点工程已经启用，通过中水管网的总体规划，使青岛市的 中水供应由原来的4 万m 3 d 增加至u 2 0 0 万m 3 d ，广泛回用于水面景观、城市绿化、 道路喷洒、汽车冲洗、居民冲厕、工程施工及工业冷却等领域，以缓解青岛市 的用水供需矛盾。 1 2 3 合肥市雨水及中水利用现状 合肥市位于安徽省中部，地处江淮丘陵，巢湖之滨，泛长三角区域西端； 通江达海，承东启西，贯通南北，连接中原的重要区位优势。市域总面积7 0 2 9 4 8 平方公里，户籍总人口4 8 6 7 4 万人，城镇化率6 2 4 。合肥属亚热带湿润季风 气候，全年气候特点是：四季分明、气候温和、雨量适中、春温多变、秋高气 爽、梅雨显著、夏雨集中。年平均气温15 7 度，降雨量近l0 0 0 毫米，日照两千 一百多个小时。合肥地区主要利用地表水，全市境内有巢湖、瓦埠湖、高塘湖 三个自然湖泊。通过淠史杭灌溉和驷马山引水工程，西可引大别山水，东可提 长江水。合肥市水环境存在的主要问题是水污染严重，地表水体除瓦埠湖、高 塘湖水质较好，其余河流水系均受到不同程度的污染。合肥市属于水质型缺水 城市，人均水资源占有量少。根据安徽省水资源及开发利用调查评价 ( 1 9 5 6 2 0 0 0 ) ) ) ，多年平均地表水资源量为1 9 9 亿m 3 ，人均占有地表水资源量5 9 3 m 3 ，约为全省人均占有量的一半左右，水利部全国主要缺水城市供水水源规 划报告将合肥市列为全国重点缺水城市之一【l 引。 目前合肥市“1 4 1 ”区域范围，总供水能力为9 8 4 4 万m 3 d ，基本覆盖了中 心城区及重点建制镇，水源主要为附近的水库及地下水，其中中心城区分别从 董铺水库( 需上游淠史杭补水) 和巢湖取水。现在合肥最高日用水量为8 1 7 万 立方米，根据预测，2 0 l o 年最高日用水量为1 2 0 6 6 万m 3 ，2 0 2 0 年为1 7 9 7 8 万1 1 1 3 。2 0 0 8 年5 月，合肥市规划局开展了推广雨水收集利用的课题调研，对 合肥市新华学府春天、柏景湾居住小区雨水利用收集系统进行了经济分析和综 合评价，为合肥市小区建设雨水利用系统起到示范作用。 6 合肥市是华东地区首个建设中水回用工程的城市，该工程也被列为全国污 水处理回用示范项目之一。设计总规模为2 0 万吨日，计划分二期建设。合肥 市中水回用一期工程位于王小郢污水处理厂南侧，设计规模1 0 万吨日。王小 郢污水厂的出水经过“混凝一一过滤一一消毒”等工艺处理后，出水达到国家 景观用水标准，补给到包河、银河、雨花塘等环城景区。2 0 0 5 年，合肥市建设 完成了雨花塘至琥珀潭、黑池坝、杏花公园的中水连通管道。目前，合肥市环 城景区水体除逍遥津外，已全部使用中水供给。 1 3 课题研究内容 本课题针对目前雨水利用和中水回用存在的问题，对雨水利用径流系数、 水量平衡分析、蓄水池容积、渗透设施设计、雨水和中水经济指标计算方法及 效益分析等问题进行研究，以合肥市建筑与小区雨水及中水利用为背景，作了 实例计算分析，提出了城市雨水及中水合理利用的建议。 7 第二章建筑与小区雨水利用技术研究 2 1 研究内容及思路 2 1 1 研究内容 以合肥市连续8 年降雨资料为基础，结合学校、住宅、办公楼三种类型的 小区建筑平面图，确定实际汇水面积，利用综合雨量径流系数计算每天的降雨 量，按照规范上的定额计算每天的杂用水量。采用日雨水水量平衡计算方法， 首先设定几个大小不同的蓄水池容积，然后分别计算各个容积下的年雨水利用 率和自来水替代率，通过外排雨水流量径流系数和效益费用比这两个指标来综 合确定合理的蓄水池容积。 ( 1 ) 建筑与小区流量径流系数确定 建成后建筑及小区排入市政雨水管道的流量，应小于等于建成前排入市政 雨水管道的流量，流量径流系数是确定外排流量的决定性因素【l 引。由于建成后 地面硬化，导致径流系数增加，雨水利用设施通过利用( 入渗和回用) 雨水可 降低径流系数，建成后小区的流量径流系数也应小于建成前的流量径流系数。 根据合肥市实际日降雨资料，拟定切实可行的雨水利用方案，根据日雨水平衡 计算，确定雨水利用设施建成后的流量径流系数。 ( 2 ) 建筑及小区雨水利用水量平衡分析，确定雨水利用设施的调蓄能力 雨水经过初期弃流后水质较好，经简单的沉淀和过滤后，主要用于景观水 的补充，清洗路面，绿地的浇灌等方面。收集利用后多余的雨水可以进行入渗处 理，绿地和铺砌的透水地面的适用范围广，宜优先采用。 各建筑和小区可以结合实际情况，确定雨水利用的途径，对降雨量和用水 量进行日水量平衡分析，计算不同蓄水池容积下的雨水利用率和自来水替代率， 作纵向比较；再对不同规模的各类建筑蓄水池作横向比较。 ( 3 ) 建筑与小区雨水入渗能力研究 建筑与小区雨水利用根据其用途可以分为直接利用和间接利用。雨水直接 利用系统主要是将汇流面上的径流雨水集中收集、调蓄处理后用于绿化、洗车、 道路喷洒、厕所冲洗等。雨水间接利用系统主要是使用多种措施强化雨水就地 入渗，使更多雨水留在城市境内并渗入地下以补充地下水。即使下渗量较小、地 下水位太深或受地质条件限制以致下渗雨水不能进入地下含水层，至少可增加 浅层土壤的含水量、调节气候而遏制城市热岛效应，还可减小径流洪峰流量及洪 涝灾害威胁【1 4 1 。此外，雨水入渗的另一优越性是能充分利用土壤的净化能力，这 对城区径流导致的面源污染控制有重要意义。雨水下渗能够促进雨水、地表水、 土壤水及地下水之间的“四水 转化，维持城市水循环系统的平衡。因此，强 化雨水入渗是增加地下水源、减少城市雨洪量、改善城市环境的有效途径。 雨水入渗可采用绿地入渗、透水铺装地面入渗、浅沟与洼地入渗、浅沟渗 8 渠组合入渗、渗透管沟、入渗井、渗透管一排放系统等方式。 ( 4 ) 雨水利用效益分析 实施雨水利用工程，能够有效的利用雨水资源，减轻市政自来水供水压力， 具有可观的经济效益；雨水利用设施能够蓄积利用雨水，减轻市政排水管网负 荷，具有在洪峰期防止内涝的功能，而且能够回灌地下水涵养水资源，环境效 益显著；雨水利用工程也是城市环境绿化、水景补水的主要用水来源，创造了 较高的社会效益。 2 1 2 研究思路 建筑与小区雨水利用工程技术规范规定，雨水利用工程应满足建设用 地外排雨水设计流量不大于开发建设前的水平或规定值。按照因地制宜的原 则，采用雨水收集回用系统、入渗系统、调蓄排放系统等方式的一种或其组合。 雨水收集后主要用于景观用水、绿化用水、杂用水等。用框图表示如下： 匝亟亟日医亟司固匡基盈目 日匿丕囫西医圃日固 图2 - 1 雨水利用研究思路 f i g 2 - 1t h er e s e a r c hm e n t a l i t yo fr a i n w a t e ru t i l i z a t i o n 2 1 3 存在的问题 雨水利用技术随着工程实践的增加日趋成熟，但在雨水的收集设施计算方 面还存在一些有待解决的问题。 ( 1 ) 月或年水量平衡计算与日水量平衡计算比较 以年为周期按月水量平衡分析的方法，目前被广泛用于小型水资源利用建 设项目设计中。以月或年回用管网用水量与最大月或年降雨量进行水量平衡分 析，得出的结论是基本不依赖自来水补水，此方法的优点是计算简单，但结果 与实际情况不符，会产生两个问题：计算出来的可利用的雨水量不是实际值： 难以准确确定蓄水池的容积，进而无法准确计算雨水利用成本。 日平衡算法首先设定一系列不同的蓄水池容积，整理一年中每日的降雨及 用水量资料，依照日水量平衡原理进行计算机模拟计算，可得各容积下年雨水 利用率和自来水替代率，最后进行经济分析比较，确定合理的蓄水池容积l i 5 1 。 ( 2 ) 雨水下渗方面 下渗是雨水利用的重要方式，若在现实雨水利用工程中不考虑下渗，将很 9 难满足外排流量建成后不大于建成前的要求。目前的开发商一般只重视眼前利 益，不愿投资于雨水渗透设施，这对雨水利用的开展工作造成一定的困难。 ( 3 ) 经济效益分析方面 在雨水利用经济效益分析方面，国内的经济效益很粗糙，一般都是从项目 本身角度进行财务分析，以经济效益为主要目标，没有考虑社会和环境影响所 产生费用或效益，不能全面考察雨水利用项目经济性。本研究选用费用一一效 益分析方法，寻求以最小的费用获取最大的产出效益，改变了项目经济分析中 主要计算盈利性指标的作法，实现了间接效益的量化，使建筑与小区雨水利用 经济分析便于操作，快速准确地评价项目的可行性。 ( 4 ) 研究中采用的降雨历时应与市政管道设计降雨历时相一致。 部分文章在计算雨水利用设施时采用降雨历时的单位比较混乱，得出的结 果也是有争执的。 2 2 径流系数计算 2 2 1 雨量径流系数织 雨量径流系数是指设定时间内降雨产生的径流总量与总雨量之比。 确定各类性质地面的面积与总汇水面积的比值，然后由各种地面的雨量径 流系数加权得到平均径流系数， 仍= s j 仍 ( 2 - 1 ) 式中墨各类地面所占的百分比； 仍各种地面的径流系数，可按下表【1 3 】选取： 表2 - 1 雨量径流系数 t a b 2 1r a i n f a r u n o f fc o e f f i c i e n t ! 垫亘壁耋堕量堑亟墨墼匕 硬屋面、未铺石子的平屋面、沥青屋面 o 8 0 9 铺石子的平屋面 绿化屋面 混凝土和沥青路面 块石等铺砌路面 干砌砖、石及碎石路面 非铺砌的土路面 绿地 水面 地下建筑覆土绿地( 覆土厚度 一5 0 0 m m ) 地下建筑覆土绿地( 覆土厚度 1 本文对学校、住宅和办公楼三种不同类型建筑小区雨水集蓄利用规模分别 做了研究，研究结果见下表： 5 2 雨水渗透利用系统 5 2 1 小区概况 4 7 雨水渗透利用系统拟采用合肥市海顿公馆住宅小区，一期用地面积 5 8 1 4 h m 2 ，规划总建筑面积1 4 8 0 9 0 8 5 m 2 ，建筑密度2 2 8 0 ，绿化率5 5 9 ， 规划居住总户数为3 4 4 7 ，容积率3 0 。该区地下水最高水位低于渗透底表面1 2 m 以上，土壤渗透率大于1 0 _ 6 m s ，地面坡度不大于1 5 ，适于进行雨水渗透。 5 2 2 小区雨水渗透方案 每栋建筑单独设置一段无砂混凝土渗透管沟，将每栋建筑的雨落管引入初 期弃流装置，屋面雨水径流经初期弃流后流入覆盖草皮的浅沟，得到进一步的 净化后通过进水井进入渗透装置，各组渗透装置通过连接管互相连接，几组渗 透装置共用一个溢流管，溢流管与市政管线相连。建筑周围的绿地低于小区内 的路面，道路路面沿其中轴线向两侧绿地倾斜，这样道路雨水将流入绿地内进 行渗透处理。 5 2 3 渗透设施设计 以c 一8 撑楼的渗透设施装置为例进行计算说明，屋面面积约为6 4 0m 2 ，径流 系数0 9 ，由两根雨落管将径流引至地面，在雨落管末端设计两个初期雨水弃流 池，有效地控制进入渗透设施的雨水水质。采用植被浅沟一一渗渠联合运行， 设计重现期取p ：o 3 3 年，步骤如下【3 9 】 4 0 】： ( 1 ) 渗渠断面的确定 渗渠中心采用无砂混凝土矩形沟，根据构造和施工作业要求，中心无砂混 凝土沟断面为3 0 0 r a m 3 0 0 m m ，壁厚5 0 m m 。外填粒径为1 0 2 0 m