无锡城区雨水径流滞留与利用建设可行性研究报告

无锡城区雨水径流滞留与利用可行性研究同济大学无锡市建设局无锡市政公用事业局2008.4前言PAGEIII目录TOC\o"1-2"\u前言 1第一章无锡概况 31.1地理概况 31.2 气候概况 41.3 城市水资源概况 41.4 地质背景概况 7第二章国内外城市雨水管理技术理论与应用现状 102.1城市雨水管理技术与理论的发展 102.2 城市雨水管理新思想的实践 122.3 国内城市雨水管理的现状及存在问题 15第三章屋面雨水收集利用 183.1 屋面雨水利用概述 183.2无锡市利用屋面雨水的可行性 193.3无锡市屋面雨水水量、水质和收集利用方法 193.4存储池设计 253.5无锡市屋面雨水利用规模分析 29第四章重污染区域初期雨水就地滞留 364.1雨水就地滞留系统介绍 364.2无锡城区重点区域采用雨水就地滞留技术的必要性 374.3无锡城区应用雨水就地滞留技术的可行性 384.4无锡市雨水就地滞留池的设计 39第五章绿地蓄渗削减地表径流 435.1下凹式绿地的定义 435.2绿地蓄渗措施的应用范例 445.3无锡市利用绿地蓄渗雨水的可行性分析 465.4下凹式绿地的设计 50第六章敞开式地面排水系统 556.1敞开式地面排水系统定义和特点 556.2植草洼地/排水沟适用类型及适用范围 556.3敞开式地面排水系统的设计和维护 576.4敞开式地面排水系统在无锡的应用分析 63第七章透水性路面的应用 657.1透水性路面概述 657.2透水路面设计要求 667.3透水铺装的技术要点 677.4无锡透水性路面使用分析 727.5效果评价 75第八章无锡城区雨水径流综合控制体系 768.1城区地表径流污染控制 768.2城区径流源头控制的规划管理 778.3无锡城区径流污染源头控制系统 78第九章无锡城区雨水径流综合管理策略 839.1国内外雨水径流管理策略 839.2无锡市雨水径流综合管理策略 849.3建议 87PAGE85前言城市降雨径流具有利害两重性。利在降雨是城市水资源的主要来源之一，提供城市可持续发展所必须的水体资源、生态环境资源和生物多样性的环境，保证城市功能的正常发挥；害在高强度降雨引起的洪涝造成城市财产损失和人员伤亡、大量地表径流直接排入地表水体形成面源污染。无锡市区城市化进程的快速推进造成雨水的利害关系失去平衡，负面作用被不断放大，大量原有的疏松透气透水的地表被不透水材料覆盖，不透水面积迅速增加，阻隔了雨洪向市区地下土壤的渗透，降雨径流大量通过管道外排，无法实现自然下渗，明显改变了城区的水文循环。原有天然河流的渠道化导致更快产流和更高的洪峰。在城市这样相对小的区域里对于自然环境的这些改变，还给城市下游流域防洪带来不利影响。同时由于城市地下水得不到应有的补充，加之地下水超采，苏锡常地区形成了地下水下降漏斗。出现了地面沉降、裂缝、水质恶化等地质灾害问题。城区地面径流系数的提高不仅增加了城市排水系统和防洪工程的投资以及雨洪灾害的风险，而且加剧了城区面源污染，对城区生态环境造成损害。雨水径流的滞留指综合系统地运用工程的和政策、规范、经济、管理、技术、调度等非工程措施，将常规排入城市雨水管道的径流在安全、经济可行和社会公平的前提下部分储存为可利用的内陆水。雨水径流的利用就是通过工程技术措施收集、存储并利用雨水，同时通过雨水的渗透、回灌、补充地下水及地面水源，维持并改善城市水循环系统。无锡市领导已经充分意识到以雨水滞留和利用为主要内容的雨水径流管理对于控制地表水体污染的必要性和对于防洪排涝的重要性，在新一轮的治理太湖、保护水源“6699”行动中，将雨水滞留和利用研究作为“城市生态重建恢复行动”的一项主要内容，列为政府督办项目。为了对实现上述目标提供政府指导、管理方面的支持，本项目对无锡城区径流滞留利用开展宏观层面的可行性研究。本课题的研究具有以下特点。鉴于无锡市地处江南水乡，年降雨充沛，境内河网弥补，属水质型缺水，片面强调雨水的收集利用在经济上并不合理，不具备可持续性，因此本报告编制的原则为“渗蓄和控污为主、利用为辅”。无锡市城区雨水滞留和利用目标，着重在于减轻城区防洪排涝压力、缓解城市地下水水位下降趋势、控制雨水径流面源污染、改善城市生态环境，保障无锡市经济、社会和环境的可持续发展。同时，无锡市是省级节水型城市，探索雨水的科学合理利用之路，可以提高非常规水源的利用率，巩固节水型城市的建设成果。开展项目研究的另一个任务是，支持无锡市创建国家级生态园林城市。按照建设部《关于印发创建“生态园林城市”实施意见的通知》（建城[2004]98号），要求生态园林城市的“建成区道路广场用地中透水面积的比重≥50%”。2007年5月无锡市政府办公室转发市园林局无锡市创建国家生态园林城市工作方案的通知（锡政办发[2007]81号），要求到

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年实现该项指标要求。通过开展雨水滞留可行性研究工作，研究透水性路面的适用条件，不断提升透水性路面的建设水平，扩大透水性路面建设比例，有助于推进国家级生态园林城市的创建工作。本项目的直接目的是探讨雨水径流源头管理措施在无锡市的适用条件，提出应用源头控制的技术要求以及管理政策，为制定无锡市制定“关于加强新建建设工程城市雨水资源利用的暂行规定”等雨水综合管理办法提供技术支持。鉴于时间与条件，课题对城区径流的滞留、利用技术仅提出了初步的建议；由于作为项目研究基础的一些数据暂时没有条件完成实地调查，借用了临近城市上海或苏州的数据。这些不足之处还需要在今后的实际工作中补充完善。除了参加研究单位同济大学、无锡市建设局、无锡市市政公用事业局之外，本项目的研究工作还得到了无锡市国土资源局、无锡市节水办等相关部门的大力协助，在此表示谢忱。第一章无锡概况无锡概况1.1地理概况无锡市位于北纬31°7′至32°2′，东经119°33′至120°38′，长江三角洲江湖间走廊部分，江苏省东南部。东邻苏州，距上海128公里；南濒太湖，与浙江省交界；西接常州，距南京183公里；北临长江，与泰州市所辖的靖江市隔江相望，沪宁铁路横亘东西，京杭运河纵贯南北，水陆空交通便捷，是江苏省重要的交通枢纽（图2-1）。全市（包括市区和江阴、宜兴）总面积为4787.61平方公里，其中山区和丘陵面积为782平方公里，占总面积的16.8%，水面面积为1502平方公里，占总面积的31.4%；市区面积1622.64平方公里，水域面积占510.44平方公里。2005年全市人口总数452.8万，其中市区228.5万人。无锡市下辖江阴、宜兴两个市(县)和崇安区、北塘区、南长区、锡山区、惠山区、滨湖区和新区七个区，市区南濒浩渺太湖，西抱锡、惠二山，中有千年古运河，古老而充满现代气息，繁华而又宁静。图1-1无锡市地理位置图无锡境内除宜兴南部属丘陵山区外，地势平坦，间有低山矮丘，河流湖泊纵横交织，气候温暖湿润，土地肥沃，物产丰饶，山明水秀，风景佳绝，水美土肥，物产丰富，是全国著名的鱼米之乡。无锡四季花果飘香，盛产水蜜桃、柑桔、巨峰葡萄、梨、杨梅等水果，还是江苏省重要茶叶产区。太湖水域辽阔，水产资源丰富，湖内“太湖银鱼、太湖白虾、梅齐鱼(凤尾鱼)”被称为太湖三宝。无锡市经济发达，风景秀丽，是中国十五个经济中心城市和十个重点旅游城市之一，又是首批中国优秀旅游城市。凭借改革开放的活力，无锡人民创造了历史上从来未有过的辉煌，跨入了全国综合实力50强和投资硬环境40优的行列。所辖原锡山市（现为锡山区、惠山区）多年评为全国百强县之首，号称“华夏第一县”。1.2气候概况无锡市属北亚热带湿润区，受季风环流影响，形成的气候特点是：四季分明，气候温和，雨水充沛，日照充足，无霜期长。1月平均气温在2.8℃左右；7月平均气温在28℃左右。全年无霜期220天左右。无锡市区年平均降水量在1048毫米。雨季较长，主要集中在夏季。全年降水量大于蒸发量，属湿润地区。无锡市区日照时数2019.4小时。常见的气象灾害有台风、暴风、连阴雨、干旱、寒潮、冰雹和大风等。由于受太湖水体和宜南丘陵山区复杂地形等的影响，局部地区小气候条件多种多样，具有南北农业皆宜的特点，作物种类繁多。但是由于无锡市只有年均降雨量的统计值，而缺乏降雨特性参数的统计资料，给研究中雨水滞留调蓄容量的计算带来困难，本研究中将利用与无锡相近的上海资料来进行说明和计算。1.3城市水资源概况1.3.1水系概述无锡市地处长江三角洲低洼平原，太湖流域中部，南濒太湖，北枕长江，区域内水网密布，河道纵横，为典型的平原水网地区，分属长江下游干流、太湖湖区及南溪三大水系。全市水域面积为1502平方公里，占总面积的31.4%，以江南水乡闻名于世，水资源量相对比较丰富，年可供水资源总量（计入境水量）92.7亿立方米，人均水资源占有量2096立方米。但总水资源量的60%以上都是外来水，年入境水量71.9亿立方米，本地水资源并不丰富，仅为20.8亿立方米，长江、太湖是无锡市水资源量的主要补给源。全市现有大小河道6288条，总长7998公里，其中市区河道2952条、2627.4公里，主城区河道152条，145.5公里。河道作为城市的基础设施之一，其调蓄雨洪功能是确保城市防洪排涝安全的必要条件。同时，河流水系在供水灌溉、构成城市景观、传承古代文化、保护生态环境、改善城市小气候等方面都起着重要的作用。无锡城区水网密布，但河道的水环境质量较差，水体长年黑臭，给周边居民工作、生活带来严重影响，也与无锡特大城市建设不相符。1.3.2水环境质量1.地表水太湖水环境的主要问题仍为湖泊富营养化和局部区域的有机污染。太湖无锡水域的五里湖、梅梁湖、太湖沿岸等水域几乎都是重污染级，重要污染物为总磷和总氮。经过多年综合整治，各湖区的富营养化虽然有不同程度的减缓趋势，但是太湖水中氮和磷浓度依旧偏高，以致很难达到控制标准以下，所以依然存在蓝藻暴发的隐患。全市河道众多，地表水资源较丰富，外来水源补给充足。但由于污染，且运河比降很小，约1厘米/公里左右，导致水流流向多变和河流速很慢，水体自净能力较差，导致内河水体功能下降甚至丧失。城市河道水质普遍劣于Ⅴ类，影响城市河道水质的主要污染物指标是氨氮、五日生化需氧量。2004年，无锡市环境监测中心站在全市45条主要河道以及太湖、西氿、滆湖、横山水库等主要水域布设了64个地表水水质监测断面（点）。全年对这些监测断面（点）的监测资料表明：无锡地区总体水环境状况与上年相近，水质污染依然严重。除宜兴横山水库、长江江阴段处于Ⅱ～Ⅲ类水外，其余水体均劣于Ⅲ类水。全年有1.9%的监测断面（点）符合Ⅱ类水标准，4.7%的监测断面（点）为Ⅲ类水，9.0%的监测断面（点）为Ⅳ类水，15.3%的监测断面（点）为Ⅴ类水，69.1%的监测断面（点）劣于Ⅴ类水（图2-2）。主要超标项目（超标指超过《地表水环境质量标准》（GB

3838-2002）Ⅲ类水标准）为溶解氧（DO）、高锰酸盐指数（CODMn）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、挥发酚（Fn）等。图2-22004年无锡各主要水质检测点水质情况从上述水质现状分析可以看出，无锡市的河流湖泊污染已经非常严重，水质的劣化大大降低了水资源的可利用率，形成水质型缺水，并对城市供水水质的安全构成威胁。近几年来，全市污水和污染物排放呈逐年减少趋势，地面水环境质量有所改善。但受上游来水水质较差的影响，而且工业增长的速度很快，污水和污染物的排放很难大幅度降低。根据国外对面源污染进行的大量研究表明，在点源污染得到基本治理以后，城市暴雨径流成为水体污染的主要来源。无锡市以往在新城区建设中往往没有将面源污染控制纳入城市污染控制体系中。因为面源污染控制工程很多处于地下，新城区一旦建成，治理十分困难。传统的降雨快排快泄理念已不能满足水环境保护要求，在雨水排水系统设计理念和工程技术上需要不断创新，不仅在“汇－流－泄”全过程中需要污染控制技术，受水资源日益短缺的影响，还需要雨水的滞留和综合利用方法，在提高工程设施运行效率的同时需要通过自然生态的和人工设施生态化手段，综合解决和利用城市排放物和暴雨径流问题，在城市建设中融合面源污染控制的思想，协调城市改造与面源污染控制的关系，是解决无锡市水环境问题所遇到的新挑战。2.地下水无锡市域原是地下水资源丰富的地区之一，全市地下水水质好，适宜饮用、取水距离近、水温夏凉冬暖，这些特点使地下水开发利用成为全市水资源开发利用的不可缺少的一个部分。上世纪80年代，由于河水受到越来越严重污染，使河水失去了较大部分工业用水的功能，而地面自来水又供应不到广大农村，此时又正值乡镇企业蓬勃发展之时，不得不大量开采地下水以解燃眉之急，深层地下水成为锡澄片乡镇工业和居民生活主要供水水源。全市在上世纪80年代末到90年代进入深层地下水开采高峰期。地下水的利用分别经历了少量开采、适量开采、大量开采、集中过量开采、计划开采和禁采六个阶段。从2005年起锡澄片基本为禁采阶段。2005年底开采用深井仅剩18眼，2006年年开采量估计仅为120万立方米。由于大量开采深层地下水，超过地下水允许开采量，致使地下水水位急剧下降。在禁采之前，地下水水位年下降速率达到2～3米，水位埋深由原始水位2米左右一直下降到60～85米，降落漏斗不断扩展，整个地下水漏斗区面积达500多平方公里。其中地下水降落漏斗中心洛社、石塘湾一带承压水头埋深达85米。无锡西北部的洛社、石塘湾、玉祁、前洲、杨市等乡镇，水位埋深普遍大于80米，处于疏干开采状态，其面积逾100平方公里。地下水水资源包括浅层淡水、深层承压水和微咸水。无锡市第四纪地质属滨湖沼相沉积夹有长江古河道冲击沉积。第四纪沉积厚度从东到西一般约130－200米，除潜水含水层外，主要有第1、第2承压含水层。第2承压层，含水层厚度20－50米，顶板埋深在110－120米左右，单井出水量一般1000～2000m3/d，水质较好。1.4地质背景概况无锡市内地貌类型主要为冲湖积和湖沼积平原，地势低平为其基本特点。平原地区第四纪地层厚度一般达100—300米，为一套多层状结构组成的松散沉积物。其间夹有不同时期形成的湖沼相、海相软土层和古河道相松散砂层，在剖面上岩相变化大。松散砂层赋存丰富的孔隙地下水，水质优良。在强烈开采地下水作用下，这些松软土层极易产生压密固结而产生地面沉降。无锡地区虽然第四系沉积分布连续性较好，但其发育特征受构造、基底起伏条件控制，厚度变化较大。由于无锡市缺乏对本项目的研究影响很大的土壤渗透系数统计统计资料，因此本项目在无锡市有关部门的帮助下进行了一些典型点的调查，调查结果见表1-1。需要说明的是，表1-1中的渗透系数虽然都很小，但均不包括表土，实际情况是无锡市区经过漫长的人类活动，特别是出于防汛排涝的需要而不断垫高地面，其表层土已基本置换为杂填土，从查到的资料来看，不同地区厚度在1～3米不等。表1-1无锡市区范围内部分典型点的渗透系数调查表区域序号地点地理位置地下水位埋深（m）地下水位（黄海高程）m表土下原状土渗透系数统计cm/s水平渗透系数垂直渗透系数惠山区1无锡毓秀苑小区玉祁镇0.72～1.201.40～2.304.82E-077.45E-072天力花园堰桥镇镇政府南侧2.30～2.701.95～2.354.53E-065.86E-063无锡顺驰地产有限公司理想城市北靠金惠路，西靠惠山大道1.05～1.201.87～2.314.68E-073.99E-07锡山区4鸿运苑B区鸿山镇1.50～2.102.05～2.563.68E-075.01E-075首创天一中学北地块东亭镇，天一中学北0.95～1.252.66～2.985.31E-074.59E-076美林小城东亭镇，友谊路南侧0.80～1.402.06～2.883.12E-062.65E-067春江花园三期东亭镇，学前东路北侧1.20～1.451.71～2.242.87E-063.24E-06北塘区8龙塘岸拆迁安置房A、B块市北高中北面，东靠广石路0.65～1.100.45～0.825.73E-065.01E-069无锡市北塘区新建教育中心风宾路以西，南靠民丰路0.65～1.001.53～1.714.39E-063.81E-06崇安区10无锡八佰伴改建项目原八佰伴商贸中心西南面1.20～1.501.90～2.202.33E-063.19E-06南长区11达伶港南靠永乐路，北为永丰路0.90～1.251.98～2.234.02E-063.29E-0612无锡市医疗中心北靠金城路，西靠清扬路0.75～1.052.11～2.676.16E-077.54E-0713新乐苑南长区金星街道西侧，周新路南0.55～1.101.86～2.393.87E-073.40E-07滨湖区14徐巷农贸市场梅园西侧0.85～1.050.85～1.054.75E-065.50E-0615奥林花园D块建筑路北侧，蠡溪路东侧0.80～1.152.76～3.095.43E-066.09E-0616无锡广电传媒中心广电集团，湖滨路西侧0.72～1.023.17～3.344.32E-071.24E-0617世家名门锡南路西侧，周新路南0.70～1.002.98～3.362.79E-071.73E-0618蠡湖小区兰园、菊园—教师公寓江南大学新校区0.55～0.953.01～3.404.35E-074.19E-0719无锡白金檀宫渡假村南泉镇0.66～0.722.66～3.304.11E-075.84E-07新区20东风家园农民安置房无锡市金海里0.85～1.203.01～3.454.30E-077.29E-0721布勒机械制造有限公司新厂区东靠锡典路0.85～1.052.96～3.282.86E-073.37E-0722硕放机场民航区改扩建工程航站楼原硕放机场西北角0.70～1.153.10～3.473.53E-073.01E-07第二章国内外城市雨水利用管理理论与应用现状国内外城市雨水管理技术理论与应用现状2.1城市雨水管理技术与理论的发展人类利用雨水由来已久，其技术已流传数千年。雨水利用曾促进世界许多地方的古代文明。在我国古代，雨水一般多用于农业用水。除此之外，许多古代建筑也体现了雨水渗透原理，比较典型的有包括无锡地区在内的江南乡镇住宅内设天井来滞留雨水，杭州老城区在庭院中设天井沟和矩形渗坑等等，其实这些补充地下水和涵养水源的措施直至上世纪中叶还在使用。国外城市雨水利用同样历史悠久，据资料记载可以追溯到古罗马时期，罗马别墅甚至整个城市都将雨水屋顶集流系统设计为应用水和家庭用水的主要水源。其它许多国家也都能找到雨水利用的历史痕迹。但是随着人们对自然世界的进一步了解和现代技术的兴起，先是地下水的开采在许多地方逐渐替代了雨水利用技术，接着，修建了以控制雨洪、利用河川径流和开采地下水为目的的水利工程和以管道收集排放技术为特征的市政工程，为社会发展发挥很大的作用，也取得了巨大的效益，使得雨水利用除在少数缺乏水源地区外已被人们忽略。传统的城市建设的标志就是大量的硬化路面和钢筋混凝土建筑，与之相对应的传统城市雨水管理把雨水视为没有污染的“废水”，主张将其尽快排出地表，从而不对人们的日常生活造成影响。实际上，城市大气及地表会有大量来自生产与生活过程的污染物累积，雨水径流会携带大量的COD、BOD及N、P等非点源污染物，成为城市水体的潜在威胁。城市化的发展致使雨水径流对水体的污染程度更为严重。在美国，60％的水污染源于以城市地表径流为主的非点源。在国外一些工业与生活点源得到有效控制的城市，COD污染负荷的40％－80％来自于城市雨水径流。对我国城市而言，初步的保守估算，在城市污水收集、处理系统尚未建设完善的情况下，城区雨水径流污染占水体污染负荷的比例约在10％左右。随着城市发展过程中对点源污染治理的逐步重视，雨水径流污染负荷的比例还会逐步上升。此外，与砂地、黏土、草坪等天然地表在降雨期间能滞蓄3mm－10mm降雨相比，不透水硬质地面在产生径流前只能保持不到1mm发达国家的雨水管理已经摆脱了传统的孤立考虑水患控制的思路，从仅仅关注管道末端快速排除雨水，转向将防治洪涝与城市生态、环境保护、水资源利用统筹考虑的综合管理思路。综合管理的目标是尽可能减少城市雨水系统对受纳水体的影响。城市雨水综合管理的主要内容为：从单纯重视工程技术措施向工程措施与管理、养护并重；从偏重大型收集处理设施转向同时注重中小型就近收集、处理设施；用源头控制代替管道末端集中处理，用控制污染的产生替代解决污染造成的损害；关注就地处理、雨水回用；重视调蓄等措施，减少洪峰及污染物对受纳水体的影响；尽可能采用接近自然状态的雨水排水系统，以保护生态、利用自净能力。美国环保总局（EPA）在第二代城市雨水资源管理和径流污染控制的“最佳管理方案”(BMPs)中，提出了适用于居住区、商业区以及工业区的多种雨水综合利用方案。其主导思想是：较清洁的屋面雨水蓄积利用，而地表径流首先通过渗滤设施下渗排除，超过设施渗透能力的径流通过雨水管渠排放。渗滤设施有植草沟、低势绿地、多孔渗水路面，以及渗透井、渗透塘、渗透管沟等。地面径流通过绿地、渗透性铺面等设施渗透至地下，可涵养地下水，减轻排水系统负荷，缓解城市面源污染。从此以后，一系列新的雨水管理方法发展起来。普遍的认识是暴雨雨水应该在当地得到削弱。新的方法基于小尺度，环保型技术，包括自然的或人工的雨水滞留与生物处理系统，如滞留塘、植被渗滤、湿地、渗滤设施、土地渗滤、透水铺面以及这些方法的组合。城市的发展还导致城市需水量快速增加，开发新的水资源、满足不断增加的城市用水需求成为城市可持续水管理的迫切任务。作为一种宝贵的水资源，雨水的开发与利用已经日益引起世界各国的重视。城市雨水资源化利用过程分为集流、输水、贮水和取水，主要方式包括就地利用和集中利用。城市雨水径流通过调蓄设施收集，就地直接利用；或者经地表产汇流，通过渠系和雨水管网汇流到贮水系统集中利用。城市雨水滞留与利用过程见图2-1。对地处江南水乡的无锡，污染程度较高的地表径流的集中利用在经济上缺乏吸引力。城市雨水城市雨水就地滞留利用地表产汇流管网汇流贮水池集中利用居民小区及公共设施集流增加绿地截流、入渗修建渗透设施杂用水市政用水地下水补给河湖图2-1城市雨水滞留与利用过程城市雨水管理新思想的实践雨水源头控制思想的实践，体现在渗透性地面、下凹式绿地、渗透沟，小区开放式排水系统，就地调蓄池，屋面雨水回用等技术的应用。2.2.1雨水入渗都市路面材料的透水化设计是降低雨水径流量的措施之一。具体做法是对行车道、人行道、广场、停车场等人工地面，尽量采用草皮砖、混凝土透水砖或多孔沥青或混凝土透水性铺面。应用渗透性路面的理想场所是交通流量较少的路段或停车场。由于不额外占用土地，在建筑物密集的市区，渗透性路面可以在土地再开发项目中得到成功的应用。但是在车流量大、污染比较严重的地方，多孔性路面的表面孔隙容易堵塞，不宜使用。适当降低广场、运动场、停车场等公共场地的标高，在暴雨强度超过排水系统设计标准时，低标高公共场地可起到滞留、存储雨水的作用，减少洪水危害，缓解暴雨洪水对骨干排水系统的压力。“贮留渗透空地”是利用停车场、广场、操场的空间，适当降低其设计高程，建成较低洼的、有一定透水性的地面。在下大雨时可引入不透水表面的径流，暂时贮存雨水，待雨水以自然渗透方式渗入地下、或逐渐经管道系统排除便可恢复原有空间功能。这种滞留设施用以抵御设计重现期长大暴雨，在大暴雨期间公共场地偶然积水，不致造成大的损害。应用敞开式的小区雨水排水系统有很大的优点，特别是在新的住宅区。住宅区使用植草渗透沟与植草洼地输送雨水径流，能够通过下渗、草皮的截流削减径流水量、净化水质。在过去10年中，世界上已经建成了数百个基于这些原理的暴雨雨水疏导处理设施，积累了大量的运行经验。这种排水系统适合适用于集中绿地面积较高，小区内排水间距不大，地下水埋深不是很浅的新建小区。日本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，并规定了各种入渗设施的设置密度，强化雨水下渗。美国的雨水利用常以提高天然入渗能力为目的，很多城市建立了屋顶蓄水和由渗池或渗井、草地、渗水地面组成的地表回灌系统。瑞典Malmo市雨水管理解决方案的基本原理集中在城市地区的源头控制措施和小规模就地处理。其新思想在于，方案要求在一幢房屋、一个停车区、一条街道的层面上开展。将首先产生城市径流的不透水地面和雨水与污染物混合的街道、屋顶作为关注的重点。因此，在Malmo，除了采用传统的滞留区和下渗设施之外，在土壤渗透能力允许的区域取消屋顶水落管与下水道之间的连接。采用草地下铺沙砾层的植草洼地消纳径流。路面径流被引导到两条交通线之间的草地下的大规模的下渗设施。2.2.2就地存储自1975年以来，悉尼郊区根据市政委员会的要求在公共地带建造了大型雨水滞留池。然而，这些滞留池不能用在靠近市中心建筑物密集地带。原地滞留池（On-siteStormwaterdetention，OSD）于1980年在悉尼北郊第一次运用。不久悉尼市得到推广。OSD的目的是减缓新建城市化地区径流系数增加对下游地区与骨干排水系统的冲击。具体方法为各独立住宅的业主或各地块的开发者自己建造小型调蓄池原地滞留－净化雨水。到了1995年，悉尼地区中几乎所有的40个行政区都使用OSD。推行OSD是为了使开发者对管理和节制雨水径流承担责任。如今在悉尼设置了超过3500个OSD系统。在OSD被采纳之前，排水部门对于再开发的管理方法是向开发者收取资金，以此设立用以提高排水系统容量的基金。由于土地开发随机地发生，这种方法并非完全令人满意。同时在获得足够的资金用来扩大下游雨水系统容量之前还有一段较长的时间。因此系统长期不配套的情况必然发生。应用OSD系统的优点有：避免了因土地开发带来的对防汛的负面影响；不会出现因系统扩大而把问题转移到下游的情况；这种系统使开发者负起解决问题、承担费用的责任，在问题发生之时即解决，不会有所耽搁；并且为雨水污染控制提供了基础。其主要缺点是维修管理不便，对减少雨水中污染物、尤其是溶解性污染物作用有限；相对干管系统的大型调蓄池，OSD总体上是不经济的。小区景观水池用作雨水调蓄国内外均有实践。如德国波茨坦广场的屋面雨水收集后首先进入地下存储池用作杂用水，超过存储池容量的屋面径流溢入地面景观水池，用作景观补充水。上海市有多个利用居住小区景观水塘存储屋面雨水，同时调蓄洪峰并利用雨水的成功案例。2.2.3雨水利用雨水利用方法通常可分为直接利用和间接利用两种。直接利用是指雨水收集处理后用于绿地浇灌、路面喷洒、冲洗厕所和景观补水等用途。间接利用主要是将收集的雨水回灌补充地下水，实现人工水文循环。世界上许多国家不但从政策上鼓励雨水利用，而且制定了一系列法规条例强制实行雨水利用措施。其中，德、日、美等经济发达、城市化进程发展较早的国家，将城市雨水利用作为解决城市水源问题的战略措施试验、推广、立法和实施。德国是欧洲雨水利用工作开展得最好的国家之一，1989年德国就出台了雨水利用设施标准，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，包括过滤、储存、控制与监测4方面制定了标准；目前德国的雨水利用技术已经进入标准化、产业化、集成化阶段，尤其在屋面雨水的收集、储存、过滤、回用方面都有一系列的定型产品和组装式成套设备，形成了成熟的城市雨水综合管理利用系统。政府制订了一系列严格的法律、法规，如要求任何新开发区域，均需设立雨水利用设施，否则将征收雨水排放设施费和雨水排放费。德国雨水利用的主要用途是市政用水和工业用水。为2000年汉诺威世博会开发的Kronsberg居民小区是一个绿色生态小区的范例。小区中的雨水通过绿地和长约11Km的路边洼地渗滤系统缓慢下渗，小区建成后，径流系数较开发之前几乎没有增加。东西德统一之后兴建的波茨坦广场是大型公共建筑屋面雨水利用的一个成功的范例。该工程将一部分屋面的雨水通过收集管道引入总容量共3500m3的两个地下存储池国内城市雨水管理的现状及存在问题近年来，我国城市开始逐步重视雨水源头控制和综合管理。北方缺水城市起步最早，且侧重于雨水的利用；而南方城市则更多地体现出为控制面源污染和雨水利用并重的特点。山东的长岛县1995年出台了雨水利用的地方规定，有力地促进当地的雨水利用项目的实施与推广。而北京则是目前国内雨水利用方面做得最好的城市，北京市与德国合作开展了中德雨水利用课题研究，2003年3月北京市规划委员会和水利局联合发布了“关于加强建设工程用地内雨水资源利用的暂行规定”，该规定要求“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”。标志着北京市的雨水资源利用工作已进入实施推广阶段，至2006年，北京已经建成不同规模和形式的雨水利用设施近50个，年可节水120万m3，对城市雨水利用起到很好的带动和示范作用。如：北京市政府大院2005年建成一套屋面雨水收集利用系统，建设地下蓄水池存储收集的雨水作为杂用水；海淀公园建成一套雨水收集回灌系统，它利用地势收集雨水，经过沉淀处理，由配水井分至两个回灌井，最终将雨水回灌到地下。公园内道路两侧的草坪下都埋着地下渗沟，在地势低洼地区，还挖了入渗井，增加入渗量。对于5年一遇的降雨可以100%入渗，对于10年一遇的大雨可以入渗70%；位于北京顺义的一个大型社区――东方太阳城，总占地约234万m2，有近16万m2人工生态湖面和逾75万m2的运动休闲绿地，小区内建设了雨水收集设施，利用雨水补充景观水体和作为绿化用水，平均每年可利用雨水资源70多万m3。西安市编制了《西安市雨水利用规划》，并于2007年11月底通过专家审查，为西安市的雨水规范合理利用提供了指导。此外，太原、大连等大城市也相继开展了雨水调蓄、利用的研究和实践。上海市对雨水排江的污染问题高度重视，组织相关研究单位对雨天径流污染特征和规律开展了多年的调查，已在部分区域开始建设雨水就地滞留，促渗等相关设施，并正在研究进一步的污染控制措施。在雨水利用方面，有关管理部门组织制订了“上海市居住小区雨水利用与水景观工程实施导则”，将小区雨水收集利用与景观水的补充结合考虑。出台了《上海市新建住宅节能省地发展指导意见》，要求新建住宅区收集屋顶雨水利用，小区杂用水的20%由雨水解决。上海世博会将建设大面积屋面雨水利用系统，其核心区域的公共活动中心、演艺中心、主题馆、中国馆等四大永久场馆和世博轴景观顶棚都将建设屋面雨水利用系统，按《世博会地区市政用水规划》，世博会浦东场馆区市政用水系统采用屋面雨水和黄浦江双水源，大面积收集屋面雨水。深圳市编制完成了《深圳雨洪资源利用规划研究》，提出了符合该市实际的雨洪资源利用近远期目标，并积极推进深圳市的雨洪资源利用工作。其利用措施主要包括蓄水工程挖潜改造、河道蓄滞雨洪、分散雨水收集利用、地下水补充与利用、科学调度等五个方面。蓄水工程挖潜改造主要包括新建、扩建和恢复利用部分现状无人管理或另作他用的小水库。河道蓄滞雨洪主要是结合全市水环境综合整治工作，利用河道及河岸低洼地形条件，滞留河道径流，在河道内适当部位建闸或堰进行洪水拦蓄，或在河道周边低洼地段设置滞洪区。分散雨水收集利用主要是用作景观水体补充水和公园广场绿化用水，对于新开发或改造小区，可结合小区规划，对屋面雨水、绿地雨水及道路广场的雨水进行收集，修建小型蓄水工程，分散集蓄，供小区补充景观用水、市政杂用水。目前，深圳已有部分开发商做了雨洪利用工程，如横岗的振业城利用地势修筑了人工湖利用雨水做为景观补充水；半山海景花园设置集水池收集南山的雨水和山泉，供绿化浇洒使用。地下水的补充与利用主要是在城市建设中，采用透水砖、草皮砖等，或者挖穿不透水层埋设带孔透水管等，或者修建水源涵养林，使尽可能多的雨水渗入地下，增加地下水的补给。无锡本地也进行过小规模的雨水滞留与利用尝试，如在十八湾景区中建设了透水混凝土路面。无锡长江国际花园小区将雨水用于绿化浇灌、道路浇洒、洗车，运行的效果良好。然而，与发达国家相比，我国在城市雨水滞留、集蓄利用及人工促渗补充地下水领域，无论在研究还是在工程经验方面均存在明显差距，需要更多的关注和深入研究，在应用中不断总结完善。存在的主要问题有：（1）缺少相关法规与政策的支持；（2）缺乏技术规范与标准；（3）各地普遍缺乏对当地自然条件下，雨水径流特性和污染状况等基础性数据的调查，城市雨水管理策略与技术路线缺少针对性；（4）城市雨水利用和径流管理尚未纳入建筑和城市规划的考虑范围，设施建设随意性过大；（5）缺乏城市雨水利用与城市雨水管理（污染防治、防涝和排放等）的关系与对策的研究；自源头起，在不同的空间尺度范围内尽可能滞留、渗透雨水，减轻排涝压力、削减城区面源污染负荷、降低土地开发对生态环境的影响，是城市可持续发展的要求。为此，本课题将在调查分析无锡市土壤渗透性能、地下水埋深分布，讨论地表径流的污染负荷，排水系统可利用水头与排放距离，以及不同类型开发区域土地利用情况的基础上，确定主要雨水源头管理措施在无锡市的可行性及适用条件，提出应用源头控制的技术要求以及管理政策。第三章屋面雨水收集利用屋面雨水收集利用屋面雨水利用概述雨水利用时，应综合考虑雨水水量水质以及利用要求，选择合适的收集利用方法。城区雨水主要有屋面、道路、渗透性地面三种汇流介质，无锡市目前尚未对各种汇流介质的水质进行过系统的研究，本课题组有在上海进行相关研究的经验，考虑到无锡和上海地理位置相近，城市状况与上海市相似，且降雨特性和产汇流情况基本一致，因此借鉴上海市的研究结果说明无锡市的情况。表3-1为这三种汇流介质径流水质的比较。其中，地面径流雨水水质最差；渗透性地面径流雨水基本以渗透为主，可收集雨量有限；相对而言屋面雨水便于收集利用，污染程度较轻，利用价值最高，且由于城市区域屋面面积巨大，屋面雨水在量上也具有明显的优势，世界上许多国家都对屋面雨水资源的开发利用表现出极大兴趣。已有研究表明，屋面雨水初期径流水质也较差，这主要是屋面材料分解和大气污染的原因，所以屋面径流进行利用时也需考虑初期弃流，以减轻处理构筑物的负担，节约投资和运行费用。屋面雨水利用通常还具有以下优势：(1)收集利用系统简单易操作，维护运行成本低；(2)水质较好，不经或经过简易处理就能满足水质要求较高的用途；(3)与其它供水工程相比，屋面雨水利用工程对自然生态环境影响很小。表3-1上海市城区不同汇流介质污染比较主要污染物路面屋面渗透性地面质量浓度(mg·L-1）污染负荷(Kg·hm-2·a-1)质量浓度(mg·L-1)污染负荷(Kg·hm-2·a-1)质量浓度(mg·L-1)污染负荷(Kg·hm-2·a-1)COD2052214475083691BOD568734141511843SS185199855594431033.2无锡市利用屋面雨水的可行性由上节可见，一般城市中考虑利用雨水时，从水质、水量和对后续收集处理的要求等各方面综合考虑，都会首选屋面雨水，无锡市同样如此，屋面雨水的利用不但是可行的，而且应该是无锡市唯一值得有意识利用的雨水汇流介质，理由有三条，一是屋面雨水相对洁净，处理方式比较简单易行；二是雨水路面径流水质太差，处理和收集难度都较大，当雨量较小时，弃流后雨水基本收集不到，在无锡这种水资源并不紧缺的城市没有任何利用价值；三是在无锡市区表层杂填土中收集地面下渗水不具备技术经济可行性，而表层土以下原状土的渗透系数又很小，补给地下水资源的作用相当有限。因此无锡市在雨水收集利用方面的原则应是“收集屋面雨水，促渗地面雨水”。现阶段，如直接对已有建筑屋面进行雨水收集设施改造和兴建雨水储存池，将受到建设资金、用地等条件的限制，有相当的难度，不易推行。因此，较为妥善的方法是结合建筑物的新建或改扩建，建设屋面雨水利用设施，雨水储存调蓄容量则尽量利用水景的容积，对新建小区杂用水需求量大的，鼓励开发单位建设地下调蓄设施。。无锡地区最近几年老城区面临改造，城市化地区面积不断扩大，比如市政府的搬迁；新区、滨湖区、锡山区和惠山区等新建城区均处在城市化建设的高潮，预计在未来10～20年时间内将兴建大量大型公共建筑和大型居住区，均有条件进行屋面雨水的收集利用，从现阶段起在无锡推行雨水利用是可行的。上海房地局的节能省地住宅发展指导意见中要求：屋顶面积在1万m2以上的居住区应采用屋面雨水收集利用技术。考虑到规模效应，大面积屋面的雨水收集利用在经济上较为合理，无锡城区的雨水利用宜以大型建筑为主。建议配套建设屋面雨水收集利用设施的主要对象为行政办公用房、体育场馆、大型会展场馆、大型商业用房。对居民小区，无锡市已经采取措施在阳台设置两根立管分别收集雨水与洗涤废水，新建居民小区、开发方有积极性的可鼓励进行屋面雨水收集利用。3.3无锡市屋面雨水水量、水质和收集利用方法在实际屋面雨水利用中，分析和掌握屋面雨水水量，水质状况和需求情况，对设计经济合理的收集、处理和利用系统具有重要意义。3.3.1屋面雨水水量特点无锡市属北亚热带季风气候区，降雨年内分配不均，主要集中在6～9月，梅雨期常年出现在6月15日至7月10日，兼有暴雨和连阴雨的特点。屋面雨水径流的年可利用量可按下式粗略估算，较为精确的计算可采用统计降雨频率累计法。Q＝p×a×b×A×(H×10-3)（3－1）式中：Q——屋面年平均可利用雨量，m3；p——径流系数（通常取0.9）；a——季节折减系数；b——初期弃流系数；A——集水面水平投影面积(m2)：H——年平均降雨量，mm。其中季节折减系数a考虑了当地气候、季节等因素对有效径流量的影响，可选择0.9。初期弃流系数b根据当地降雨和水质资料确定。根据无锡市的降雨特点，按2mm弃流量考虑，b建议选取0.85。3.3.2屋面雨水水质状况屋面雨水收集利用系统设计的重要考虑因素之一是屋面雨水水质。考察单场降雨过程中污染物的浓度或负荷的变化对收集利用系统设计具有重要价值。由于屋面雨水经常表现出初期冲刷效应，初期径流中污染物浓度较高，为了节约处理成本和提高收集利用效率，通常将该部分雨水舍弃而直接排入市政管道。在设计系统时，如何确定弃流量和选择弃流方式与污染物出流过程密切相关。但由于屋面雨水径流过程受到许多不可控因素的影响，表现出较大的偶然性和随机性，对屋面雨水污染状况及污染物出流规律的调查需要花费大量的人力、物力和时间，短期内难以完成。因此，本课题参考相邻的上海市的调查数据。根据本课题组对上海市典型屋面的多年调查结果，屋面雨水的主要污染物TN、TP、COD、BOD5和SS的EMC平均值为5.261mg/L、0.134mg/L、47mg/L、14mg/L和55mg/L；其中TN主要为溶解态，占70.9％～95.6％，且其主要来源于天然雨水；而颗粒态磷（PP）占TP的比例为57.9％～79.8％，是TP的主要存在形式。此外，由于屋面径流水质不仅与降雨强度和降雨量有关，还受空气质量、气温、前期晴天数等因素影响，各场降雨之间的水质变化较大。其中降雨强度和降雨量是最主要的影响因素，但屋面雨水污染物的主要来源为屋面的沉积物、天然降水和屋面材料。屋面沉积物和天然降雨污染主要受城市总体空气质量影响，是屋面雨水污染的外部来源；而屋面材料则是污染内源，屋面在降雨过程中受雨水径流冲刷腐蚀可带入少量污染物质，不同屋面材料对屋面雨水水质的影响不同，但城市常见的混凝土屋面对屋面径流中污染物含量贡献较小。图3-1是上海市典型屋面径流过程的主要污染物浓度变化过程。从图中可以看出，在径流初期，主要污染物的浓度通常较高，水质混浊，初期污染严重，COD约为150～200mg/L，SS约为200mg/L，TN约为8～10mg/L，TP约为0.5mg/L。图3-1屋面径流主要污染物随降雨历时的典型变化图3-2是TSS、TP、TN和COD典型的初期冲刷图。该曲线的横坐标是累积流量与总流量的比值，纵坐标为累积污染负荷与总负荷的比值。当纵坐标大于横坐标时，即认为存在初期冲刷。且当纵坐标与横坐标的差值越大，初期冲刷越明显。一般地，初期冲刷受汇流区域大小、降雨强度、前期晴天数等因素的影响。从图3-2可知，TSS、TP、TN和COD的初期冲刷强度都不是很大，但TSS、TP和COD的初期冲刷效应要强于TN。但在某些情况下，TN几乎无初期冲刷。由此可以预计，初期弃流装置控制TSS、TP和COD污染的效果要比TN好。在占总体积20％的初期径流中，TSS、TP和COD污染负荷均占总负荷30％左右，表现出一定的初期冲刷；在实际初期弃流装置设计时，应进行经济技术对比选择最佳弃流量。图3-2两次屋面径流过程主要污染物的M（V）曲线图（2007-08-02和2007-08-03）3.3.3屋面雨水收集利用系统屋面雨水收集利用系统通常包括三部分：收集系统、输送系统和储存系统。根据屋面大小和构造的不同，雨水收集系统也各有不同，但基本原理类似：雨天屋面径流经天沟或屋檐汇集后进入管道系统，然后经过初期弃流由储水设施储存。当雨水水质较差或用于市政杂用时，需要对收集的屋面雨水进行简单处理（沉淀、过滤、消毒等）。收集系统通常为屋面和各类顶棚等，城市屋面的典型材料为混凝土、粘土瓦、金属、沥青以及其它木板或石板。不同的材料对雨水水质有不同的影响，譬如部分老建筑仍在使用的沥青屋面在降雨过程中会析出少量污染物质，使径流COD含量升高，并可能产生某些有毒有害的有机物质，对屋面雨水利用产生不良影响。考虑到屋面雨水利用的经济技术可行性和雨水回用安全性，建议沥青屋面雨水不进行收集利用；除要选择合适的屋面材料以保证雨水水质之外，还要保持适当的坡度，防止雨水滞留，屋面顶棚位置应减少落叶及碎屑等的堆积。输送系统通常包括屋面排水沟、重力流或虹吸雨水排水系统和初期弃流装置。屋面排水沟应有足够的坡度以利于排水，定期维护和清洗防止发生堵塞；排水沟进入落水管的进出口处可设置滤网或过滤器防止树叶和树屑进入。此外，无锡居民经常把洗衣废水直接连入落水管，造成雨水系统出水污染物浓度增加，降低屋面雨水可利用性。为防止此情况出现，对新建建筑，阳台需要专门设置排水立管；对改造的旧建筑，向居民宣传正确的做法、需清理非法连接；或新排专门的屋面雨水收集立管。当系统设置弃流装置且弃流装置连接多个雨水斗时，为防止不同流程的初期雨水相互混合导致初期冲刷效应减弱，雨水斗至弃流装置的管长宜接近。由于经常出现初期冲刷，屋面雨水经落水管后一般应进入初期弃流装置，通过初期弃流装置将初期较脏的雨水排入小区污水管道，进入城市污水处理厂处理后排放，可以去除径流中一部分污染物，包括细小的或溶解性污染物，防止初期径流污染对环境的影响。另外，雨水弃流排入污水管道时应确保污水不会倒灌回弃流装置内。初期弃流装置种类很多，根据其弃流原理，大体可分为流量式和量式；流量式弃流装置根据计算而得的初期弃流量运行，当初期弃流量达到设定值，之后的雨水将流入储存设施。雨量式弃流方法是以降雨量作为弃流标准，当雨量超过设定值，之后产生的径流全部流向储存设施。初期雨水弃流量一般应按照建设用地实测收集雨水的污染物浓度变化曲线和雨水利用要求确定。当无资料时，可采用2mm径流深度作为屋面初期雨水弃流深度。雨水经过初期弃流进入到存储设施中。存储设施是雨水收集利用工艺的一个主要部分，是实现雨水有效收集利用的重要保证。它不仅储存屋面雨水，同时也可起到调节和沉淀等作用。根据屋面的大小，存储设施的种类和形式也多种多样。对于大型屋面或整个建筑小区屋面雨水的收集，则需要考虑建造专用存储池或利用景观水池。存储池的计算方法见下文。3.3.4屋面雨水处理方法和水质指标某些屋面雨水经过弃流后，可能仍然不能达到用水要求，需要进一步进行处理。通过对屋面雨水水质的可生化分析得出，一般BOD5/COD值在0.10～0.15之间，说明屋面雨水可生化性较差，不宜采用生化处理，一般采用物化方法处理。雨水净化工艺应根据收集雨水的水量、水质以及回用雨水的水质要求等因素，进行技术经济比较后确定，总体要求是力求简单，其理由是：=1\*GB3①雨水的水质净化设施在全年中大部分时间处于闲置状态；=2\*GB3②经过弃流后，简单的处理工艺就能使水质达到要求。国外和我国台湾省的经验也是如此。若出水作为杂用水，则处理工艺的选择应以简便实用为原则，优先考虑滤网、混凝、沉淀和过滤等物化处理方案。通常雨水处理系统均设置滤网，以去除雨水中的粗大颗粒。滤网可设置在雨水立管上或蓄水池前，还可直接设在蓄水池内的进水处。为发挥滤网的功能和不对整个收集系统产生干扰，滤网的设置应符合以下条件：①为防止堵塞，滤网的孔径不宜少于2mm；②滤网的设置不得影响过水能力；③设置安装应便于检查和维修。对于悬浮物含量较高的雨水，设置混凝设备能提高后续处理效率。沉淀是解决雨水泥沙与悬浮物的最适用方法。形式宜采用平流式沉淀池，易于建造，且沉淀效率较高。沉淀池停留时间最小不应小于2h，对于屋顶径流（去除初期径流后）等较清洁的雨水在沉淀后能去除70％的悬浮物、40％的有机污染物质。值得一提的是，雨水存储设施也具有一定的沉淀功能，可以去除部分悬浮物质。过滤可进一步去除前处理中剩余的悬浮物固体颗粒、胶体物质、浊度及有机物等，提高出水水质。雨水在过滤之前应去除初期雨水，否则滤池极易堵塞。雨水过滤池设计一般采用单层滤池和双层滤池，单层滤池滤料可采用细纱，滤料粒径以0.5～1.2mm为宜，也可粗至1.5～2.0mm，滤层厚度为80～120mm。双层滤池滤料采用无烟煤和细砂滤料粒径与厚度与单层滤池接近。由于使用效率低及操作简易的考虑，雨水过滤一般不设反冲洗装置，而是通过定期清理更换上层滤料的做法防止滤池堵塞。国内目前尚无专门针对屋面雨水利用的水质标准，但可根据屋面雨水的利用目的，使用相应的用水水质标准，总的来说，冲厕、洗车和灌溉等市政与生活杂用应符合《生活杂用水水质标准》（CJ25.1－89），回用于景观用水水质应符合《景观娱乐用水水质标准》（GB12941－91）。雨水用于空调系统冷却水、采暖系统补水等其它用途时，水质应达到《空调用水及冷却水水质标准》（DB131/T143－94）。3.4存储池设计存储池是整个屋面雨水利用工程中重要的组成部分之一，在工程总投资中占较大比例，发挥着储存雨水，削减径流和沉淀颗粒物的作用。原则上如果工程项目内部或周边有水景观时，应优先利用景观水池作为屋面雨水的储存容器。没有景观水池时，则需建设雨水调蓄池。雨水调蓄池应建在室外地下，为防止对建筑地基造成影响，一般距离建筑物或构筑物3m以上。近年来房地产开发商往往以大型水景作为卖点，无锡市的众多大型住宅小区建设了大量的景观水体，同时广场、公共绿地和公园内也都建有大型的水景，这些景观水体通常都以自来水作为补充水源，根据2007年7月公布的《无锡市建设项目节约用水方案技术设计审查要求》“人工景观水体的补充用水严禁使用自来水，应采用雨水、再生水或自然水体”。如果这部分景观水体用来作为屋面雨水的存储池，可能获得一举两得的功效：=1\*GB3①不需另外建设存储池，而且可以提高集蓄；=2\*GB3②利用屋面雨水解决了景观水池部分的补充水源，节约了水资源。同时由于景观水通常都设有自己的处理设施，如此设置还可以在新建水景时统筹考虑，已有设施适当改造，将雨水和景观水一并处理，节省了雨水处理设施。无锡城区利用景观水池存储屋面雨水可以分以下两种情况进行实施：新建、改扩建大型公共设施、公共绿地、公园、生活小区、工业厂房、会展与体育场馆、商业用房、办公楼宇项目，尤其是位于滨湖新区、湖畔或涉湖的新开发地区，如果项目内部规划建设景观水池作为屋面雨水储存设施，有效容积应符合后述存储池设计方法所计算的体积，同时还需统筹考虑初期雨水弃流设施、景观水体本身的水深要求、溢流排水设施，有防止水质劣化的措施。对于已建项目，可以对原有景观水池进行必要的改造，将其作为雨水的储存空间，由于已建景观水池的容积和深度已很难改变，因此原则上不对容积和深度进行控制，改造的主要内容是增加弃流、溢流装置和水处理设施，使进入的雨水水质能够满足景观水体的水质要求以及组织超过存储容积的雨水的溢流排放。存储池设计是雨水集蓄工程设计的关键环节，它的设计好坏直接影响整个雨水利用工程的成本和收集效率。3.4.1存储池容积设计存储池设计中最主要的部分便是确定存储池的容积。在确定雨水储存池容积时，通常应考虑下列影响因素和原则：(1)考虑可收集和储存的雨水量，是否常年蓄水，蓄水的主要用途和蓄水量要求；(2)雨水收集后的使用频率和用水量；(3)雨水调节储存有无渗透功能；(4)充分考虑其他水源和蒸发、漏失等损失水量，进行水量平衡分析；(5)选用多种形式进行对比、筛选，按投入产出比等经济指标确定最佳容积。存储池的容积设计中，常用的实用计算方法有降雨量估算法、降雨强度曲线计算法和统计降雨频率累计法。其中概率统计方法略显复杂，但比较符合实际情况，是一种科学的存储池容积设计方法。以下详细介绍该方法的原理和具体计算步骤。一般而言，雨量超过设计调蓄容积越多，则集蓄效率越低；两场降雨之间的间隔越大，池内积存的水量越小，则雨水的收集效率越高。因此本地区的多年降雨资料统计是概率统计方法设计存储池容积的基础。在掌握了降雨特性参数及其概率密度函数之后，便可进一步推导一场降雨的径流量可能超出储存池容积发生溢流的概率密度函数，进而求解被收集的水量和集蓄效率。最后，对不同存储池容积下的费用效益进行核算，评估存储池集蓄效率的提高所带来的经济效益能否弥补池体增大所消耗的投资、运行费用，以期确定最佳的存储池容积。具体计算步骤如下：降雨特性参数统计根据规定将连续降雨资料划分为独立降雨事件，然后求出划分条件下降雨参数的平均值、标准偏差以及变差系数；统计每场降雨的降雨量、降雨历时以及降雨间隔时间，并求出各参数的数学期望值，得到一组数值平均意义上的描述。对以上统计得到的降雨量、降雨历时和降雨时间间隔的序列，可求出各参数的概率密度函数。为便于后面的计算，一般可用指数分布或Γ分布来描述概率密度函数，由于指数分布参数少，故更常使用。求解被收集的水量和集蓄效率屋面雨水经常表现出初期冲刷效应，初期径流水质较差，不宜利用，需要进行舍弃处理。雨水蓄存设施的有效蓄水容积可根据典型年逐日降雨量和逐日用水量经模拟计算确定，当资料不足时，可以按下式估算：式中：--雨水净产流量，m3；--设计日降雨量，mm；--初期雨水弃流厚度，mm；--径流系数；--汇水面积，m2。由于降雨径流是不确定事件，每次降雨的雨量与发生事件不确定，对于给定的集水面积与存储池容积，池子能够集蓄的径流水量与降雨特性密切相关。设雨水存储池的集蓄能力为(mm)(的概念同降雨量，它与屋顶集水面积的乘积为存储池体积)，泄空速率为(mm/h)，则泄空时间(h)。规定的最小降雨间隔时间为IETD，降雨间隔的统计值为b，在情况下，降雨发生时刻存储池中仍有上次降雨存水；当或时，降雨发生时存储池中无存积雨水。通过屋面产流、弃流分析得到可集蓄水量，结合上述关系式可知可能产生的溢流量，从而可以得到存储池发生溢流时降雨量、降雨历时和降雨间隔的取值范围，即各参数值在哪个范围可导致雨水不被集蓄。根据得到的取值范围对降雨特性参数的概率密度函数进行积分，即可得到一场降雨发生超过存储池体积产生溢流的概率。年均溢流量的概率密度函数是的负导数，计算降雨溢流量的期望值为，与年均降雨次数相乘得年均溢流量。年均屋面雨水径流量与年均存储池溢流量之差为集蓄水量，其与年均径流量的比值即为集蓄效率。确定最优存储池容积屋面雨水利用工程，要求在获得较高的雨水利用效率的同时，保证工程有良好的费用效益。为此，对不同存储池容积下的费用效益进行核算，评估存储池集蓄效率的提高所带来的经济效益能否弥补池体增大所消耗的投资、运行费用，以期确定最佳的存储池容积。同时还应按照雨水系统的运行要求，依成本要素法分析雨水收集系统的年运行成本。项目运行费用包括动力、药剂和人工费等；雨水售价按同期自来水预期价格考虑，但雨水回用具有减少面源污染造成的损失、减少城市排水设施的投资与运行费用等间接经济效益，因此可适当考虑雨水利用的间接效益。最后，对系统进行动态和静态经济效益分析，获得最优的经济效益。3.4.2存储池的泥区容积、超高与溢流除具有高防洪能力的多功能调蓄外，雨水调蓄一般均应设计溢流设施。以雨水直接利用为主要目的的雨水调节储存池，除了按以上方法计算有效调蓄容积外，还应考虑池的泥区容积、超高与溢流。1、存储池的泥区容积通常在存储池底部设有淤泥存放的区域(泥区)。泥区容积的大小应根据所收集雨水的水质和排泥周期来确定。对封闭式存储池，可以参照污水沉淀池设置专用泥斗以节省空间；对敞开式调节储存池，排泥周期相对较长，泥区深度可按200～300mm来考虑。当排泥确有困难时，应设搅拌冲洗管道，搅拌冲洗水源宜采用池水，并与自动控制系统联动。2、存储池的超高雨水存储池一般应考虑超高，封闭式不小于0.3m，开敞式不小于0.5m。当雨水存储池设置在地下，有人孔或检查井与其相连时，可以将溢流管设在池顶板以上的人工或检查井侧壁上，此时调节储存池的实际调蓄容积将会加大，可以利用该部分作为削峰调节容积。当无结构、电气、设备等要求时也可不设超高。开敞式调蓄和多功能调蓄也可不受此限制，根据周边地形、景观等灵活掌握。3、雨水调蓄设施的溢流为了保证系统的安全性，雨水存储池一般都设有溢流管(渠)，在水池积满水时启用，以免造成溢流灾害。特别是采用地下封闭式调节储存池或调节储存池与建筑物合建时更应仔细设计，确保安全溢流。雨水存储池的溢流可以在池前溢流，也可在池后溢流。根据溢流口和接入下游点的高程关系，溢流可以是重力直接溢流，也可是通过水泵提升溢流，排至下游管(渠)或河道等水体。重力溢流运行简单，安全可靠，基建投资和运行成本均较低，应优先考虑使用。重力溢流时溢流管高度在有效储存容积的上方。如果高程不允许重力溢流，则应采用自动检控阀门控制方式来实现及时自动溢流。但一般为了安全起见，应配有手动切换控制功能，以备发生机械故障时使用。当室内蓄水池的溢流口低于市政道路路面时，应设置自动提升设备排出溢流雨水。室内地下蓄水池上游的雨水收集管道上应设置超越管，并确保超越管能重力排放到室外。3.5无锡市屋面雨水利用规模分析无锡市暂时没有降雨特性参数的详细统计资料，无法对无锡市的雨水存储池体积和集蓄效率进行计算，为了更好地说明无锡市屋面雨水利用规模，本研究中以上海2010年世博会世博园区屋面雨水收集利用方案作为类比对象，对无锡市不同利用规模进行费用－效益分析，供后续的项目决策参考。3.5.1降雨特性参数统计上海市对1985－2004年的降雨自记资料进行了详细统计，采用降雨自记纸数字化处理系统对资料进行数据转换，得到近二十年的小时降雨资料。按照我国规定，划分两场雨的最小时间间隔IETD为2小时。城市暴雨管理中，一般将雨量大于0.5mm的降雨算作一场降雨事件。按上述条件编制计算机程序，将二十年的小时降雨资料划分为独立降雨事件，共计2220场，年均降雨次数为111。统计每场雨的降雨量、降雨历时以及降雨间隔时间，并计算各参数的数学期望值和变差系数。各参数的频率分布见图3-3～3-6，降雨参数分布特征采用指数分布函数来描述，计算结果见表3-2。图3-3降雨间隔的概率密度分布图3-4降雨量的概率密度分布图3-5降雨强度的概率密度分布图3-6降雨历时的概率密度分布表3-2上海市降雨特性统计(1985－2004)统计量降雨量历时降雨间隔平均值10.72(mm)6.87(h)71.36(h)变差系数1.6120.9291.529均值倒数0.0930.1460.014指数概率密度函数3.5.2上海世博园区雨水利用工程存储池容积估算1、雨水存储池容积计算世博园区拟收集主题馆、中国馆、演艺中心、会议中心等新建永久性建筑的屋面雨水，对应的屋面汇水面积约6.85×104按降雨损失与初期弃流各1mm计，假设存储池一次满蓄的泄空时间T为80h，给定不同的集蓄能力（mm），编程计算不同存储池体积下的集蓄效率E和年集蓄水量，结果见表3-3及图3-7。由图3-7可知：随着存储池容积的增大，屋面雨水的集蓄效率逐步提高，年均集蓄水量增多，然而增长的幅度趋缓。设计容量从5mm增至10mm时集蓄效率增长了近20％；而50mm增至6表3-3雨水存储池体积及相应集蓄效率(mm)5102030405060存储池体积（m3）34368513702055274034254110集蓄效率（％）25.3843.1164.8676.6483.4687.6790.43集蓄水量（万m3/a）1.853.134.725.576.076.376.57注：表中集蓄效率为扣除弃流及初损水量后的年均屋面雨水的集蓄效率及水量图3-7雨水存储池体积及相应集蓄效率2、费用－效益分析（1）投资分析根据工程构筑物的造价估算，不同规模的雨水存储池投资估算见表3-4。表3-4不同规模存储池的投资估算表（万元）存储池容量项目名称Sa=5mm343Sa=10mm685mSa=20mm1370Sa=30mm2055Sa=40mm2740Sa=50mm3425Sa=60mm4110土建工程费用3775140200260320380管道设备19171718181819建设投资合计5692157218278338399（2）费用效益分析按照雨水系统的运行要求，依成本要素法分析雨水收集系统的年运行成本。项目运行费用包括动力、药剂和人工费等，共折合0.3元/m3。雨水售价按同期自来水预期价格考虑，为2.6元/m3。因雨水回用具有减少面源污染造成的损失、减少城市排水设施的投资与运行费用等间接经济效益，因此取雨水售价3.0元/m3以反映间接效益。按设施的使用年限为30年，折旧残值取零，贴现率为5.85％，进行静态、动态经济分析，计算结果见表3-5及图3-8。寿命期内总费用现值为：，寿命期内雨水集蓄系统的总效益现值为：。式中：——雨水集蓄工程的总投资，元；——雨水集蓄工程的年运行费用，元；——雨水集蓄工程的年均总效益，元。表3-5不同规模存储池的雨水集蓄系统费用效益分析(mm)贮存池体积/m3年集蓄水量/万m3总投资额/万元年运行费用/万元年总效益/万元寿命期内总费用现值PV/万元寿命期内总效益现值EV/万元动态效益费用比值EV/PV静态总效益费用比值53431.85560.555.5563.6977.641.222.30106853.13920.949.39105.15131.351.252.342013704.721571.4114.16176.72198.081.122.133020555.572181.6716.71241.36233.750.971.874027406.072781.8218.21303.46254.730.841.645034256.373381.9119.11364.72267.320.731.456041106.573991.9719.71426.56275.720.651.29图3-8不同规模存储池的雨水集蓄系统费用效益分析通过表3-5的数据以及图3-8的曲线可以看出，设计容量为10mm，即存储池体积为685m3时，动态、静态效益费用比值均最大，可获得最优的经济效益，此时的集蓄效率约为43％，年集蓄水量可达3.13×104m3。从充分利用水资源角度考虑，在设计容量3.5.2无锡市屋面雨水利用规模分析假设无锡市的降雨特性参数与上海相似，则不同的屋面雨水收集存储规模与对应的集蓄效率也与上海基本一致，通过上例分析，集蓄能力SA为10mm和20mm时，集蓄效率和效益费用比较为合理，在这两种集蓄能力情况下，除雨水售价按3.0元/m3计外，其余成本和效益均按上例水平考虑，分别对无锡市不同屋面雨水利用规模进行费用效益分析，结果见表3-6、表3-7和图3-9。从下列图表可见，随着屋面雨水利用规模的增加，效益费用比也逐步增加，但是增加的幅度逐步减小，而总投资额基本同步增长，况且由于单体屋面面积有一定限度，增加利用规模势必会增加参与雨水收集的建筑物数量，而这样又会增加大量的地面雨水收集管道，不但管线布置较为困难，而且进一步增加了投资额。因此，从工程经济的角度出发，近阶段无锡市雨水利用规模不宜过大，且以收集利用大型单体建筑物屋面雨水为宜。表3－6SA为10mm时不同屋面雨水利用规模费用效益分析屋面面积(m2)贮存池体积/m3年集蓄水量/万m3总投资额/万元年运行费用/万元年总效益/万元寿命期内总费用现值PV/万元寿命期内总效益现值EV/万元动态效益费用比值EV/PV5000500.2322.50.070.9223.4712.870.55100001000.45280.141.829.7925.180.85200002000.90400.273.643.3850.361.16300003001.36510.415.4455.8176.101.36400004001.81620.547.2468.00101.281.49500005002.26740.689.0480.98126.461.56600006002.71850.8110.8492.77151.641.63700007003.16960.959.49109.27132.721.21800008003.611071.0810.84122.17151.681.24900009004.071181.2212.20135.06170.641.2610000010004.521291.3613.55147.96189.601.28表3－7