王军君
珠海市规划设计研究院 519000
【摘 要】雨水作为自然界生态循环的资源，不仅不需要支付水资源使用费，而且其水质一般较好，水中有机物较少，溶解氧接近饱和，总硬度小，经过简单处理后可以直接复用，是杂用水的最佳来源。通过城市雨水回收与利用，采用低影响开发的发展理念将是我国在城镇建设进程中缓解城市水危机、改善城市水环境的重要措施。本文以某小区为例，对其低影响开发设计、雨量收集利用计算、绿化渗滤水质分析试验进行了探讨。
【关键词】小区；低影响开发；雨水回收；利用；渗虑
城市居民小区占有城市建筑的重要部分，通过收集利用居民小区的雨水不仅能减小城市雨洪灾害、降低市政管网排水压力，还能实现城市降雨的资源化利用、减轻雨水面源污染、改善城市水环境。另一方面，雨水收集处理利用的成本明显低于城市自来水，将雨水用于冲厕、浇花、洗车和空调补水后，同样也能很好的节省人们的生活开支。雨水是改善城市水环境、维系绿色生态的一个重要技术措施。雨水收集与利用所创建的绿色建筑也能为人们提供舒适的生活环境，对城市键能减排、创建低碳生态城市也有非常重要的意义。
1 居民小区低影响开发雨水利用的方式
1.1 LID 技术之一：城市自然排水系统
城市自然排水系统与传统排水系统的最大区别在于自然排水系统更注重将降落的雨水留住，通过绿色植被、地表低洼空地、人工改良土壤、渗滤管等结构保持和增加雨水的入渗量。
1.2 LID 技术之二：生物滞留（雨水花园）
生物滞留是通过人工挖掘或自然形成的浅绿凹地，将来自不透水路面等部分的雨水在滞留区内经过一系列的生物、物理、物化作用达到净化的效果，并使之逐渐渗入土壤，涵养地下水，或使之补给景观用水、厕所用水等城市用水。是一种生态可持续的雨洪控制与雨水利用设施。
生物滞留除了有效的进行雨水渗透之外，在很多方面都有很好的作用：
（1）通过绿色植被的吸附、土壤的滞留、以及在土壤中形成的生物群落对病菌、重金属等溶解物质的去除有良好的效果；
（2）能够改善鸟类的栖息环境；
（3）通过生物滞留带的净化，能够得到水质较好的生活杂用水；
（4）雨水花园的建造与小区绿化同步进行，资本投入少，运行简单，管理方便；
（5）雨水花园有减轻城市热岛效应的作用。
1.3 LID 技术之三：绿色道路
利用 LID 技术进行小区改造道路，该种渗透性种植池约可处理街区60%的地表径流。水泥台阶不再是马路隔离带，绿化带将设置的比马路标高低，种植绿化草木，在绿化中设置下水道入水口。路面径流在植物的吸收和土壤的物化作用下被净化，进而流入地下，对地下水进行一定量的补给；过盛的雨水将通过绿化中的入水口排入市政接口。
在小区中设置的滞留坛给小区勾勒出网格状水网，雨水注入在隔离出的滞留坛内，给小区创造了更多的步行小路、停车位、街道景观、照明和标语空间。当大暴雨来临时，如果雨量超过所有滞留坛的容纳能力，过盛的雨水会流向城市雨水排放系统。
1.4 LID 技术之四：绿色生态屋顶
绿色生态屋顶主要以种植绿色植被为手段，在建筑物、构筑物、屋顶、露台等地大面积绿化，以期达到空热降温、缓冲径流的作用。在生态屋顶上面种了青草，城市房屋显得格外美观。另一方面绿色屋顶能够在炎热的夏季保持室内温度的凉爽，在冬天也能很好的起到保温作用。平时也能降低噪音等污染、美化环境，为城市增添几分大自然的韵味。
2 基于某LID 的居民小区雨水利用为例
2.1 生态小区规划与设计原则
基于低影响开发的生态小区规划设计原则：
（1）在小区规划建设中，将小区中的雨水利用与收集系统作为小区给排水系统的一部分，进行水量平衡计算，和市政供自来水配合使用。
（2）在设计中，应根据收集雨水的不同用途对储水构筑物进行合理分配和设置。
（3）应根据小区所处的城市地理位置，将小区集中与分散的生态处理系统和市政接入口相对应的布置在小区内。
（4）雨水调节池是雨水调蓄系统的核心部分，兼具雨水滞留、储存和调节作用，在生态小区设计中应合理设计生态小区内雨水调节池的容量和位置。
（5）考虑到利用屋面对强降雨进行径流缓冲，在小区建筑区设置屋顶绿化。
（6）小区内所有非建筑区域尽可能实现渗透铺装，且避免渗透铺装的下垫面采用不透水混凝土垫层，使渗透铺装成为摆设。
（7）在修筑小区道路时要控制好道路边缘与绿化部分的标高，保证路面雨水能够流畅的进入绿化区内进行入渗。
2.2 小区雨水可替代水量分析
居民家庭生活用水一般包括冲厕、淋浴、洗衣、厨用、饮用、浇花、卫生及其他用水等 8 项。居民家庭生活中用水量最大的是冲厕用水，根据拘谨型、节约型、一般型的家庭用水状况分类，冲厕用水分别占到家庭总用水量的34.8%、32.1%、29.1%，基本上占到家庭用水的三分之一。而冲厕用水非人体接触用水，对于水质的要求并不高，完全可以用净化的雨水代替。同样，家庭用水中的浇花和卫生用水在家庭用水总量中占到 5.8%的比重，根据其用途也可以用雨水代替。
假如每户按 3 口之家计算；每月按30.4天计算。总户数为 6970户，小区作为拆迁安置小区，回迁入住率可达 95%以上，每户按三口之家计算，每年可用雨水替代的用水量也是相当大的，我们以一般家庭的用水情况做如下简单的计算。
Q＝q×T×N×η （1）
其中：Q—总用水量；T—时间长度；N—用水人数；η—入住率
Q＝（q1+q2+q3）÷1000 ×T×N×η
＝（40+8+8）÷1000 ×365×（6970×3）×95%
＝406030.38（m3）≈41（万m3）
由计算得出，该小区家庭用水中的冲厕、浇花及卫生用水如采用收集雨水，每年可节省市政供自来水 41 万立方米，利用量相当可观。
2.3 雨水措施的设计及其体积消减计算
（1）小区设计径流系数的验证
城市降雨的径流系数受到多方面因素的影响和改变，目前在城市雨水径流设计中
均按照地面覆盖材质的种类取经验值。而城市或建筑小区内的整体径流系数Ψ是通
过公式（3）得到的：
Ψ＝∑Fi?ψi/F （2）
式中，Fi—小区内各类用地地面的面积；Ψi—各类用地地面的径流系数；F—总汇水面积。
由上表可以看出，该小区的用地分配满足建成后外排雨水径流系数不大于 0.70的强制要求，该方案可行。
（2）小区滞蓄雨水总量计算
在保持该小区在一年一遇的径流量相同的情况下，小区需要滞蓄的雨水总量应为
W＝10HF（φ前－φ后）（3）
＝10×61.1×（0.55－0.3）×（2.11+6.25+7.52×0.4）
＝1736.5（m3）
式中：H——该小区所在区域近年来最大日降雨量，mm
F——汇水面积，ha（绿化部分按 40%计算）
φ前——按用地分类建设后的综合径流系数，0.55
φ后——未开发前原有土地径流系数，0.30
（3）小区绿化屋顶雨水滞蓄量
小区共有 30 个上人大屋面，屋面面积为 703.63m2，按照低影响开发的理念将屋面绿化，扣除管线布置和设备基础占用的面积，每个屋面有60%的面积可用于绿植，绿化后屋面起到延迟洪峰、降低径流量的作用。屋顶绿化前后径流系数降低至 0.4，由此得出屋面可滞蓄的雨水数量为：
W1＝10HF1（φ前－φ后）（4）
＝10×61.1×（0.9－0.4）×（2.11×60%）
＝386.8（m3）
式中：H——该小区所在区域近年来最大日降雨量，mm
F1——屋顶绿化滞水面积，ha（按建筑屋面面积的 60%计算）
φ前——屋顶绿化前的径流系数，0.90
φ后——屋顶绿化后的径流系数，0.40
（4）渗透铺装雨水滞蓄水量
在项目设计中，考虑到该小区规模大、占地大等特点，为及时补充地下水小区设计了8%的渗透铺装面积，渗透铺装可以使径流系数降低至0.4，由此得出在最大日降雨量的情况下可滞蓄的雨水量为：
W2＝10HF2（φ前－φ后）（5）
＝10×61.1×（0.9－0.4）×（15.88×8%）
＝388.1（m3）
式中：H——该小区所在区域近年来最大日降雨量，mm
F2——建成小区的铺装面积，ha（按建筑屋面面积的8%计算）
φ前——铺装前按不透水路面计算的径流系数，0.90
φ后——小区建成铺装后的径流系数，0.40
（5）小区屋面可收集雨水水量
小区屋面汇水面包括绿化屋面部分和未绿化的管线及设备部分，由屋面所汇集的雨水经过排水管道输送到小区绿化渗滤部分，经绿化植被净化后收集到小区雨水收集池内，由此可得出小区屋面可收集雨水水量为：
W3＝10HF3φα （6）
＝10×38×2.11×0.6×0.85
＝408.9（m3）
（6）绿化低洼滞蓄坑滞水量
低洼绿地在小区绿化部分能够较好的储存降雨量，并能够起到蒸发汇流的效果，该小区中绿化低洼滞蓄坑占绿化部分的 20%，滞蓄深度取 0.1m，由此可得绿地低洼部分滞蓄雨量为：
W4＝F4h＝0.20×2.11×0.1＝422（m3）
3 基于 LID 的小区绿化渗滤水质分析试验
居民小区各种雨水利用措施中，绿化区渗滤措施的运用，不仅能够有效减少径流量，而且经过渗滤后的雨水水质能够很好的改善，将直接用于小区杂用水。绿化区渗滤措施类似于处置路面径流的渗排植被浅沟，具有消减径流效果明显，去除SS、TP、COD 及氨氮效率高等特点。本节将通过雨水渗滤试验，来测定分析雨水经过绿化渗滤层的滞留、植物吸收和渗滤作用后，雨水径流中悬浮颗粒污染物和可溶解性污染物的去除效果。
3.1 雨水渗滤试验模型的建立
小区绿化渗滤系统主要由蓄水层、绿化植物、种植土壤、砂砾层、卵石层、土工布、集水盲，雨水储存池沟等部分构成。该小区的绿化渗滤系统设置在车库顶板上，由于该小区占地面积大，汇水面积极大，车库顶板受力限制等因素，因此根据小区楼位布置和绿化情况将小区汇水渗滤系统分为 A、B 两个区域进行雨水渗滤收集，其中A 区块的绿化总面积为 18000平方米。系统中蓄水层设计为 30mm；种植土壤厚度设计为 700mm；砂砾层设计厚度 300mm；卵石层设计厚度 200mm；为增加蓄水流动能力并阻止种植土进入砂砾层，在砂砾层与种植土壤之间铺设 400g/m2的土工布一层。系统总设计高度为 1200mm。（下图为绿化渗水系统图）
实验原理：在车库顶板上，以车库顶板中心线为中心，向盲沟两侧坡向千分之三的坡度，坡向盲沟。屋顶的雨水经排水管汇集至车库中心线位置，每隔 15m 设置一处出水点，径流雨水至少要经过单向 30m 的径流，经植物根系过滤、土壤物理过滤、土壤中形成的微生物群落消化处理等过程处理后才能够达到盲沟处被集中收集进入雨水集水池内被利用。
3.2 淋雨试验
本试验在 2014 年 9~11 月的 3 次降雨过程中同步进行，在绿化区域的车库中心线位置设置五个取水测试点，分别为 A、B、C、D、E 四个点。在各点上分别收集距中心线 10m 长度内的渗滤水。
3.3 水质净化效果分析
在距离给水点 A、B、C、D、E 五点 0.5、1、2、3、4 和 7 米处取渗滤水样对水中 SS、COD、TP 及氨氮进行测定。
（1）悬浮物（suspended solids）简称“SS”，指悬浮在水中的固体物质，包括不溶于水中的无机物、有机物及泥砂、黏土、微生物等。水中悬浮物含量是衡量水污染程度的指标之一。悬浮物是造成水浑浊的主要原因。
经过绿化渗滤的处理，在 0~10m 范围内的测定，SS 由 953mg/L 降到 199mg/L，
在 0~3m 的渗滤过程中 SS 含量降低最大，基本去除了屋面雨水中 95%的悬浮物。
（2）化学需氧量（Chemical O xygen Demand）简称“COD”，是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量。废水、废水处理厂出水和受污染的水中，能被强氧化剂氧化的物质（一般为有机物）的氧当量。在河流污染和工业废水性质的研究以及废水处理厂的运行管理中，它是一个重要的而且能较快测定的有机物污染参数。
在绿化渗滤的净化过程中，对于 COD 的去除主要是土壤吸收及土壤中形成的生物圈系统的作用。在 0~10m 范围内的测定，COD 的降解速率基本均匀，COD 由327mg/L 降到 102mg/L，再经过简单的絮凝、沉淀、过滤、消毒程序，就可以达到杂用水标准。
（3）总磷（total phosphorus）简称“TP”，是污水中常测的一种污染物。水中的含磷化合物主要可以分为三类：正磷酸盐、缩聚磷酸盐、有机磷。将水中各种形态的磷通过消解转化为正磷酸盐，测得的数据为总磷。雨水中磷的含量是导致江河湖海水体富营养化的重要因素。
绿色植被对 TP 的去除效果明显，在 0~10m 范围内，雨水中 TP 值由 5.50mg/L降低至 1.0mg/L，在 0~3m 的距离中去除率最高。
（4）氨氮是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮。水中氨氮含量是指以氨或铵离子形式存在的化合氨。氨氮是水体中的营养素，可导致水富营养化现象产生，是水体中的主要耗氧污染物，对鱼类及某些水生生物有毒害。
试验表明，雨水通过绿色植物渗滤后对水中氨氮的去除效果明显，水力停留时间越长，处理效果越好。在 0~10m 的渗滤净化后，雨水中氨氮含量从 12.64mg/L 降至2.58mg/L。
4 结语
在基于 LID 的生态小区开发中，为更好的将资源利用，并降低投入，从小区建设开始就引入低影响开发的理念，在施工的各个环节中运用，收到了很好的效果。在小区中的收集的雨水可以代替大量的生活杂用水，经绿化渗滤处理后的雨水水质完全能沟满足其需求。小区中绿化渗透结构的设计也符合绿色建筑的建设要求，能够很好的降低雨水径流，并通过强化土壤及填料的生物过滤作用，能够进一步提升绿化渗滤的净化能力。
参考文献：
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[4]徐尚玲，李海燕.浅谈屋顶绿化和城市雨水回用技术[J].中国环境科学学会2012学术年会.南宁.2012.
论文作者:王军君
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第10期
论文发表时间:2016/9/1
标签：雨水论文; 径流论文; 小区论文; 屋面论文; 用水论文; 城市论文; 系数论文; 《低碳地产》2016年第10期论文;