住區雨水利用與景觀水體水質保障工程設計實例*

李俊奇¹，張潔¹，車 武¹，李寶宏²

（1.北京建筑工程學院， 北京 100044； 2平頂山工學院 河南 467001）

　　摘 要： 介紹了北京地區某住宅小區雨水利用工程和景觀水體設計的總體思路和主要技術環節，對以景觀水體為核心的水量平衡、雨水收集、生態堤岸、安全調蓄、循環利用等問題進行了分析，提出了解決措施和對策，為住區雨水利用設計提供借鑒。
　　關鍵詞：雨水設計; 景觀水體; 水質保障

Case Study on Rainwater Utilization

and Water Quality Control Design for Landscape Water Body

in Residential Area

LI Jun-qi¹, LI Bao-hong², ZHANG Jie¹, CHE Wu¹

(1. Beijing Institute of Civil Engineering & Architecture, Beijing 100044, China ;

2. Pingdingshan Institute of Technology, Henan 467001, China)

Abstract: The overall thinking and chief segments for rainwater utilization and landscape water body design of a residential area in Beijing are introduced. Especially according to demand of the landscape water body, water balance, rainwater catchment, ecological embankment, safe detention, cycle reusing are mainly analyzed. The solution measures and methods are put forward, which provided valuable reference for rainwater utilization engineering design of the residential area.

Key words: rainwater design; landscape water body; water quality control

1 工程概況

　　北京近郊某住宅小區，一期總占地面積11.4ha，按徑流系數不同劃分，各部分組成與比例見表1。經計算，包括人工水體在內的綜合徑流系數為0.695，不包括人工水體時的綜合徑流系數為0.65。該小區一期住宅包括48棟3－6層高級別墅和公寓，還有會所、幼兒園等公建。大部分別墅和公園后院均為下沉式庭院，周邊無市政雨污水管線，生活水源為自備地下水源井，生活污水經中水站處理后用于綠地澆灌等雜用水。在園區北側和西側各有一條排洪渠。地面平均設計高程為32.5~33.5m。

表1 某住區一期工程用地一覽

Tab.1 Land distribution of the 1st phase of a residential area

用地類型

面積（ha）

徑流系數

居住區用地

建筑用地面積(含公建0.3ha)

5.1

0.9

道路用地面積

1.6

0.9

綠地（含公共綠地1.2ha）面積

3.3

0.15

水體面積(含人工水道0.2ha)

1.4

1.0

總計

11.4

0.695

　　工程目標：在保障景觀水體水質的前提下最大限度地節約用水，合理利用水資源，減少運行成本，實現雨/污水資源化，同時兼顧景觀、防洪與生態，滿足綠色住宅小區對水資源、水景觀和水環境的整體要求^[1][2]。

2 水量平衡

2.1水量平衡計算依據
　　1）1995－1999北京某區月均降雨量、月均蒸發量；
　　2）北京園林部門統計月均綠化用水量或綠化用水量預測；降雨量、蒸發量和綠化用水量的對比見圖1。由于該小區采用了較多的高爾夫球場綠化用草，耗水量較大，綠化用水量均按120mm/月計算。

圖1 降雨量、蒸發量和綠化用水量對比圖

Fig.1 Comparison among rainfall, evaporation and green belt sprinking

　　3）徑流雨水量按下式計算：

　?。?sub>1＝ψ×H×A×α×β

　　其中：ψ- 徑流系數；H - 降雨量；A–徑流面積（m²）；α-季節折減系數，取0.85；β-初期雨水棄流系數，取0.87^[3]。

　　4）根據北京地區的降雨和該住區綠化等特點，水量平衡計算僅計算3－10月份，共計8個月；
　　5)其它損失量按用水量的10％計。
　　平衡計算結果見表2。
2.2 結果分析
　　當人工水體采用不同水源時將出現不同的補水方案。本文分析以下兩種情況：
　?。?） 湖水優先采用雨水，不足時用中水或地下水補充。
　　該住區人工湖蒸發、綠化、噴灑道路和損耗用水量共計59735 m³，而年均雨水徑流量為40655 m³，即若徑流雨水全部被收集利用的話，徑流雨水可以解決以上幾項用途68.1％的水源。
　　當僅用雨水作為人工湖水源時，保持人工湖常水位，所計算8個月中，7、8兩月需向外排水，排水量分別是7826 m³和2152m³，其余月份均需向湖中補水，每月需補水量見表2，年共需補水量為29059 m³，當7、8月份水不外排時年共需補水量為19081 m³。
　　人工湖水源不足時用中水補充。特殊情況下才使用地下水補水。中水作為補充水源時，為保障湖水水質，中水應進行深度處理，達到景觀用水的要求。
　　中水可供回用的水量為117.2 m³/d，3－10月份共計可供水量32816 m³，可以滿足人工湖補水要求。11－1月份共計水量14064 m³需另行考慮出路。
　?。?）湖水補水首先考慮中水，不足時用雨水補充。
　　若中水出水全部入湖，全年中水水量為42192 m³，可以滿足以上幾項需水量70.6%的水源。為了有利于湖水水質保障，縮短湖水的循環周期，以上幾項用水均以湖中取水。此時，雨水可以作為補充水源，收集水量為17543 m³，即可僅收集該住區43%徑流表面的雨水。其余57％徑流表面的雨水外排。
　　 結合現場地實際情況分析，為了最大限度地利用雨水資源，首先考慮使用雨水作為湖水地補充水源，第二水源為中水。即徑流雨水盡量收集，為保證湖水水質，收集時盡量采用凈化和棄流設施（采用棄流和低勢綠地后徑流雨水量會相應減少）；鑒于雨水的隨機性，為了維持景觀要求，中水需經深度處理達到景觀用水要求方可入湖。冬季中水建議通過人工湖調蓄，超過調蓄量時排放。

3 人工水體調蓄能力分析

　　首先對原設計人工湖的調蓄功能進行分析。
　　人工湖面積為12000m²，水深0.6－3.0m，可調蓄0.4m，調蓄容量為4800m³。另外，該住區還有面積為2000m²的人工水道，平均水深0.45m，可調蓄0.3m，調

表2 住區水量平衡表
Tab.2Water quantity balance of residential area

月份

降雨量與徑流量

蒸發量

綠化用水量

噴灑道路用水量

用水量小計

其他損失量（按用水量的10％計）

總用水量

入湖雨水量－總用水量

保持常水位時需補水量獲外排水量

月均

入湖徑流雨水量

月均

湖體蒸發量

月均

綠化用水量

月均

噴灑道路用水量

mm

m³

mm

m³

mm

m³

mm

m³

m³

m³

m³

m³

m³

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)＝(4)+(6)+(8)

(10)＝(9)×10%

(11)=(9)+(10)

(12)=(2)-(11)

(13)

3

5.9

407

139.8

1957

120

3960

15

240

6157

616

6773

-6366

需補水6366m³

4

18.5

1274

206.2

2887

120

3960

15

240

7087

709

7796

-6522

需補水6522m³

5

47.1

3247

256

3584

150

3960

15

240

7784

778

8562

-5315

需補水5315m³

6

68.2

4701

235.7

3300

120

3960

15

240

7500

750

8250

-3549

需補水3549m³

7

226.4

15606

205.2

2873

120

3960

15

240

7073

707

7780

7826

需外排7826m³

8

134.9

9299

164.1

2297

120

3960

15

240

6497

650

7147

2152

需外排2152m³

9

56.3

3881

140.5

1967

120

3960

15

240

6167

617

6784

-2903

需補水2903m³

10

32.5

2240

131.4

1840

120

3960

15

240

6040

604

6644

-4404

需補水4404m³

合計

589.80

40655

1479

20705

960

31680

120

1920

54305

5431

59736

-19081

共需補水29059 m³；7、8月份水不外排時需補水19081m³

　　蓄容量為600m³。則水體調蓄總容積為5400m³,即相當于一次調蓄能力為日降雨量78mm（約相當于北京地區1.5年重現期）。
　　不同重現期湖水水位分析與安全性評價見表3。
　　根據以上分析，原設計人工湖可以滿足重新期為1.5年的暴雨的調蓄能力。但考慮到該區域外圍目前市政管線尚不完善，可以適當增大湖的調蓄能力。途徑包括：適當降低湖的常水位深度，將湖的常水位按30.00進行設計。為了不破壞湖與周邊建筑物的景觀效果，沿建筑物附近設立了31.60m的高水位區。同時，在近湖周邊建立多功能緩沖區；超過設計能力時通過溢流管外排。

4、景觀水體水質保障

4.1總體方案
　　指導思想：在進行水量平衡分析的基礎上，以人工湖為核心，以自然凈化、生態修復、截污截流、循環利用為關鍵技術，以水質保障與生態景觀、雨污水資源化、防洪調蓄等相結合為目的進行綜合設計，保持整個系統的協調和可持續性。
　　依據工程目標和設計指導思想提出了如圖2所示的工藝流程：

圖2 景觀水體水質保障工藝流程圖
Fig.2 Flow chart of water quality control for landscape water body

4.2雨水收集、輸送與污染控制系統
　　屋面雨水就近匯入建筑附近的低勢綠地，低勢綠地按低于路面5~10cm控制，達到明顯消減雨水徑流量、去除初期雨水污染物和節約綠化用水的目的。低勢綠地應有溢流口與排放雨水的淺溝連通，或有自然坡面通向排水溝，避免局部過量積水。
　　路面和停車場雨水首先匯入附近低勢綠地、條狀截污帶或路邊植被淺溝，對初期雨水徑流進行截流、截污后輸送排放。
　　對污染量較大的區域，在排水管（渠）內設置初期雨水自動棄流裝置，將污染的初期雨水分流，排入小區污水管系進入中水處理站。
　　小區內的雨水排出劃分為北區、中區、南區三個區域，南區和中區分別通過兩個入口排入人工湖，由于北區下沉小院太深，且距人工湖太遠，可以考慮將雨水直接排放至北側明渠。
　　南區和中區的雨水重力排入人工湖，管線按重現期P=5年設計。
4.3 湖區自然凈化系統
　　在湖區北部和湖心島兩處分別設置生態凈化區，北區包括可以交替使用的人工土植被快速滲濾床和人工平流濕地，主要處理對象是中水和循環凈化湖水。因中水處理站出水仍含有少量污染物，尤其是N、P，對人工湖是潛在的威脅。設計的土壤/植物凈化系統是依靠具有強凈化能力的人工混合土壤、植物根系和土壤中豐富的生物種群對中水做進一步深度處理，使其達到優良水質。在對湖水循環的同時，對湖內的污染物進一步吸收凈化。凈化區呈自然坡地，生長繁密的植物，構成一幅自然景觀，注重與水景觀的有機結合，達到一舉多得的目的。
　　湖心島凈化區主要針對湖體循環水設置人工土植被快速滲濾床，解決湖體死角的循環凈化，根據水質情況間歇運行。
　　在雨水干管集中入湖處設置雨水前置塘，種植有耐水沖和凈化能力較強的水生植物。起到沉淀、截污、生物凈化等作用。
4.4 景觀水循環與湖體生態凈化系統
　　為了增強人工湖水的循環，縮短置換時間，設置循環水泵，按循環周期7天計，則湖的循環流量為：湖面面積1.2萬m²,湖深按平均2.0m計，則湖的容積2.4萬m³,循環流量為3429 m³/d＝143 m³/h。在湖體中設置五處循環泵坑（其中兩處備用），分別往北部凈化區循環供水、湖心島凈化區循環供水，同時還兼有往上游高水位（31.60m處湖面）供水循環和溢流排洪功能。
　　在湖中和湖邊設置水生植物區，也可根據情況需要在湖內增設植物浮島，旨在改善湖本身的生態功能，提供一定自凈能力，為各種水生植物和鳥類提供必要的棲息場所，使人工湖更具生機，也達到改善湖體景觀的效果。
4.5 湖底設計和生態堤岸
　　人工湖底采用LDPE防滲膜。為了保證不同種類底植物能生存，湖底高程、湖底回填材料等要求應與植物的要求相適應。堤岸設計采用了多種堤岸相結合的方式，包括草皮入水、水生植物階梯形駁岸、透水駁岸、石砌駁岸和跌水駁岸等。其方式的選擇應首先考慮的主要因素包括：周邊地形、道路、水生植物種植、凈化功能和景觀要求等。
4.6 小區防洪系統
　　在雨水截流和充分利用景觀湖調蓄能力的基礎上來設計小區一期工程的排洪渠，可削減排洪渠的建設費用，同時滿足小區排洪設計標準。
　　在人工湖南側設溢洪口，通過暗渠（管）與二期西側排洪渠連通。溢流管重現期按P=2.0設計。

5 總結

　　雨水利用是綠色住宅小區的重要內容之一。其設計應根據住區的特點進行細致的水量平衡分析，在此基礎上進行水源的優化選擇，同時考慮防洪、景觀等要求。當住區有水體時，應尋求以水體為核心的水源優化方案。為了保障水體的水質，應建立源頭污染控制和提高水體自凈能力相結合的綜合水質保障體系。

參考文獻

[1] 李俊奇，車武，汪宏玲. 雨水利用與生態小區. 給水排水[J]，2003，29（5）:14-16
[2] 李俊奇，車武.城市雨水問題與可持續發展對策.城市環境與城市生態[J]，2005，18（4）:5-8
[3] 任超.北京市建筑物屋面雨水利用可行性研究.北京建筑工程學院碩士研究生學位論文，2000.1

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作者通訊處：100044 北京建筑工程學院城建系
電話：（010）68322128
Email:jqli6711@vip.163.com

*北京市規劃委員會基金資助項目（200503001）；北京城市節水管理中心基金項目;北京市“學術創新團隊”項目-可持續水與廢物循環利用技術（BJE10016200611）資助