雨水回用設計計算書

A. 城市雨水收集與回用

隨著人們環保意識的增強，城市雨水的收集利用會逐步發展起來。這也就需要有關部門轉變城市治水思路，先發展雨水利用工程，再建雨水外排系統，積極推動城市雨水利用與管理進程，使雨水利用系統能夠在大多數城市得到推廣和應用。本文作者結合多年來的工作經驗，對城市雨水收集與回用進行了研究，具有重要的參考意義。
伴隨著城市化建設，城市中建築屋面、路面、廣場、停車場地等表面大部分均進行了硬化處理，這些硬化處理雖然滿足了美觀、舒適、整潔的要求，但也為人類帶來了一定的隱患。降落的雨水主要依靠地表徑流;而近年來全球極端氣候致使暴雨、特大暴雨頻發，我國多個城市（北京、武漢、深圳、廈門等）發生內澇災害，嚴重危及人民群眾的生命財產安全和城市的正常運行。
與發達國家相比，我國存在城市排水標准偏低、缺乏應對特大暴雨的內澇防治系統、相應的預警及應急措施不完善等問題，這直接削弱了城市抵禦暴雨等氣象災害的能力。為解決此類問題，2013年國務院發布了《國務院辦公廳關於做好城市排水防澇設施建設工作的通知》（國辦發（2013）23號通知）。通知要求各地區積極推進低影響開發建設模式，採取蓄、滯、滲、凈、用、排相結合，實現生態排水，綜合排水。
低影響開發建設模式在國外發達國家及地區已普及幾十年，國內則剛起步。2011年將LID（低影響開發建設模式）首次寫入室外排水設計規范：應採取雨水滲透、調蓄等措施，從源頭降低雨水徑流產生量，延緩出流時間[1]。LID強調從源頭開始，全過程實施流量控制，能有效地削減降雨期間的流量峰值，減輕排水管道的壓力，降低城市內澇發生的頻率和強度。
雨水收集及回用是指針對因建築屋頂、路面硬化導致區域內徑流量增加而採取的對雨水進行就地收集、入滲、儲存、處理、利用等措施。主要包括收集、儲存和凈化後的直接利用;利用各種人工或自然水體、池塘、濕地或低窪地對雨水徑流實施調蓄、凈化和利用，改善城市水環境和生態環境;通過各種人工或自然滲透設施使雨水滲入地下，補充地下水資源。本文重點介紹源頭也即住宅區等小區內的雨水收集與回用。
1、雨水的收集
1.1屋面雨水收集
雨水收集回用系統應優先收集屋面雨水，不宜收集機動車道路等污染嚴重的下墊面上的雨水[2]
目前建築屋面大多採用對雨水無污染或污染較小的材料，屋面雨水水質相對較好，受外界污染影響相對較小，且其徑流量大，便於收集。
屋面雨水排放主要有以下兩種收集方式：
①屋面雨水經雨水斗收集排放至室外雨水管，經雨水管排至市政雨水管網，或者是排至室外雨水收集池，經雨水收集池溢流的部分再排至市政雨水管網。
②採用屋頂花園雨水利用系統，在確保屋面不漏水，多餘雨水水流通暢排放的前提下，植物的生長所需水量和土壤的吸水率在一定程度上提高了雨水的利用率。
1.2 地面雨水收集
地面雨水收集系統主要是收集硬化地面上的雨水和從屋面引至地面的雨水。
室外排水設計規范（2014年版）要求，地區整體改建時，對於相同的設計重現期，改建後的徑流量不得超過原有徑流量，可採取的綜合措施有下凹式綠地，設置植草溝、滲透池等，人行道、停車場、廣場和小區道路等可採用滲透性路面，促進雨水下滲，既達到雨水資源綜合利用的目的，又不增加徑流量[1]。城市排水（雨水）防澇綜合規劃編制大綱要求新建地區的硬化地面中，透水性地面的比例不應小於40%[3]。與傳統的路面相比，常見的透水瀝青、透水混凝土、草皮磚等透水地面，在使用上其透水性能有的還優於自然土壤的滲透能力。將地表徑流改為地下入滲，可以減少地表徑流，盡快補充地下水，並且更有利於環境的發展。
1.3 雨水的儲存設施
為便於回用，雨水的收集系統應設置雨水儲存調蓄設施。
儲存設施可以採用區域內景觀水體、水池等，其材料宜耐腐蝕、清潔、環保。
調蓄設施應盡量採用小區內天然的窪地、池塘等地面設施。天然條件不滿足時，可建造室外調蓄池。
1.4 雨水的棄流與外排
受空氣中粉塵及污染物的影響，初期雨水水質較差，回用較麻煩且成本高。考慮到雨水水量大，考慮將初期的雨水進行棄流，將中後期雨水進行收集回用。通過棄流初期徑流雨水就可以降低整體雨水收集的污染物濃度指標，收集到更優質的雨水。
雨水的降落量、大自然的變化多端都是無法控制的。所以，設有小區雨水系統的收集設施應設置相應的外排措施，當實際的降雨量超過了雨水系統收集設施的蓄水能力時，多餘的雨水就會形成徑流、溢流，匯到相應的雨水管道，通過雨水排水系統外排至市政雨水管網。
2、雨水的回用
2.1雨水回用的設計原則
雨水回用的設計原則主要有以下幾點：
①小區規劃中設有景觀水體時，在景觀水體的設計中，應優先選用雨水進行調蓄、補充，並設置雨水儲存設施。
②小區規劃中未設置景觀水體時，應優先考慮綠地、植草溝、透水鋪裝等入滲方式，其次考慮天然窪地、池塘等作為調蓄池，把徑流的高峰流量蓄起來，從而達到收集、處理、回收的目的。
③雨水收集回用應優先選用水質污染少，並且集水效率高的屋面雨水。屋面雨水可採用雨水入滲、收集回用或兩者相結合的方式，應根據當地的缺水情況、雨水的需求量和水質要求、雜用水量和降雨量季節變化的吻合程度、室外土壤的入滲能力以及經濟合理性等因素綜合確定。
2.2雨水回用的幾種方式
雨水回用是通過規劃和設計，採取相應的工程措施，將汛期雨水蓄積起來並作為一種可用水源，不僅可以增加城市水源，在一定程度上緩解水資源的供需矛盾，同時還可以有效地減小城市徑流量。雨水收集回用系統主要由收集、貯存、處理設施及回用水管網組成。雨水收集後需經過水質凈化設施對雨水進行水體凈化處理，當達到所需用水區域相應的排放標准後才可以使用，另外還可以起到削減外排雨水總流量及總量的作用。
目前，這些用水區域常見的雨水利用方式主要有以下幾方面：
（1）屋面雨水集蓄運用，運用屋頂做集雨面用於家庭、公共和工業等方面的非飲用水，如灌溉、沖廁、洗衣、冷卻循環、道路及廣場澆灑、消防水用水、景觀水補水等中水體系。
（2）屋頂美化雨水運用，屋頂美化是一種減少徑流量、減輕污染和城市熱島效應、調理修建溫度和美化城市。
（3）小區雨水集蓄運用，綠洲入滲，保護綠洲面積。
（4）雨水回灌地下水，在一些地址條件比較好的當地，進行雨洪回灌，人工補給地下水。
3、結語
小區雨水的收集與利用對實現雨水資源化、節約用水、雨水資源化、縮小雨水管網管徑、修復水環境、減輕城市的洪澇災害及緩解內陸湖泊的面源污染起著至關重要的作用。
我國是一個水資源嚴重短缺的國家，人均水資源量僅為世界人均佔有量的1/4，而且我國水資源分布存在顯著時空不均。近年來我國為緩解北方嚴重缺水的局面進行了南水北調工程，該項目工程量大、工期長。作為缺水地區不能坐等外部調水，應充分開發和回收利用當地一切可能的水資源，其中城市雨水就是長期忽視的一種水資源。通過雨水的合理收集與利用，補充地下水源，削減城市洪峰流量，有效控制地面水體的污染，對改善城市的生態環境、保持水土、緩解水資源緊張的局面有重要的現實意義。

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B. 雨水調蓄池的設計方法

4．14 雨水調蓄池
4．14．1 需要控制面源污染、削減排水管道峰值流量防治地面積水、提高雨水利用程度時，宜設置雨水調蓄池。4．14．2 雨水調蓄池的設置應盡量利用現有設施。4．14．3 雨水調蓄池的位置，應根據調蓄目的、排水體制、管網布置、溢流管下游水位高程和周圍環境等綜合考慮後確定。4．14．4 用於控制面源污染時，雨水調蓄池的有效容積可按下式計算：
V=3600ti(n-n0)Qdrβ (4．14．4)
式中：V——調蓄池有效容積(m)；ti——調蓄池進水時間(h)，宜採用0.5h～1h，當合流制排水系統雨天溢流污水水質在單次降雨事件中無明顯初期效應時，宜取上限；反之，可取下限；n——調蓄池運行期間的截流倍數，由要求的污染負荷目標削減率、當地截流倍數和截流量占降雨量比例之間的關系求得；n0——系統原截流倍數；Qdr——截流井以前的旱流污水量(m/s)；β——調蓄池容積計算安全系數，可取1.1～1.5。4．14．5 用於削減排水管道洪峰流量時，雨水調蓄池的有效容積可按下式計算：
V=[-(0.65/n+b/t·0.5/(n+0.2)+1.10)lg(α+0.3)+0．215/n]·Q·t (4．14．5)
式中：V——調蓄池有效容積(m)；α——脫過系數，取值為調蓄池下游設計流量和上游設計流量之比；Q——調蓄池上游設計流量Q(m/min)；b、n——暴雨強度公式參數；t——降雨歷時(min)，根據式(3．2．5)計算。其中，m=1。4．14．6 用於提高雨水利用程度時，雨水調蓄池的有效容積應根據降雨特徵、用水需求和經濟效益等確定。4．14．7 雨水調蓄池的放空時間，可按下式計算：
to=V/3600Q'η （4．14．7）
式中：to——放空時間(h)；V——調蓄池有效容積((m)；Q'——下游排水管道或設施的受納能力(m/s)；η——排放效率，一般可取0.3～0.9。4．14．8 雨水調蓄池應設置清洗、排氣和除臭等附屬設施和檢修通道。

C. 雨水回收利用系統設計需要哪些數據

在需要數抄據前，先要搞清楚：

1. 做雨水回收利用的目的是什麼？這決定了你需要的數據。如：用於蓄洪、用於綠化澆灌、用於評綠標、用於評海綿城市... ... 明確目的後，便知道需要佔地面積、綠地面積、屋頂面積，或者評綠標的話還需要綜合的非傳統水源量等，徑流控制率等哪些具體數據了。

2. 一般的雨水回用系統都是為了合理的利用原本被盲目快排掉的雨水，盡可能的通過對雨水的重新認識，通過設計規劃，減少地表徑流，增加滲透的水量，降低雨水的污染度。因此，需要的參數就是這個項目的經濟技術指標、當地的水文資料和政府對雨水的要求文件。
   

D. 高層建築中水回用技術的應用

高層建築中水回用技術可以大大緩解水資源緊張的問題，是解決當前某些缺水城市水資源危機的重要途徑。因此，在現階段加強建築中水回用技術的研究，對提高超高層建築水資源的有效利用率、進而促進中水回用的產業化發展，達到節約用水的目的有著深進意義。
1 工程概況
某工程為超高層建築，主要功能為辦公、商業、餐飲等，總用地面積25，945m2，總建築面積210，964m2，其中地下層為車庫，1～6層為裙房，主要功能為商業餐飲，6層以上分為E、F兩座塔樓，其中E座高119.2m，F座高139.2m。由於該工程位於淡水資源極度缺乏的城市，應該充分重視水資源的利用問題。
2 高層建築中水回用技術
2.1 中水系統設計
本工程的供水水源為城市自來水。中水供應系統向本建築全部衛生間供水。以公共衛生間內的手盆水、公共浴室排水、冷卻塔排水等作為中水原水，經過處理後的中水回用於公共衛生間內大小便器的沖洗以及車庫地面的沖洗補水等地方。本建築內污廢水量約732.6m3/d，按供水量的90%計。其中用於中水原水量約139.7m3/d。因此，實際日排放量為592.9m3/d。冷卻塔排水、綠化和澆灑道路等用水不排入污水系統，此部分耗水量為440m3/d。設計的室內污水和廢水進行分流排除，公共衛生間的一部分廢水作為中水原水循環至中水機房進行回收；對於衛生間的生活污廢水，設計為專用的通氣管排水系統進行排水；首層以下排水單獨排出室外。
中水原水量為139.7m3/d，中水回用系統的平均日用水量為228.8m3/d，兩水量相差部分由雨水補給（詳見雨水利用），可達到回用系統的1.1倍（年收集水量占回用水量百分數）最高日用水量為343.2m3/d。
2.2 中水回用工藝流程
2.2.1 工藝設計依據
本工程將中水處理站設在地下二層，需要處理的水量：中水原水平均日收集水量139.7m3/d，中水設備日處理時間取12h/d，平均時處理水量為11.6m3/h。因此，設計取設備處理規模為12m3/h。中水水質標准：符合《城市雜用水水質標准》（GB/T18920-2002），其中濁度、溶解性總固體、BOD5、氨氮按嚴標准取值。
2.2.2 中水回用工藝流程
建築中水回用可以處理到兩種程度的回用水，一種是處理到可以供人類直接飲用的水，實現水資源的完全循環利用，但是這種工藝投資高且工藝復雜；另一種是處理到不供人類飲用，而是將處理水回用於沖廁、綠地用水、沖洗車庫地面用水等地方，後者應用較為普遍。中水處理有多種不同的工藝，處理時應該綜合考慮中水原水的水量、水質、以及處理水回用部位等因素。在實際應用中，根據原水水質不同，中水處理流程可以分為很多種。
中水首先經過格柵和曝氣調節池進行預處理，去除污水中的雜質並且均勻水質；然後經過毛發收集器，由一級提升泵到達中水一體化設備，再由二級提升泵依次達到石英砂過濾器、活性炭過濾器、中水蓄水池（與雨水共用），最終向本建築的全部衛生間供水。此外，設計的中水處理工藝中還應用了鼓風曝氣機進行曝氣，增加足夠的溶解氧，使氧氣在液體中被充分攪拌和溶解，達到阻止液體中的懸浮物下沉的效果；濾池反沖洗設備用於攔截水中的雜質，去除水中的顆粒物等雜質。
處理後的中水水質應符合《城市污水再生利用城市雜用水標准》GB/T18920或《城市污水再生利用景觀環境用水水質》GB/T18921的規定。
2.3 雨水利用系統
2.3.1 建築屋面雨水排水量
雨水量按該市暴雨強度公式計算，屋面雨水設計重現期為10年，降雨歷時5分鍾。溢流口和排水管系總排水能力按50年重現期設計。屋面總匯水面積11，000m2，雨水排水量約為600L/S。
其中暴雨強度公式為：雨水量公式為：Q=ΨqF
雨水管道設計重現期P=2年；室外雨水管道設計降雨歷時T=15分鍾；室外綜合徑流系數Ψ=0.65。
由以上公式計算所得雨水量約為597.3L/s。
2.3.2 雨水利用標准及利用方式
（1）雨水利用標准：重現期1年的雨水進行利用，不排入市政管網，超出的雨量排入市政管網。設計年降雨厚度1，255.1mm，平均年降雨次數121.6次。
（2）雨水利用採用回收利用方式。
①收集量和回用量：根據本工程的用地現狀和投資情況，收集降落在屋面及硬化路面（匯水面積約25，900平方米）的雨水，處理後的雨水進入中水清水池，用於車庫沖洗和衛生間沖廁，用水量約89.1m3/d。
②年收集雨水量（紅線內）=10×0.8×1255.1×0.7×2.59=18，204m3
③雨水收集池：根據用水量、1年重現期降雨量（49.1mm）的收集量和用地現狀綜合確定為400m3，初期4mm的降雨不進入雨水蓄水池，經棄流池排出。雨水蓄水池和棄流池位於室外。超過雨水蓄水池設計能力的降雨通過溢流管排至市政雨水管道。
④工藝流程：由設於雨水收集池內的潛水泵進入地下二層的雨水處理機房。雨水利用的工藝流程圖見圖1。
圖1 雨水收集工藝流程圖
由圖1可知，屋面雨水經過棄流池棄流初期雨水後，收集到雨水蓄水池，經砂濾和活性炭過濾器過濾，達到中水水質標准後，進入與中水共用的雨水蓄水池，用於中水系統供水或用於樓內車庫沖洗及衛生間沖廁。雨水處理設備間歇運行，在有雨水時，運行12h，處理能力為7m3/h，處理後的清水全部存在清水池中，清水池容積100m3，與中水共用。
2.4 效益分析
施工完成之後對設備進行了調試，設備可以正常運行，並且出水水質可以達到規范要求的水質標准。建築的中水回用經濟性主要受到當地水價的影響，水價越高，則建築中水回用系統的經濟效益越高，設備的投資回收期越短。該市現行一般商業用水水價為1.8元/噸（不包含污水處理費用），商業用水污水處理費為1.2元/噸，即總的水費價格為3.0元/噸。本工程設計的中水回用系統的全年回用水量為54，180.6噸，則本建築的中水回用系統全年可以節約用水費用為162，541.8元。
3.結論
綜上所述，高層建築中水回用技術可以大大緩解水資源緊張的問題，並且收到較好的經濟效益和社會效益。因此，相關的工作人員要高度重視水的回用技術上，推動高層建築中水回用技術的發展，提高水的回用率，進而達到節水的目的。
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E. 中水回用系統在某住宅小區中的方案設計

中水是指各種排水經過物理處理、物理化學處理或生物處理，達到規定的水質標准，這種水質的指標是低於城市給水飲用水水質標准，但又高於污水排放標準的水質。是生活、市政、環境等范圍內雜用的非飲用水，可用於沖洗便器、沖洗汽車、建設施工、工業生產、綠化和澆灑道路等。
從20世紀60年代初國外就開始了研究利用中水，近二十年來，中水開發與回用技術得到了迅速的發展，美國、日本等發達國家都在大量的使用中水；以色列是中水回用方面最具代表性的國家，占污水處理總量的46%出水直接回用於灌溉，其餘33.3%和約20%分別回灌於地下或排入河道。我國是於上世紀80年代中期在北京建成了第一個中水試點工程。之後就開始了中水回用的研究報道，相關的標准及法規也陸續出台。
本文通過對本地區某住宅小區中水回用系統方案的比較探討，闡述中水回用系統對城市長久發展及在環保節能方面的積極意義。
1 中水系統組成與形式
1.1 中水系統簡介
小區中水系統是指在新、改、擴建的居住小區等集中建築區內建立的中水系統，因供水范圍較大，生活用水量和環境用水量都很大，設置中水回用系統易於形成規模效應，實現污廢水資源化和小區生態環境的建設。小區中水系統框圖見圖1所示。建築中水系統是一個系統工程，是給水工程技術、排水工程技術、水處理工程技術及建築環境技術的有機結合，運用上述技術實現建築群的使用功能、節水功能及建築環境功能的統一。中水系統既不是污水處理廠的小型化，也不是給水排水工程和水處理設備的簡單拼接。好的中水系統不僅可以為環境及建築本身帶來好的規模效益，而且從長久發展來說具有好的經濟效益和社會效益。
1.2 中水系統的組成、水質和水源
小區中水系統是由中水原水收集系統、處理系統和中水供水系統三部分組成。中水原水收集系統是指收集、輸送中水原水到中水處理設施的管道系統和一些附屬構築物；中水的處理系統是由前處理、主要處理和後處理三部分組成。前處理除了截留大的漂浮物、懸浮物和雜物外，主要是調節水量和水質，即設置調節池；主要處理是去除水中的有機物和無機物等；後處理是對中水供水水質要求很高時進行的深度處理。
小區中水系統水質要求雖然低於城市生活飲用水標准，但衛生指標如大腸菌群數等必須達標，且還要符合人們的感官要求，以解除人們使用中水的心理障礙，此外中水不應引起設備和管道的腐蝕和結垢，最重要的是施工使用要安全可靠。
由於小區中水系統規模較大，中水水源的選擇種類相對較多，具體水源的選擇要根據水量平衡和技術經濟比較最終確定。通常我們選取小區中水系統的水源是小區建築物內的雜排水、（即不含沖廁排水的排水，有沐浴排水、盥洗排水、冷卻水、洗衣排水及廚房排水等。）小區生活污水和小區內雨水（可作為補充水源）。本地區降水量較少，故雨水不考慮在補充水源范圍之內。
2 工程概況
本住宅小區位於呼和浩特東部新區核心區域，北面為城市主幹路海拉爾東街，西側為城市主幹道科爾沁西路，南鄰東站北街，東面為規劃路。小區有4棟高層住宅，1號樓建築面積15967.15m2，建築高度42.6米，地上14層；2號樓建築面積13169.5m2，建築高度42.6米，地上14層；3號樓建築面積16187.7m2，建築高度42.6米，地上14層；4號樓建築面積13109.3m2，建築高度42.6米，地上14層。5號樓屬於綜合一類建築，功能為公寓及公寓式辦公，建築面積25259.23m2，建築高度44.5米，地上13層。6、7號樓屬於低層商鋪，6號樓建築面積1397.4m2，地上2層。7號樓建築面積2265.59m2，地上3層。小區主體下部為地下車庫，地下車庫面積20641.39m2，可停放車輛581輛。小區生活泵房、中水設備處理室、消防泵房和電氣用房均設置於5號樓地下室。
3 小區中水水量平衡計算
小區功能分為住宅和綜合樓兩部分，中水用於沖廁和綠化等雜用，選定沐浴、盥洗和洗衣排水作為中水水源。
4 小區中水處理工藝及設施
中水處理工藝流程是根據中水原水的水量與水質，供應的中水水量與水質，以及當地的自然環境條件和對建築環境的要求經過技術經濟比較確定的。本小區位於我國北部內蒙古呼和浩特地區，處於高海拔、嚴寒、缺水地區，水質較硬。考慮到初投資及運行費用的問題，此次中水處理採用物理化學處理為主的工藝流程。見下圖2。
4.1 格柵
格柵採用機械格柵，設置一道格柵，柵條空隙凈寬為5mm。污水泵的吸水管上設置毛發聚集器去除毛發等雜物。
4.2 原水調節池
調節池選用預曝氣的形式，這樣不但可以使池中顆粒狀雜質保持懸浮狀態，避免沉積在池底，還可以使原水保持有氧狀態，防止原水腐敗變質，產生臭味。而且預曝氣還可以去除部分的有機物。曝氣負荷採用0.9m3/（m3・h）。
4.3 過濾設施
過濾是中水處理工藝中必不可少的後置工藝，它對保證中水的水質起到了決定性的作用。過濾分為兩部分，首先採用微絮凝過濾，它是將絮凝和過濾相結合，工藝緊湊，設備簡單。之後出水再經過活性炭過濾。活性炭過濾採用固定床，過濾器為兩個，過濾器中炭層高度和過濾器直徑比為1∶1，活性炭高度為5.0米，設計負荷為0.5kgCOD/kg炭，接觸時間為30min，反沖洗時間為15min。
4.4 消毒
中水處理必須設有消毒設施，消毒劑投加採用自動投加方式，並能與被消毒水充分混合接觸。消毒劑採用次氯酸鈉消毒劑。加氯量為5mg/L（有效氯），消毒接觸時間大於30min。
中水回用系統設計需要特別注意的是由於中水水質標准低於生活飲用水標准，中水系統與生活給水系統管道、附件和調蓄設施存在共存的問題，可能有居民誤把中水當作生活飲用水使用，為了保證供水安全，採取以下防護措施：①中水管道嚴禁與生活飲用水管道直接連接；②所有明裝的中水管道外壁按有關標準的規定塗色和標志；③對中水系統進行必要的監測控制和維護管理。
5 結語
本工程生活廢水屬於優質雜排水，經過中水水量平衡計算，本小區中水原水量與用水量之差很小，可以滿足本小區沖廁及綠化用水。實現了節約水資源，達到節能減排的良好社會綜合效益。
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