基于雨水資源化利用措施的校園雨水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

王雪峰

（河北建筑工程學(xué)院，河北省 張家口075000）

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化和現(xiàn)代化的進(jìn)程加快，原有的生態(tài)環(huán)境發(fā)生改變，城市不透水表面所占比例的持續(xù)增加，大面積的硬化地面、屋面等使得天然的雨水蓄水功能喪失，雨水被集中快速排放.往往是一場(chǎng)暴雨就能使得城市陷入癱瘓，道路被淹沒(méi)，交通嚴(yán)重?fù)矶?，居民的生命及?cái)產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅，隨著各種地下設(shè)施諸如地下車(chē)庫(kù)、地下商場(chǎng)、地鐵等建設(shè)的增加，使得城市受淹的威脅進(jìn)一步加大［1－2］.城市雨水徑流中亦含有大量的污染物，已成為城市水環(huán)境污染的主要來(lái)源之一［3］.雨水資源化利用的理念提倡將雨水加以儲(chǔ)存利用、滲入地下和調(diào)控排放等措施使得雨水得以消減，它可以有效解決城市雨水內(nèi)澇、減輕水質(zhì)污染，同時(shí)對(duì)城市蓄洪防洪，改善生態(tài)環(huán)境，緩解用水緊張起著重要作用.

目前新建城區(qū)道路的雨水排放仍以“邊溝—雨水口—連接管—市政雨水管網(wǎng)”等傳統(tǒng)的排放模式，而在老城區(qū)或城鄉(xiāng)結(jié)合部以溝渠排放為主，這種簡(jiǎn)單排放的模式越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代城市的飛速發(fā)展，所暴露出的問(wèn)題也越來(lái)越引起人們的重視.雨水資源化利用發(fā)展前景廣闊，在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家城市雨水利用已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展［4－6］，相關(guān)措施近年來(lái)在我國(guó)也得到了越來(lái)越多的重視和推廣.由于實(shí)施雨水資源化利用措施后對(duì)傳統(tǒng)的雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)有著較大影響，文章即以河北省某市新建高校校區(qū)為例，對(duì)比分析相關(guān)雨水利用措施對(duì)雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)產(chǎn)生的影響，旨在對(duì)城市雨水管網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)提出借鑒經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)雨水資源化利用技術(shù)的推廣.

1 概 況

河北省某市高校新建校區(qū)工程，項(xiàng)目規(guī)劃總占地面積1176畝，其中，建筑占地面積31.1萬(wàn)m2.

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 方案選擇

雨水管網(wǎng)的優(yōu)化是雨水資源化利用的一部分，從源頭上消減雨水徑流量是雨水利用的指導(dǎo)措施，通過(guò)分散設(shè)施對(duì)雨水徑流進(jìn)行源頭控制，減小雨水徑流流量，這樣雨水不再主要依靠雨水管網(wǎng)排放，同時(shí)可以采用雨水生態(tài)化處理技術(shù)，將雨水管網(wǎng)收集后的雨水進(jìn)行處理，處理后的雨水可以用于澆灑道路、景觀用水及綠化澆灌等.

結(jié)合國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，本工程考慮對(duì)校區(qū)人行道地面采用透水材料，使降水能夠滲入地下，形成含水量較高的土壤層，由短期徑流變成長(zhǎng)期徑流，同時(shí)可以補(bǔ)充地下水.透水地面的結(jié)構(gòu)由下而上依次為土基、透水底基層、透水基層、透水找平層與透水磚面層組成，通常在面層邊緣設(shè)有道牙等約束.園區(qū)在規(guī)劃初期即有大面積的綠地，本工程采用下凹式綠地，即低于周?chē)孛孢m當(dāng)深度的綠地，可以使自身雨水不外排，周?chē)孛娴牡乇韽搅髂芰魅刖G地，使雨水在形成徑流過(guò)程中滲入土壤，有效消減暴雨期形成的洪峰流量.大面積的草坪還可以有效去除雨水中的污染物，減輕環(huán)境污染.

圖1 校園總體規(guī)劃及雨水管網(wǎng)平面布置圖

2.2 雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇

我國(guó)現(xiàn)行的城市排水規(guī)劃設(shè)計(jì)方面的規(guī)范有《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》（GB 50318—2000）和《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014—2006）.雨水管道的管徑采用推理公式計(jì)算確定，其基本設(shè)計(jì)參數(shù)包括重現(xiàn)期、徑流系數(shù)、匯流時(shí)間、匯水面積等.對(duì)于新建雨水排水系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)時(shí)需綜合考慮各種影響因素，正確選取設(shè)計(jì)參數(shù)［7］.

2.2.1 重現(xiàn)期的選擇

《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014—2006）對(duì)于雨水管網(wǎng)的重現(xiàn)期的規(guī)定一般采用0.5～3年，重要干道、重要地區(qū)或短期積水即引起較嚴(yán)重后的地區(qū)，一般采用3～5年，并應(yīng)與道路設(shè)計(jì)協(xié)調(diào).特別重要地區(qū)和次要地區(qū)可酌情增減.考慮到本地全年降雨量偏小，重現(xiàn)期一般取值為0.5～1年，但當(dāng)出現(xiàn)大暴雨時(shí)，城市排水管道的排放能力自然不能滿足大重現(xiàn)期降雨的要求，導(dǎo)致城市局部地區(qū)積水嚴(yán)重.為提升整個(gè)校園內(nèi)雨水系統(tǒng)的排水能力，經(jīng)與校方協(xié)商，將本工程的重現(xiàn)期確定為2年.

2.2.2 徑流系數(shù)的選擇

選取合適的徑流系數(shù)對(duì)工程建設(shè)有較大指導(dǎo)意義.本工程采用了區(qū)別與傳統(tǒng)硬地面的透水材料，對(duì)徑流系數(shù)的影響較大.一般情況下滲透系數(shù)越大徑流系數(shù)越大，除此之外，徑流系數(shù)還受到透水材料的孔隙率影響.研究表明，下凹式綠地完全可以消納設(shè)計(jì)重現(xiàn)期內(nèi)自身及相同面積不透水表面上產(chǎn)生的徑流，對(duì)于超標(biāo)準(zhǔn)降雨，下凹式綠地的徑流系數(shù)也明顯小于平綠地［8］.本工程采用的綠地下凹100mm左右，與校區(qū)路面連接.

綠地植物選擇宜為耐濕種類以利于植物的生長(zhǎng)，但應(yīng)適宜當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，如果為了雨水利用而采用過(guò)度耐澇植物，將導(dǎo)致旱季綠化植物澆灑水量大大增加，浪費(fèi)水資源.為提高對(duì)雨水中污染物的去除能力，可以選擇根系發(fā)達(dá)、凈化能力強(qiáng)的植物.可供選擇的植物品種很多，城市中一些常見(jiàn)的草坪草以及近年來(lái)引入城市的綠化、抗性較強(qiáng)的觀賞草皆可，具體可以根據(jù)不同分區(qū)、不同景觀要求進(jìn)行選擇與配植［9］.

透水地面的徑流系數(shù)隨著降雨重現(xiàn)期的增大、降雨歷時(shí)的延長(zhǎng)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，即重現(xiàn)期越小，下滲量占降雨量的比例越大，地表徑流系數(shù)越小；降雨歷時(shí)越短，地表徑流系數(shù)越小，地表徑流削減比例越大.按照本方案采用的雨水利用措施，經(jīng)計(jì)算，平均徑流系數(shù)為0.493，與無(wú)雨水利用措施的相同重現(xiàn)期下計(jì)算的平均徑流系數(shù)相比減小了0.211.這樣可以有效消減暴雨形成洪峰的頻率和徑流量.

2.2.3 對(duì)降雨歷時(shí)的影響

本工程基于雨水利用措施的前提下，綜合考慮所在區(qū)域歷年來(lái)的暴雨情況，通過(guò)適當(dāng)增大重現(xiàn)期，多種雨水入滲技術(shù)對(duì)雨水徑流進(jìn)行源頭控制，減小雨水徑流洪峰流量.相關(guān)措施對(duì)區(qū)域內(nèi)的降雨歷時(shí)有明顯的影響.所以，正確計(jì)算地面集水時(shí)間t1值，對(duì)于增大新設(shè)計(jì)的雨水排水系統(tǒng)的排水能力有顯著提高.

2.3 暴雨強(qiáng)度公式修正

工程所在區(qū)域一直延用相同緯度地區(qū)的暴雨強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)公式，準(zhǔn)確度與精度都已經(jīng)不適應(yīng)工程設(shè)計(jì)的需要.隨著當(dāng)?shù)貧庀蟛块T(mén)雨量記錄的積累，已具備對(duì)暴雨強(qiáng)度公式進(jìn)行修正的條件.本工程采用修正后的暴雨強(qiáng)度公式，其精度更高，針對(duì)性更強(qiáng)，以此為依據(jù)設(shè)計(jì)的雨水排放系統(tǒng)更能適應(yīng)城市發(fā)展的需要.

3 結(jié) 語(yǔ)

①針對(duì)該工程采用合理的雨水利用措施后，雖然暴雨重現(xiàn)期有所提高，但平均徑流系數(shù)卻減小了，總體計(jì)算出的雨水管網(wǎng)的管徑是縮小的，這對(duì)于減小雨水管網(wǎng)造價(jià)有極大意義，從而促進(jìn)雨水資源化利用技術(shù)的推廣.

②將雨水資源化利用的理念運(yùn)用到雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，合理選用設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)提高城市雨水排放能力，緩解城市內(nèi)澇問(wèn)題有極大促進(jìn)作用.

③對(duì)建成設(shè)施應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)管理，注意對(duì)管網(wǎng)的日常養(yǎng)護(hù)和巡檢，經(jīng)常疏清、維修排水設(shè)施，使之切實(shí)發(fā)揮應(yīng)有的排水能力.

［1］王峰，顏正惠，黃偉樂(lè)，等.城市雨水內(nèi)澇成因及對(duì)策［J］.中國(guó)給水排水，2012，28（12）

［2］張悅.關(guān)于城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害的若干問(wèn)題和對(duì)策［J］.中國(guó)給水排水，2010，26（16）

［3］尹澄清.城市面源污染問(wèn)題：我國(guó)城市化進(jìn)程的新挑戰(zhàn)［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26（7）

［4］潘安君，張書(shū)函，陳建剛，等.城市雨水綜合利用技術(shù)研究與應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2010

［5］馮峰，孫五繼.洪水資源化的實(shí)現(xiàn)途徑及手段探討［J］.中國(guó)水土保持，2005（9）

［6］宋云，俞孔堅(jiān).構(gòu)建城市雨洪管理系統(tǒng)的景觀規(guī)劃途徑［J］.城市問(wèn)題，2007（8）

［7］孫慧修.排水工程（上冊(cè)）［M］.第四版.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2010

［8］張書(shū)函，陳建剛，潘艷艷，孟瑩瑩.城市小區(qū)雨水利用措施對(duì)雨水管線設(shè)計(jì)參數(shù)的影響［J］.中國(guó)給水排水，2010，（20）

［9］Wang S S，Wang J，Che W.Plant selection and design of bioretention in Northern China：Taking Beijing as an example［A］.Proceeding of the 3rd International Conference on Contemporary Problems in Architecture and Construction［C］.Beijing：Beijing University of Civil Engineering and Architecture，2011