城市屋面雨水收集利用分析

盧鳳忠

（安順黃果樹建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院　貴州　安順　561000）

城市屋面雨水收集利用分析

盧鳳忠

（安順黃果樹建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院貴州安順561000）

如今，我國許多城市水資源嚴(yán)重短缺，而大量的雨水資源難以保留，利用率極低。雨水作為一種寶貴的資源，在城市水循環(huán)系統(tǒng)和流域水環(huán)境系統(tǒng)中起著十分重要的作用。本文就城市中房屋屋面雨水的收集利用展開分析，以供參考。

屋面；雨水；收集

引言

當(dāng)前，我國人口眾多，但是資源有限，尤其是水資源方面呈現(xiàn)緊缺的狀態(tài)。同時(shí)，有些地方一遇暴雨就形成內(nèi)澇，危及人們的人身和財(cái)產(chǎn)安全。如果能廣泛收集雨水，將雨水進(jìn)行處理，再用于花草樹木的澆灌，既節(jié)約了水資源，又緩解了防汛壓力，可謂兩全其美。由此可見，收集雨水對(duì)于建設(shè)節(jié)約型社會(huì)具有重要意義，人們也越來越認(rèn)識(shí)到雨水利用的重大效益，全國各地城市開始逐步實(shí)施雨水的綜合利用工程。

1　城市雨水的收集利用

城市雨水的收集利用是指在城市范圍內(nèi)，有目的地利用各種措施，對(duì)城市中的雨水資源進(jìn)行保護(hù)和回收，其中主要包括經(jīng)過收集、儲(chǔ)存和一定程度凈化后的直接利用。城市雨水資源的來源主要包括城市道路集水、房屋建筑屋面集水以及綠化帶等集水。相關(guān)的收集措施包括建造人工或自然水體、池塘、濕地或低洼地等，對(duì)雨水徑流實(shí)行的調(diào)蓄、凈化和利用，另外，還可以通過各種人工或自然滲透設(shè)施，充分利用滲入地下的地下水資源，從而改善城市水環(huán)境以及生態(tài)環(huán)境。

城市雨水收集利用是一項(xiàng)多目標(biāo)的、具有綜合性的技術(shù)，不僅能夠解決城市水資源短缺問題，降低水污染，控制城市水土流失和水澇，還可以起到改善城市生態(tài)環(huán)境、在區(qū)域中形成健康循環(huán)的重要作用。因此，對(duì)水資源的優(yōu)化配置、回收利用對(duì)于促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，具有積極意義。

2　屋面雨水的優(yōu)點(diǎn)

2.1屋面雨水水質(zhì)較好

屋面雨水徑流存在污染源，其中包括天然降雨污染物、積累的沉積物及屋面材料老化。待降雨經(jīng)初期棄流后，污染程度會(huì)明顯降低，水質(zhì)呈現(xiàn)較好的狀態(tài)，部分指標(biāo)可達(dá)到地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，重金屬含量也滿足城市雜用水回用標(biāo)準(zhǔn)。不同材質(zhì)屋面雨水污染情況不同，污染物濃度見表1。

表1　不同材質(zhì)屋面雨水徑流污染物濃度平均值（單位：mg/L）

以上數(shù)據(jù)表明，瀝青、油氈屋面容易發(fā)生光解，因此徑流污染物的含量較高，而水泥、瓦屋面的水質(zhì)較好。同時(shí)，隨著降雨歷時(shí)和次數(shù)的增多，徑流污染的程度會(huì)有所降低。可以說相比較而言，屋面雨水的雜質(zhì)、垃圾較少，污染程度也相對(duì)較小，雨水的pH呈中性，含鹽量很少，硬度較低，無需進(jìn)行軟化即可用作中水，在一定程度上降低了凈化的費(fèi)用。

2.2屋面雨水易收集

不同地方的雨水收集方式不同，雨水的污染程度、凈化費(fèi)用以及收集系統(tǒng)也不一樣。屋面雨水收集系統(tǒng)比較簡單，既可以在修建過程中設(shè)置，也可以在已有的屋面做簡單的改造得以實(shí)現(xiàn)，具有很強(qiáng)的可操作性。

2.3屋面雨水的利用

通過屋面收集的雨水可以存儲(chǔ)，除用于水景外，還可噴灑路面、灌溉綠地、沖刷廁所等，大大減少自來水的用量，節(jié)約水資源，調(diào)節(jié)地表水與地下水的健康循環(huán)和交換。此外，建立完善的雨水收集系統(tǒng)還可以緩解城市防洪排水處理系統(tǒng)的負(fù)荷。

3　屋面雨水收集系統(tǒng)

3.1屋面雨水積蓄系統(tǒng)工作流程

屋面雨水積蓄系統(tǒng)的工作，首先是對(duì)雨水的收集，屋面收集后，需要經(jīng)過旋流過濾器的處理，85％的雨水進(jìn)人雨水儲(chǔ)罐，其余含雜質(zhì)部分排入通常的雨水管道系統(tǒng)。目前，屋面雨水的收集利用已有了較為成熟的方法。

3.1.1屋面排水

通常來說，屋面雨水約占到城區(qū)雨水總資源量的65％左右，且水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，初期雨水棄流后，只需稍做處理即可用于生活用水。屋面雨水收集方法包括重力式排水系統(tǒng)和虹吸式排水系統(tǒng)，同時(shí)屋頂還可以增設(shè)雨水罐，尤其適用于不透水面積較大的區(qū)域。

（1）匯水面積的計(jì)算。屋面匯水面積的計(jì)算的依據(jù)是水平投影面積。計(jì)算時(shí)，要考慮到風(fēng)力的影響，高出屋面?zhèn)葔r(shí)，其有效匯水面積的取值應(yīng)取最大受雨面積正投影的1/2。窗井、貼近高層建筑外墻的地下車庫出入口坡道按其高出側(cè)墻面積的1/2計(jì)算。

（2）雨量計(jì)算。屋面雨水量是設(shè)計(jì)雨水排水系統(tǒng)的重要依據(jù)，其大小與暴雨強(qiáng)度、匯水面積以及徑流系數(shù)有關(guān)，屋面徑流系數(shù)一般取0.9。設(shè)計(jì)重現(xiàn)期應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性確定，一般建筑物取2～5年，屋面集水時(shí)間取5min。另外，各個(gè)地區(qū)暴雨強(qiáng)度的計(jì)算公式由于環(huán)境因素不同，其中定值的取值有所不同。以某市為例，其計(jì)算公式如下：

式中：q-平均暴雨強(qiáng)度，L/（s·hm2）；P-設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期，a；t-暴雨歷時(shí)，min。

雨水量的計(jì)算公式如下：

式中：φ-徑流系數(shù)，一般取值0.9；Q-屋面雨水設(shè)計(jì)流量，L/s；F-屋面設(shè)計(jì)匯水面積，m2；q-降雨歷時(shí)為5min時(shí)的暴雨強(qiáng)度，L/（s·hm2）。

（3）初期雨水棄流。初期雨水棄流量應(yīng)根據(jù)下墊面雨水實(shí)測(cè)的CODcr、SS、色度等污染物濃度確定。無資料時(shí)，屋面棄流可采用2～3mm徑流厚度，初期雨水棄流量可根據(jù)以下公式計(jì)算：

式中：Wi-設(shè)計(jì)初期雨水棄流量，m3；F-屋面面積，m2；δ-初期徑流深度，mm。

3.1.2集水系統(tǒng)的改進(jìn)

在此基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，建成一個(gè)屋面雨水收集系統(tǒng)（見圖1）使其更便于推廣利用。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

具體方法如下：將小區(qū)居民樓頂修建為兩層，下層為平屋面，做防水處理并鋪設(shè)防水材料用于儲(chǔ)水，平屋面周圍墻體高度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟涤陱?qiáng)度做合理設(shè)計(jì)，一般應(yīng)略高于該地區(qū)20a一遇的月降雨量峰值，以保證雨水能被充分利用。另外，應(yīng)在屋頂設(shè)溢流口，防止特殊情況雨水過多溢出蓄水池。為防止屋面積水，上層為坡屋面，與排水溝相連用于雨水收集，排水溝上設(shè)有過濾裝置，若上層屋面坡度過大，將會(huì)造成雨水對(duì)屋面及周圍墻體的沖刷，不利于長久使用，因此，坡屋面的傾角設(shè)置在10～15°之間。由于初期降雨中溶解有空氣中的大量雜質(zhì)，而且在落到屋面上時(shí)，會(huì)將屋面上的積灰沖刷，因此，需要利用雨污切換系統(tǒng)舍棄初期的降水，結(jié)合屋面雨落管形成雨污切換裝置（見圖2）。

圖2　雨污切換系統(tǒng)示意圖

在坡屋面落水口附近設(shè)置一個(gè)通風(fēng)口，定期對(duì)蓄水池進(jìn)行清理，在平屋面落水口附近設(shè)凈化裝置，在雨水輸送到水景的過程中將雨水進(jìn)行過濾凈化，并可以定時(shí)清理和維護(hù)凈化裝置。將落水管與所需回收利用的設(shè)備或裝置，如小區(qū)水景、衛(wèi)生間用水管道等直接相連，使凈化后的雨水直接進(jìn)入使用裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的回收，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

3.2雨水的處理

雨水收集后，要對(duì)收集起來的雨水進(jìn)行處理，也是屋面雨水收集利用的重要環(huán)節(jié)。在這一過程中，特別之處在于雨水的水質(zhì)明顯優(yōu)于一般的回收水，根據(jù)試驗(yàn)研究表明，雨水原本pH值較就低（平均在5.6左右），其主要問題是在房屋建造初期，降雨在屋面上徑流所帶入的污染物或泥砂較多，需要進(jìn)行處理。

一般的污染物（如樹葉等），可利用篩網(wǎng)篩除，泥砂等可經(jīng)由沉淀或者過濾的方式處理。這些處理設(shè)備的組合需要經(jīng)過合理考量后進(jìn)行調(diào)整布置，例如在雨水的處理設(shè)備中設(shè)置篩網(wǎng)槽以及兩個(gè)沉淀槽，在沉淀槽下方設(shè)置清洗排泥管，以便槽底淤泥的清洗排除，維持沉淀槽的循環(huán)使用。處理方法與裝置的選擇，主要取決于以下幾個(gè)方面：①集水方式；②雨水取用目的以及處理水質(zhì)的目標(biāo)；③收集面積與雨水的流量；④經(jīng)濟(jì)能力與管理維護(hù)條件。

雨水處理的三種工藝：①雨水→篩選→初期徑流棄流→景觀水體；②雨水→篩選→初期徑流棄流→雨水蓄水池沉淀→消毒→雨水清水池；③雨水→篩選→初期徑流棄流→雨水蓄水池沉淀→過濾→消毒→雨水清水池。

3.3雨水的使用

在未經(jīng)過消毒等妥善處理前的雨水，一般會(huì)被用于一些不與人體接觸的用處，如衛(wèi)生用水、澆灌花木等。還可以將所收集下來的雨水，經(jīng)簡單處理與儲(chǔ)存的過程后，用于水泵，從而將雨水提升至房屋頂樓的水塔，或者用于廁所的沖洗使用。除此之外，也可作為其它用水，例如空調(diào)的冷卻水、消防用水、洗車用水、花草澆灌、景觀用水、道路清洗等生活的方方面面。

4　結(jié)語

雨水的收集利用對(duì)于國家和人民來說，都是好事。但是，目前很多地方對(duì)雨水收集利用仍然不夠充分重視，對(duì)此，城鄉(xiāng)人民政府和有關(guān)部門都應(yīng)將這項(xiàng)工作提上重要日程，并提供相關(guān)技術(shù)、設(shè)施建設(shè)及資金等方面的支持，建立雨水收集和循環(huán)利用系統(tǒng)，推進(jìn)節(jié)約型社會(huì)建設(shè)。

[1]朱平，王維平，曹彬，等.城市屋面雨水收集利用工程設(shè)計(jì)分析[J].地下水，2011，33（6）：218～219.

[2]謝金龍，沈粵.城市公共建筑屋面雨水收集利用設(shè)計(jì)策略[J].建筑與環(huán)境，2013（1）：129～130.

[3]胡茂川，張興奇，陳剛.城市屋面雨水利用潛力分析——以南京市河西地區(qū)某小區(qū)為例[J].長江流域資源與環(huán)境，2012（4）：77～78.

TU991.14

A

1673-0038（2015）27-0018-02

2015-6-20

盧鳳忠（1981-），男，漢族，貴州安順人，工程師，本科，主要從事建筑給排水及市政給排水管網(wǎng)工作。