天津文化中心工程雨水收集系統(tǒng)概述

楊忠亮 陳少杰 李健

（1天津市建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督管理總隊(duì)天津300221 2天津市環(huán)境建設(shè)投資有限公司天津300381 3河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院天津300250）

0 引言

天津是水資源相對缺乏的城市，人均水資源占有量僅為全國人均水平的1/15（約160m3/人）。近年來天津市的年平均降水量為500mm左右，而全年70%的降水又集中在6-7月份的汛期。隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，城市的馬路沖洗、汽車沖洗及綠化澆灌等用水急速加重了水源供應(yīng)的負(fù)擔(dān)，城市缺水現(xiàn)象也日益嚴(yán)重；可是每年的雨季，暴雨泛濫又給城市排水造成了極大的困難。而雨水收集系統(tǒng)工程是解決這一系列難題的有效辦法之一，下面結(jié)合天津文化中心工程實(shí)例對雨水收集系統(tǒng)進(jìn)行簡述。

1 工程設(shè)計(jì)概況

天津文化中心工程占地面積約100m2，中央湖區(qū)占地10萬m2，景觀石材鋪裝28萬m2，建筑物主要為6大場館，南面為博物館、美術(shù)館、圖書館，北面為樂城購物中心，東面為大劇院，東北面為陽光樂園，中心為人造湖區(qū)。

該工程是目前國內(nèi)最大的雨水收集項(xiàng)目，工程通過結(jié)合中心湖區(qū)的建設(shè)，在區(qū)域內(nèi)通過新建排水溝、雨水收集管道、蓄水模塊、緊急溢流、生態(tài)凈化群落等設(shè)施，形成一套具有雨洪收集功能、凈化功能、容納利用功能的綜合性雨水系統(tǒng)。

文化中心工程平面圖

2 雨水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程主要以六大場館屋面、景觀石材鋪裝及硬化道路做為集水面，以排水明溝、線性排水溝及排水管道作為輸水管線，以中央人造湖區(qū)為蓄水池。雨水經(jīng)過集水面收集；經(jīng)過輸水線、入流井、沉降井、沉淀槽過濾沉淀；然后通過蓄水模塊滯留調(diào)蓄，將流速減慢的水流泵送至生態(tài)凈化群落，凈化過后的雨水直接流入湖中儲存，余量排放入市政管網(wǎng)中。

雨水收集與利用系統(tǒng)流程圖

3 排水出路設(shè)計(jì)及系統(tǒng)主要組成

3.1 排水出路設(shè)計(jì)

博美圖項(xiàng)目中部以北區(qū)域雨水通過收集處理排入中心湖，以南區(qū)域雨水通過收集排入平江道雨水干管內(nèi)；大劇院全部雨水經(jīng)過收集處理后排入中心湖區(qū)；陽光樂園雨水通過收集排入樂園道雨水干管內(nèi)；樂城購物中心東部、北部路面及東北部局部屋頂雨水通過收集排入樂園道雨水干管內(nèi)，其余部分雨水通過收集處理排入中心湖；地下交通樞紐工程項(xiàng)目緊鄰樂園道側(cè)雨水排入樂園道雨水管道內(nèi)，東北角雨水通過雨水管道收集后排入越秀路雨水管道內(nèi)，其余部分雨水通過收集處理排入中心湖。在汛期降雨過程中，中心湖可以最大限度的承接內(nèi)排雨水，當(dāng)降雨結(jié)束且湖水位高于2.5m時(shí)，湖水分別通過大劇院南、北兩側(cè)緊急溢流泵房抽排進(jìn)入廣東路雨水干管內(nèi)。

3.2 系統(tǒng)主要組成

（1）線性排水溝：包括V型橫截面縫隙式排水溝和蓋板排水溝，均采用樹脂混凝土成品排水溝。濱水步道和步道花園中園路一側(cè)采用100mm內(nèi)寬縫隙式排水溝，臨湖廣場部分均采用200mm內(nèi)寬縫隙式排水溝，建筑側(cè)面和臨市政道路部分采用200mm寬蓋板排水溝，樂城購物中心北側(cè)采用340mm寬花崗巖蓋板與鋪裝相結(jié)合，機(jī)動車道部分采用承重級別D400的鑄鐵蓋板排水溝。

（2）排水溝跌水井：配合縫隙式排水溝和蓋板排水溝使用的成品跌水檢查井，配有專用過濾藍(lán)。

（3）排水溝檢查井：直徑1000mm的檢查井，不僅能夠和兩側(cè)排水溝相連，而且能夠排走其他水。

（4）入流井：為PE成品井，直徑600mm，位于鋪裝或草地最低點(diǎn)，能夠?qū)⒂晁ㄟ^鏤空的井蓋進(jìn)行收集。

（5）沉淀井：為PE成品井，井口直徑600mm，井深直徑為1000mm。沉淀的空間需要定時(shí)的維護(hù)處理。

（6）蓄水模塊和模塊蓄水溝：安裝在地下的蓄水溝由具有構(gòu)架結(jié)構(gòu)的蓄水模塊性拼裝而成，每一個箱體緊貼著另一個箱體放置成為連續(xù)的空間，箱子外側(cè)包裹的無紡布和防水層保證水的不滲漏且水可以在其中自由流動，水流最后會在控制措施下排到湖里。

（7）沉淀槽：雨水首先進(jìn)入分水井，然后通過1-5個沉淀槽（槽由DN600的HDPE雙壁波紋管特制而成，坡度為-1%的反坡）利用重力使微粒得到分離，進(jìn)而沉淀到底部。該方法相比傳統(tǒng)棄流裝置或凈化設(shè)施更高效。

4 循環(huán)凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及主要組成

自然降雨中一般都會含有高污染物粉塵，而高污染物粉塵會導(dǎo)致水中的有機(jī)物濃度升高，從而為藻類等浮游植物的生長提供有力條件，嚴(yán)重時(shí)會是湖水溢流并散發(fā)異味，因此必須要有一個保障水質(zhì)良好的循環(huán)與凈化系統(tǒng)。一方面湖中的水被不斷的抽出進(jìn)行處理；另一方浮游植物的生長和繁殖，很大程度上取決于營養(yǎng)物質(zhì)，尤其是磷起著至關(guān)重要的作用，研究結(jié)果表明合格的水質(zhì)磷含量需要控制在0.03mg/m3以下，然而雨水中的磷含量已經(jīng)達(dá)到0.3mg/m3，所以必須強(qiáng)調(diào)雨水在入湖前的處理。

4.1 循環(huán)凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

循環(huán)凈化目標(biāo)是水質(zhì)達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）中Ⅲ類水質(zhì)。中心湖水體通過撇渣器取水點(diǎn)、循環(huán)管線以及生態(tài)凈化群落的流程以400m3/h的流速對湖水進(jìn)行循環(huán)凈化。另外處理間的中水處理設(shè)備能夠?qū)ρa(bǔ)充的中水在進(jìn)入生態(tài)凈化群落和水體之前進(jìn)行預(yù)處理，加藥設(shè)備對湖體進(jìn)行生態(tài)處理方法以外的加強(qiáng)磷化處理。

4.2 體統(tǒng)主要組成

（1）撇渣器：是安裝有浮動擋板的溢流堰的混凝土結(jié)構(gòu)，南北各分布三座。浮動溢流擋板通過一個琴式鉸鏈與撇渣器底板連接在一起。它可以借助風(fēng)向把水拖拽進(jìn)來，從而除去水表面漂浮的污物、垃圾和樹葉。從撇渣器進(jìn)來的水收集在撇渣器井中，而粒徑大于6mm的污物被不銹鋼穿孔圍欄筒阻擋分離，可定期對撇渣器進(jìn)行高壓抽吸清理。六個撇渣器中設(shè)有2臺循環(huán)泵（流速200m3/h），通過不銹鋼圍欄筒的水經(jīng)撇渣器井后，被抽到DN250管道里，分別通到北側(cè)和南側(cè)的濕地中。

（2）中水處理、加藥間、化學(xué)除磷管道及噴嘴系統(tǒng)：中水處理與加藥間位于博美圖項(xiàng)目廣場西側(cè)地下，占地約42m2，市政中水補(bǔ)給湖水之前在此進(jìn)行預(yù)處理。中水在進(jìn)入混合管前通過投加絮凝劑氯化鐵溶液（絮凝劑/湖水約20mg/m3）進(jìn)行絮凝。在混合管中充分混合均勻后，通過砂慮器進(jìn)行過濾，過濾后的水進(jìn)入濕地系統(tǒng)進(jìn)行最終處理。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，砂層便濾積很多污染物而令砂濾器的功能減弱，設(shè)置反沖洗泵可將砂層濾積的污染物自動排出，這樣可令過濾器重新處于最佳工況提高過濾效果。處理間中的加藥系統(tǒng)通過一條壓力管道與湖中心分布的混合噴嘴相連；混合噴嘴系統(tǒng)通過5個噴嘴向湖中心噴灑氯化鐵和石灰水藥劑；混合噴嘴的出水量為20m3/h，在入水點(diǎn)以3倍的湖水流量與之混合，從而使絮凝劑高效地散布在湖水中。

（3）生態(tài)凈化群落：水處理系統(tǒng)中共有兩塊生態(tài)凈化群落（濕地），北側(cè)面積1320m2，南側(cè)面積1134m2。水被不銹鋼散水板出口分散到濾料表面，通過物理、生物化學(xué)效應(yīng)達(dá)到凈化，排水管放于濕地底部，并將水排至湖中。由于植物可以很大程度上從水體中去除可供浮游生物攝取的營養(yǎng)物質(zhì)，因此四分之一的濾床由植物覆蓋。正常情況下濕地凈化速率400 m3/h，三年一遇降雨情況下流入北側(cè)濕地的雨水量為4320m3/h，南側(cè)濕地為720 m3/h。

（4）岸邊過濾床：如果降雨量大于三年一遇的水量時(shí)，蓄水溝和雨水泵無法把所有的雨水遠(yuǎn)送到人工濕地，因此蓄水溝設(shè)有緊急溢流管道將雨水直接排入湖體。北岸的漂浮公園將承擔(dān)溢流雨水入湖前的處理功能，又稱為岸邊過濾床。

（5）深水抽排系統(tǒng)：在湖底-0.8m的高程上布置了兩根DN600的多孔管，他們分別通過兩根DN400的管道與緊急溢流泵站相通，在每個泵站中分別各布置了兩臺188L/S的潛水泵，通過水泵將湖水排放到市政雨水管網(wǎng)。平時(shí)積累在湖底的雜質(zhì)和沉積物可以通過設(shè)立在湖底的管道順利地抽走，利于保持湖體水質(zhì)；當(dāng)湖水位高于2.5m時(shí)，深水抽排將發(fā)揮緊急溢流功能，特別是遇到暴雨時(shí)尤其重要。

5 結(jié)語

文化中心工程的雨水收集和利用系統(tǒng)無疑是一個成功的案例，它為我們帶來諸多設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)和好處。雨水收集和利用系統(tǒng)不僅可以減輕城市排水的壓力、降低雨污合流減輕污水處理的壓力，還可以把收集來的雨水通過凈化用于日常生活，如沖洗馬路、消防滅火、澆灌綠化等。既節(jié)約了有限的水源資，保護(hù)了環(huán)境，同時(shí)還可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。我們相信在水資源日益緊張、水污染日益加重的情況下，城市雨水作為補(bǔ)充水源加以利用，勢在必行。