石家莊市某部營區雨水蓄滲工程設計

白鶴嶺，劉惠勤

(河北省水土保持工作總站，河北 石家莊 050011)

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石家莊市某部營區雨水蓄滲工程設計

白鶴嶺，劉惠勤

(河北省水土保持工作總站，河北 石家莊 050011)

營區；雨水利用；建設模式；工程規劃；設計

城市雨水是寶貴的淡水資源，實施城市雨水資源化利用，可以緩解城市供水危機，防治水土流失，改善生態環境。對石家莊市某部機關營區按照技術可行、經濟合理的原則進行改造，采用部分雨水收集利用、部分滲透或超滲排放的方案，對營區進行了雨水蓄滲工程設計，并對其進行了效益分析，結果表明：通過雨水集蓄利用和就地入滲，雨水收集利用率達到80%～85%，能夠消納1年一遇、日降雨量50 mm的降雨徑流，實現小雨不產流、中雨不出院、大雨無澇災的生態營區建設目標。

河北省是嚴重的資源性缺水省份，受季風氣候影響，降水時空分布嚴重不均，多年平均降水量531.7 mm，80%以上集中在7—9月。對于這部分雨水資源，許多城市沒有加以有效利用，相反，因城市暴雨往往造成嚴重積水，易產生洪澇災害，故大多以棄水的方式處理。因此，城鎮水資源呈現一方面極度緊缺，旱季嚴重缺水，另一方面又未能有效利用，造成嚴重流失的局面[1]。城市雨水是寶貴的淡水資源[2]，實施城市雨水資源化利用，就是通過各種工程技術措施和管理措施，把雨水蓄集起來或就地入滲，以緩解城市供水危機，防治水土流失，改善生態環境，趨利避害，造福人類[3-5]。

1　營區基本情況

石家莊市某部營區位于市區北部，營區占地面積36 210 m2。營區已建成部分包括辦公大樓、營房、食堂、籃球場、綠地等；擬建部分包括訓練樓、公寓樓和規劃道路、規劃綠地等。總建筑面積5 090 m2，道路面積4 110 m2，綠化面積15 000 m2，其他12 010 m2。

建筑物占地面積的增加和道路硬化勢必會減小土壤入滲率、增加地表徑流量。根據營區改造建設規劃，工程完成后在非雨水集蓄利用條件下，增加的降雨徑流量約為4 345 m3/a。同時，綠地面積增加，灌溉用水量將達到1 380 m3/a，加之道路噴灑和沖洗車輛用水，合計用水量將達到3 100 m3/a。如不考慮雨水集蓄利用，將全部耗用自來水，一方面增加營區用水成本，另一方面要耗資建設排水工程。因此，在營區建設雨水利用工程意義重大，勢在必行。

2　雨水蓄滲工程規劃

2.1確定方案

營區雨水蓄滲工程有3個備選方案：①雨水完全滲透；②雨水全部收集；③雨水部分收集利用，部分滲透與超滲排放。考慮到辦公大樓及其以北營區已經建成，且營區綠地灌溉需水量較大，故方案①不予選取；大量收集雨水利用可以節省自來水，但營區面積較大，建筑物較多，在公寓樓、營房和食堂前后道路兩側雨水收集不便，且采用雨水全部收集一次性投資過大，故方案②也不予選取；方案③是一種以雨水收集利用為主、部分雨水入滲與超滲雨水排放相結合的雨水利用模式，一方面可以部分緩解規劃區水資源供需緊張的矛盾，另一方面也適應華北季風氣候區年內降水分布嚴重不均的實際，雨水在不易收集部位直接入滲，超出蓄用和滲透能力的雨水溢流排入市政雨水管道。因此，根據營區具體情況，按照技術可行、經濟合理的原則，采用方案③進行設計。

2.2設計標準

石家莊市區多年平均降水量522 mm，受季風氣候影響，降水時空分布極不均勻，全年降雨量的70%～80%集中在7—9月。汛期降雨強度大，雷陣雨天氣多，易造成部分街道積水。

根據河北省水利科學研究院等單位城市雨水利用的研究成果，雨水收集工程設計標準按一年一遇、日降水量50 mm設計。根據設計規范，綠地灌溉時間為4—11月，每隔3～5 d灌溉1次，灌水定額為2.0 L/(m2·d)；道路4—5月每隔2～3 d噴灑1次，6—9月每天噴灑1次，10—11月每隔2 d噴灑1次，每次1.5 L/m2；洗車用水以每輛300 L/d計。

2.3工程布置

將營區分為北部已建成區和南部建設區兩個單元進行規劃。

2.3.1北部已建成區

北部已建成區包括辦公大樓及其以北院區道路和綠地，面積15 112.5 m2。規劃在北門口東西兩側分別增設地下截雨溝，以收集辦公大樓屋頂和路面雨水。每側截雨溝設兩個雨水口，雨水口頂設雨箅，與地面齊平，雨水口之間設地下暗管連接，暗管末端接集雨池。1、2號集雨池分別建在北門口兩側綠地下方，蓄存雨水用于綠地灌溉和夏季道路的噴灑，超強度雨水由雨水口溢出，經北門口外排。

2.3.2南部建設區

南部建設區位于辦公大樓以南，包括綜合訓練樓、公寓樓、營房、食堂、籃球場，以及區內規劃道路和綠地，面積21 097.5 m2。本區雨水利用規劃內容主要包括集雨利用、路面雨水入滲和下凹式綠地等工程。

(1)集雨利用工程。在辦公大樓東南角的綠地內建3號地下集雨池，以收集師部大樓以南、營房以北地面雨水，用于綠地灌溉和道路噴灑，超強度雨水排入1號出戶水井。在綜合訓練樓以北的規劃綠地(面積約1 800 m2)東南部建4號地下集雨池，以收集綜合訓練樓、公寓樓及其以北道路雨水，用于綠地灌溉和道路噴灑，超強度雨水沿籃球場北側道路雨水管道排入2號出戶水井。

(2)洗車水回用工程。在洗車場以東的綠地地下建5號地下集水池，以收集洗車排水和浴池排水，經沉淀處理回用于車輛沖洗。

(3)路面雨水入滲工程。綜合訓練樓以北除新建機動車道、公寓樓以北新建道路、食堂以西新建道路、營房以北道路外，全部采用透水混凝土磚鋪砌。

(4)下凹式綠地工程。全部新建綠地采用下凹式，比四周路面低5～10 cm。

(5)雨水收集回用工程。收集雨水、洗車排水、浴池排水經過初期雨水棄流和水質處理(攔污—過濾—沉淀)達標后，通過水泵提水，用于綠地灌溉、道路噴灑或車輛沖洗。

3　工程設計

3.1集雨池典型設計

以1、2號集雨池設計為例，計算過程如下：

(1)集雨面積(F)。集雨面積2 010 m2，其中屋面850 m2、硬化地面1 160 m2。

(2)設計降雨。根據石家莊市氣象站降水量統計資料和有關科研成果[6]，設計降雨重現期按一年一遇，設計日降雨量為50 mm。

(3)集雨池有效蓄水容積(Ws)，計算公式為

式中：hy為設計日降雨量，mm；δ為初期雨水棄流深度，按3 mm計；ψc為暴雨徑流系數，取0.5～0.6。

考慮一定安全超高，1、2號集雨池容積按60 m3設計。

(4) 池體設計。集雨池采用箱式磚砌結構，池底采用混凝土澆筑，池壁磚砌混凝土抹面防滲，池蓋采用鋼筋混凝土現澆結構，集雨池內寬3.0 m、長5.0 m、深4.0 m。集雨池頂部設檢查口或入孔，有效內徑600～100 mm。檢查口下方池底設集泥坑，深度不小于300 mm。結構示意見圖1。

圖1　1、2號集雨池結構示意(mm)

同理，計算出3—5號集雨池的容積分別為：75、90、20 m3，形式均和1、2號相同，尺寸分別為3.0 m×5.0 m×5.0 m、4.0 m×5.0 m×4.5 m和2.0 m×3.0 m×3.3 m。

3.2雨水水質處理

考慮到規劃營區無嚴重污染源，衛生條件較好，且集蓄雨水主要用于綠地灌溉和地面噴灑，對雨水水質要求相對較低，故雨水水質處理采用雨水口攔污—多級沉淀—雨水進池前過濾的處理方式。

(1)攔污和沉淀設計。雨水口頂采用平箅式設計，雨箅間隙寬度10～15 mm；雨水口兼作初級沉淀設備，雨水口深1.00 m，口寬0.60 m；集雨池兼作終端沉淀池，收集雨水沉淀5～8 h后提取利用。

(2)過濾池設計。集雨池前設過濾池，池體為方形，尺寸為1.5 m×1.5 m×2.0 m，池頂加蓋。池內回填濾料，濾料回填深度1.8 m；從進水到出水分層回填，進水側砂石粒徑為5～10 mm，濾層厚度1.0 m，出水側(接集雨池)回填粒徑2～5 mm粗砂，濾層厚度0.5 m。結構示意見圖2。

圖2　過濾池結構示意(單位：mm)

(3) 初期雨水棄流設計。在雨水口設置截污掛籃和初期雨水棄流裝置，初期雨水棄流深度按2～3 mm設計。截流的初期雨水可排入污水管道，為了保證雨水棄流排入污水管道時污水不產生倒灌，設計雨水管底高程在污水管道頂部高程以上。

(4) 雨水處理設施產生的污泥稀釋后排入污水系統。

3.3地面雨水入滲工程設計

透水地面應設透水面層和透水墊層。透水面層采用透水面磚，透水墊層采用無砂混凝土、礫石、砂、砂礫料或組合料。透水面層厚度60 mm，透水墊層(包括其上找平層)厚度不小于150 mm。人行道透水性地面磚強度C30，空隙率20%，滲透系數1.0 mm/s。透水性地面磚鋪設由上至下依次為透水磚(6 cm)→混凝土調平層(15 cm)→素土夯實層。

3.4下凹式綠地設計

規劃新建綠地采用下凹式，綠地與硬化地面或小區路面連接，下凹深度一般為5～10 cm，路面一般不設立道牙。下凹式綠地內植物選用耐雨水浸泡的品種。

在綜合訓練樓以北規劃綠地中心地帶建入滲池，池體設計為方形，尺寸為1.0 m×1.0 m×1.5 m；池頂口高出綠地地面2～3 cm，池頂加蓋；在距池底以上0.8 m處埋設Φ110PVC管道，并與5號集雨池連接，管道坡度按2‰設計。

4　雨水蓄滲效益分析

已有的監測結果表明，地面硬化之前，降雨形成的地面徑流與土壤入滲量之比約為3 ∶7；硬化后二者的比例變為7 ∶3。這意味著地面硬化已經嚴重干擾了自然的水文循環，顯而易見，這種干擾產生的效果是負面的。通過實施雨水利用工程，可以有效地改善營區生態環境。將雨水就地收集、就地利用或回補地下水，可減輕城市防洪壓力，防止城市排澇設施不足導致的城市雨水排泄不暢和洪澇災害的發生。

石家莊市某營區改造工程在非雨水集蓄利用條件下，將增加降雨徑流量4 345 m3/a，而通過修建雨水利用工程，采取雨水部分收集利用、部分滲透或超滲排放的工程布置模式，合理布設集雨池，修建路面雨水入滲工程和下凹式綠地工程，可實現一般年份雨水收集利用量為3 000 m3，雨水收集利用率將達到80%～85%，雨水排放率不大于15%。每年4—11月營區綠化灌溉、道路噴灑和洗車等雜用水70%以上可由雨水替代，減少了同期自來水利用量。通過雨水集蓄利用和就地入滲，可消納1年一遇、日降雨量50 mm的降雨徑流，實現營區小雨不產流、中雨不出院、大雨無澇災的生態營區建設目標。

5　結　語

通過對石家莊市某營區雨水利用工程進行規劃、設計，減少了營區自來水利用量，節省了營區排水設施的建設和運行費用，同時雨水滲透回補土壤和地下水對保持地下水位具有重要作用。

雨水利用符合當前建設節約型社會的要求，是解決當前面臨的水資源短缺問題的一種經濟、實用的方法，今后城市建設應該對雨水利用給予足夠的重視，充分利用雨水資源，實現生態城市可持續發展的目標。

[1] 王琳,楊魯豫,王寶貞.城市水資源短缺與雨水收集利用[J].給水排水,2001,27(2):1-2.

[2] 車武,歐嵐,劉紅,等.屋面雨水土壤層滲透凈化研究[J].給水排水,2001,27(9):38-41.

[3] 陳立.綠色建筑水循環安全保障[M].北京:中國建筑工業出版社,2007:2-5.

[4] 陳玉恒.雨洪利用是城市解決水問題的必然選擇[J].南水北調與水利科技,2002，23(5):21-22.

[5] 車伍,劉燕,李俊奇.國內外城市雨水水質及污染控制[J].給水排水,2003,29(10):38-42.

[6] 徐振辭,郭永辰.城市不同下墊面條件的降雨徑流模擬試驗研究[J].南水北調與水利科技，2007，5(1):64-66.

(責任編輯李楊楊)

2015-05-03

S157

A

1000-0941(2016)04-0062-03

白鶴嶺(1970—)，男，河北樂亭縣人，高級工程師，碩士，主要從事城市水土保持生態建設技術研究。