浙江省《民用建筑雨水控制與利用設計規程》要點解析

汪 波,張 楠,王靖華

(浙江大學建筑設計研究院有限公司，浙江 杭州 310028)

1 編制背景

隨著城市化進程的不斷發展,城市地區不透水硬化面積逐年增長,帶來雨水資源流失、地下水位下降等問題的同時,也造成城市洪澇頻現,人員傷亡,經濟損失嚴重。雨水控制與利用工程的貫徹與實施不僅可減少積水現象的發生、減輕洪澇災害的影響,還能有效促進雨水等非傳統水源的資源化利用,故全面推進和實施雨水控制與利用工程勢在必行。為積極貫徹落實國務院及浙江省人民政府關于海綿城市建設的相關精神,配合“五水共治”重大舉措,規范和指導雨水控制與利用的規劃設計,浙江省住房和城鄉建設廳組織浙江大學建筑設計研究院、浙江省城鄉規劃設計研究院及浙江省氣候中心共同起草《民用建筑雨水控制與利用設計導則》。導則于2016年4月發布,并在全省范圍內有條件實施的新開工項目中進行試行。試行3年后,編制組結合浙江省特別是嘉興地區海綿城市建設的實踐經驗,經深入調查研究,參考有關國內外相關標準和規范,在廣泛征求意見的基礎上,完成地方標準《民用建筑雨水控制與利用設計規程(DB33/T 1167—2019》(以下簡稱《規程》)的編制。《規程》于2019年5月正式發布,并于10月1日起正式實施。

2 主要內容

《規程》主要研究了雨水控制與利用工程的規劃控制指標及其限值，不同徑流系數的適用場合，相關下墊面徑流系數的取值，雨水水質指標，水量平衡計算，入滲系統在浙江省平原河網地區的適用條件，初期棄流雨水的處理方法等,并銜接浙江省海綿城市專項規劃及防澇規劃標準相關要求,同時采用Person(Ⅲ)極值分布函數及統計分析法對省內11地市、66個區縣國家氣象站30年的日降雨量數據進行了分析處理,給出了浙江省各地不同重現期(年)24 h最大降雨量、年徑流總量控制率對應的設計降雨量、多年平均月蒸發量與降雨量等數據。《規程》共分9章和3個附錄,主要內容包括總則、術語和符號、設計參數、雨水控制與利用系統設置、雨水收集與排除、雨水入滲、雨水儲存與回用、水質處理、調蓄排放等。

3 要點解析

3.1 關于控制指標的選取與取值

浙江省民用建筑的雨水控制與利用是以年徑流總量控制為核心的多指標體系,包括年徑流總量控制率及雨水雨量徑流系數,控制徑流污染的主要指標是SS去除率；在有洪澇災害及峰值規劃要求區域則還應進行年徑流峰值控制。控制指標的選取主要基于以下幾點：

1) 全球氣候變暖,極端性天氣與氣候事件頻發,加上城市化進程造成的不透水硬化面積的激增,導致雨水徑流的增加及洪澇的發生。另外浙江省地處我國東南沿海亞熱帶季風區,梅雨洪水、臺風雨和局部地區的短歷時強降雨等極端天氣現象加重了災害的頻次及危害。為積極應對上述狀況,必須對外排的年徑流總量進行控制。對于受洪澇災害影響較大的地區,還應通過消減匯流入城市管網及河道的雨水峰值流量,對徑流峰值進行控制,從而達到減輕排洪壓力和洪峰負荷的目的。

2) 據2018年浙江省水資源公報顯示,浙江省人均年水資源占有量僅1 521 m3[1],且人口過半的浙江東部平原及濱海區水資源僅占全省總量的20%,不僅水量缺乏,而且有限的水資源還日益受到污染的威脅,其中城市雨水徑流污染是重要的污染源。以浙東平原河網地區的典型城市杭州為例,有研究指出,因河網密集,雨水管道流程短,大量污染物通過地表徑流進入雨水管網和城市水系之中,造成污染嚴重[2]。因此年徑流污染控制率(以SS去除率為主)被納入《規程》的控制指標中。

3) 徑流系數與年徑流總量密切相關,實際工程所控制的徑流總量是在規范規定的年降雨總量控制的基礎上乘以徑流系數得出的[3-4],因此在規定年徑流總量控制率的同時也規定外排雨水雨量徑流系數。此外,年徑流總量控制既包括徑流體積控制,也包括污染物總量控制。滿足年徑流總量控制率可采用蓄存或控制下墊面徑流系數的方法。

《規程》4.1.2條規定：建設用地內控制徑流峰值所對應的徑流系數及年徑流總量控制率等應符合當地海綿城市規劃控制指標要求。當無相關指標要求時,新建項目用地年徑流總量控制率不得小于75%,雨水綜合雨量徑流系數不宜大于0.6；改擴建項目用地年徑流總量控制率則適當放寬至不得小于55%,雨水綜合雨量徑流系數不宜大于0.7。上述條款主要依據如下：

1)新建項目用地之所以采用較高的控制率目標值,是因為新建項目在規劃和方案階段即貫徹雨水控制與利用的要求,可供選擇的海綿設施及改善下墊面的措施較多,更易達到控制目標。

2)雨水的控制率目標并非越高越好,在自然狀態下,雨水會通過下滲、徑流以及蒸發,完成其在自然界的良性循環,而過量的收集與控制,則會影響這一循環過程,導致原有地表水體縮減或地下水位的降低。因此,雨水控制量應以雨水排放量接近開發前的自然排放量為宜(有防洪澇要求的區域除外),其雨量徑流系數的控制目標值也應使得硬化后下墊面的徑流系數達到開發前自然環境的水平。自然環境和條件下的徑流系數一般為0.2～0.3,故要求外排雨水徑流系數在項目建成硬化后不大于0.6是基本適宜的。

改擴建項目用地控制目標取值采用低值,則基于以下幾點：

1)在《室外排水設計規范(GB 50014—2006)》條文說明中,列出國內一些地區采用的綜合徑流系數,其中杭州的綜合徑流系數為0.6～0.8,即市政管網的規劃設計排水能力應按徑流系數0.6～0.8進行控制[5]。

2)改擴建項目所處的已建成地塊往往用地緊張,硬化面積占比較高,受條件所限下墊面改造的難度大,若年徑流總量控制目標取值過高,將增大雨水調蓄設施的容積,增加投資,降低工程的經濟性。

3)條文所規定的徑流系數與浙江省《城鎮防澇規劃標準(DB33/1109—2015)》中的要求保持一致[6]。

對于外部地塊市政設施排水能力較低的項目,外排徑流峰值還需滿足不超過市政管網排水能力的要求。該條款的設置主要是考慮到部分己建成區域內的市政管網設計標準較低,短時間內無法提高其排水能力,故須建設雨水調蓄設施將超過市政管網排水能力的部分雨水滯蓄在地塊內。

3.2 關于滲水區厚度的取值

雨水滲透是雨水通過土壤表層的預處理(如初期棄流、土壤及植被凈化等),將雨水通過自然或人工設施滲入地下的過程,其目的在于保持開發前雨水下滲狀態,補充地下水,維持水在自然界的自然循環[7]。因此,雨水滲透的重要性顯而易見。然而,滲透技術的不當應用將造成大氣及下墊面的部分污染物進入地下,從而導致土壤及地下水污染的風險。因此，國家規范對相關土壤的滲透系數及滲水區厚度作出了詳細的規定,一方面實施雨水入滲的土壤滲透系數限定在10-6～10-3m/s范圍內,另一方面滲透底面距最高地下水位的高度,即滲水區厚度需盡可能的大,應滿足1.0 m及以上,以保證有足夠的凈化效果。滲透區厚度小于1.0 m時僅能去除部分顆粒物,當厚度減小至0.5 m時,雨水中的污染物則會進入地下從而污染地下水[8]。

滲水區厚度要求雖然對浙江省大部分地區來說實施起來并不困難,但對于東部的平原河網區卻很難執行。浙江省東部地勢平坦,河網密集,河道常水位較高,導致地下水水位往往較高,例如杭嘉湖平原的典型城市嘉興,地面平均標高在2.1m 左右(黃海高程,下同),自南向北微微傾斜,坡度極緩,常水位約0.8～1.2 m,而地下水位一般標高在1.1～1.8 m,滲水區厚度不足 1.0 m[9],無法滿足規范的要求。同樣具有高地下水位的上海地區,當地標準規定滲透設施底部與地下水季節性高水位的距離不足1.0 m時,應增設防滲膜以防止地下水污染的發生[10]。但防滲膜的大規模應用不僅阻擋了雨水的下滲通道,無法有效補充地下水,而且還會增加表層土壤的含水率從而導致徑流系數的增加以及滲透能力的降低。綜上,《規程》對平原河網地區滲水區的厚度做了適當放寬的規定,可按滲透面距地表水常水位(或勘察報告中的地下水位)不小于0.6 m執行。

在滲水區厚度不足的情況下,一方面要限制自然入滲技術的應用,盡量采用人工滲透設施增強對污染物的去除效果,另一方面為防止土壤及地下水的污染,應盡可能減少入滲雨水中污染物的濃度及種類。因此在進行雨水滲透規劃設計階段,應避免收集入滲容易受到污染的下墊面的徑流雨水,同時減少雨水徑流的路徑,盡量采用就地入滲方式。

3.3 關于初期徑流雨水的處理措施

地面及雨水管網中的污染物是城市水系主要污染源,而初期沖刷的徑流雨水則是場次降雨中污染物濃度最高的,如果將這部分雨水不加處理直排入雨水管道,則會造成水系污染,且無法達到污染控制目標要求。

針對截留的初期徑流雨水,國家規范推薦采用生態入滲、就地入滲或排入市政污水管道的措施進行處理,但由于浙江省東部平原河網地區地下水位高,加之初期雨水污染物濃度大,滲水區厚度往往無法滿足污染物去除的要求,易造成土壤及地下水污染；而排入市政污水管道統一由污水處理廠處理,則一方面會造成市政污水水質波動,影響污水處理工藝的正常運行,另一方面降雨期間大量項目的初期徑流雨水同時排入污水管道,又會造成污水處理廠超負荷,導致超標污水溢流,造成水體更大的污染,而且部分城市管理規定雨水不得排入市政污水管道。因此,在國家規范基礎上,《規程》提出若當地排水管理部門另有規定不允許棄流雨水排入污水管道時,排入雨水管道的初期徑流雨水應采取相關處理措施達到相關排放標準后排放。

初期徑流雨水的處理措施可采用旋流分離裝置,旋流分離裝置的原理是離心力作用使水中SS向水流緩慢的中央運動,從而分離出SS。相關研究表明,采用旋流分離裝置對初期徑流雨水的SS去除率可達40%以上,當初期徑流雨水流量減小,裝置停留時間增加時,SS的去除效果則更高[11]；在旋流分離裝置后續增加深度處理措施,如生態礫間接觸氧化裝置的情況下,處理裝置甚至能有效去除初期雨水徑流中的COD、TN、氨氮和TP等溶解性污染物[12]。在條件允許的情況下,也可采用生態設施(如景觀水體或濕塘)對徑流污染進行處理。

4 結 語

浙江省地方標準《民用建筑雨水控制與利用設計規程(DB33/T 1167—2019)》是在國家規范基礎上,結合浙江省地域特點及氣候特征所制定的系統性規程,《規程》的制定與實施對指導雨水控制與利用工程的規劃、設計,規范相關工程的建設,具有重要意義。同時,對于提高雨水的資源化利用,減少水體治理費用，節約城市排水設施運維費用等方面,也具有一定的經濟效益。隨著海綿城市實踐的不斷推進和深入,越來越多的工程實際和經驗為將來進一步豐富和完善本規程奠定基礎。