雨水回用设计计算书

A. 城市雨水收集与回用

随着人们环保意识的增强，城市雨水的收集利用会逐步发展起来。这也就需要有关部门转变城市治水思路，先发展雨水利用工程，再建雨水外排系统，积极推动城市雨水利用与管理进程，使雨水利用系统能够在大多数城市得到推广和应用。本文作者结合多年来的工作经验，对城市雨水收集与回用进行了研究，具有重要的参考意义。
伴随着城市化建设，城市中建筑屋面、路面、广场、停车场地等表面大部分均进行了硬化处理，这些硬化处理虽然满足了美观、舒适、整洁的要求，但也为人类带来了一定的隐患。降落的雨水主要依靠地表径流;而近年来全球极端气候致使暴雨、特大暴雨频发，我国多个城市（北京、武汉、深圳、厦门等）发生内涝灾害，严重危及人民群众的生命财产安全和城市的正常运行。
与发达国家相比，我国存在城市排水标准偏低、缺乏应对特大暴雨的内涝防治系统、相应的预警及应急措施不完善等问题，这直接削弱了城市抵御暴雨等气象灾害的能力。为解决此类问题，2013年国务院发布了《国务院办公厅关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》（国办发（2013）23号通知）。通知要求各地区积极推进低影响开发建设模式，采取蓄、滞、渗、净、用、排相结合，实现生态排水，综合排水。
低影响开发建设模式在国外发达国家及地区已普及几十年，国内则刚起步。2011年将LID（低影响开发建设模式）首次写入室外排水设计规范：应采取雨水渗透、调蓄等措施，从源头降低雨水径流产生量，延缓出流时间[1]。LID强调从源头开始，全过程实施流量控制，能有效地削减降雨期间的流量峰值，减轻排水管道的压力，降低城市内涝发生的频率和强度。
雨水收集及回用是指针对因建筑屋顶、路面硬化导致区域内径流量增加而采取的对雨水进行就地收集、入渗、储存、处理、利用等措施。主要包括收集、储存和净化后的直接利用;利用各种人工或自然水体、池塘、湿地或低洼地对雨水径流实施调蓄、净化和利用，改善城市水环境和生态环境;通过各种人工或自然渗透设施使雨水渗入地下，补充地下水资源。本文重点介绍源头也即住宅区等小区内的雨水收集与回用。
1、雨水的收集
1.1屋面雨水收集
雨水收集回用系统应优先收集屋面雨水，不宜收集机动车道路等污染严重的下垫面上的雨水[2]
目前建筑屋面大多采用对雨水无污染或污染较小的材料，屋面雨水水质相对较好，受外界污染影响相对较小，且其径流量大，便于收集。
屋面雨水排放主要有以下两种收集方式：
①屋面雨水经雨水斗收集排放至室外雨水管，经雨水管排至市政雨水管网，或者是排至室外雨水收集池，经雨水收集池溢流的部分再排至市政雨水管网。
②采用屋顶花园雨水利用系统，在确保屋面不漏水，多余雨水水流通畅排放的前提下，植物的生长所需水量和土壤的吸水率在一定程度上提高了雨水的利用率。
1.2 地面雨水收集
地面雨水收集系统主要是收集硬化地面上的雨水和从屋面引至地面的雨水。
室外排水设计规范（2014年版）要求，地区整体改建时，对于相同的设计重现期，改建后的径流量不得超过原有径流量，可采取的综合措施有下凹式绿地，设置植草沟、渗透池等，人行道、停车场、广场和小区道路等可采用渗透性路面，促进雨水下渗，既达到雨水资源综合利用的目的，又不增加径流量[1]。城市排水（雨水）防涝综合规划编制大纲要求新建地区的硬化地面中，透水性地面的比例不应小于40%[3]。与传统的路面相比，常见的透水沥青、透水混凝土、草皮砖等透水地面，在使用上其透水性能有的还优于自然土壤的渗透能力。将地表径流改为地下入渗，可以减少地表径流，尽快补充地下水，并且更有利于环境的发展。
1.3 雨水的储存设施
为便于回用，雨水的收集系统应设置雨水储存调蓄设施。
储存设施可以采用区域内景观水体、水池等，其材料宜耐腐蚀、清洁、环保。
调蓄设施应尽量采用小区内天然的洼地、池塘等地面设施。天然条件不满足时，可建造室外调蓄池。
1.4 雨水的弃流与外排
受空气中粉尘及污染物的影响，初期雨水水质较差，回用较麻烦且成本高。考虑到雨水水量大，考虑将初期的雨水进行弃流，将中后期雨水进行收集回用。通过弃流初期径流雨水就可以降低整体雨水收集的污染物浓度指标，收集到更优质的雨水。
雨水的降落量、大自然的变化多端都是无法控制的。所以，设有小区雨水系统的收集设施应设置相应的外排措施，当实际的降雨量超过了雨水系统收集设施的蓄水能力时，多余的雨水就会形成径流、溢流，汇到相应的雨水管道，通过雨水排水系统外排至市政雨水管网。
2、雨水的回用
2.1雨水回用的设计原则
雨水回用的设计原则主要有以下几点：
①小区规划中设有景观水体时，在景观水体的设计中，应优先选用雨水进行调蓄、补充，并设置雨水储存设施。
②小区规划中未设置景观水体时，应优先考虑绿地、植草沟、透水铺装等入渗方式，其次考虑天然洼地、池塘等作为调蓄池，把径流的高峰流量蓄起来，从而达到收集、处理、回收的目的。
③雨水收集回用应优先选用水质污染少，并且集水效率高的屋面雨水。屋面雨水可采用雨水入渗、收集回用或两者相结合的方式，应根据当地的缺水情况、雨水的需求量和水质要求、杂用水量和降雨量季节变化的吻合程度、室外土壤的入渗能力以及经济合理性等因素综合确定。
2.2雨水回用的几种方式
雨水回用是通过规划和设计，采取相应的工程措施，将汛期雨水蓄积起来并作为一种可用水源，不仅可以增加城市水源，在一定程度上缓解水资源的供需矛盾，同时还可以有效地减小城市径流量。雨水收集回用系统主要由收集、贮存、处理设施及回用水管网组成。雨水收集后需经过水质净化设施对雨水进行水体净化处理，当达到所需用水区域相应的排放标准后才可以使用，另外还可以起到削减外排雨水总流量及总量的作用。
目前，这些用水区域常见的雨水利用方式主要有以下几方面：
（1）屋面雨水集蓄运用，运用屋顶做集雨面用于家庭、公共和工业等方面的非饮用水，如灌溉、冲厕、洗衣、冷却循环、道路及广场浇洒、消防水用水、景观水补水等中水体系。
（2）屋顶美化雨水运用，屋顶美化是一种减少径流量、减轻污染和城市热岛效应、调理修建温度和美化城市。
（3）小区雨水集蓄运用，绿洲入渗，保护绿洲面积。
（4）雨水回灌地下水，在一些地址条件比较好的当地，进行雨洪回灌，人工补给地下水。
3、结语
小区雨水的收集与利用对实现雨水资源化、节约用水、雨水资源化、缩小雨水管网管径、修复水环境、减轻城市的洪涝灾害及缓解内陆湖泊的面源污染起着至关重要的作用。
我国是一个水资源严重短缺的国家，人均水资源量仅为世界人均占有量的1/4，而且我国水资源分布存在显著时空不均。近年来我国为缓解北方严重缺水的局面进行了南水北调工程，该项目工程量大、工期长。作为缺水地区不能坐等外部调水，应充分开发和回收利用当地一切可能的水资源，其中城市雨水就是长期忽视的一种水资源。通过雨水的合理收集与利用，补充地下水源，削减城市洪峰流量，有效控制地面水体的污染，对改善城市的生态环境、保持水土、缓解水资源紧张的局面有重要的现实意义。

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B. 雨水调蓄池的设计方法

4．14 雨水调蓄池
4．14．1 需要控制面源污染、削减排水管道峰值流量防治地面积水、提高雨水利用程度时，宜设置雨水调蓄池。4．14．2 雨水调蓄池的设置应尽量利用现有设施。4．14．3 雨水调蓄池的位置，应根据调蓄目的、排水体制、管网布置、溢流管下游水位高程和周围环境等综合考虑后确定。4．14．4 用于控制面源污染时，雨水调蓄池的有效容积可按下式计算：
V=3600ti(n-n0)Qdrβ (4．14．4)
式中：V——调蓄池有效容积(m)；ti——调蓄池进水时间(h)，宜采用0.5h～1h，当合流制排水系统雨天溢流污水水质在单次降雨事件中无明显初期效应时，宜取上限；反之，可取下限；n——调蓄池运行期间的截流倍数，由要求的污染负荷目标削减率、当地截流倍数和截流量占降雨量比例之间的关系求得；n0——系统原截流倍数；Qdr——截流井以前的旱流污水量(m/s)；β——调蓄池容积计算安全系数，可取1.1～1.5。4．14．5 用于削减排水管道洪峰流量时，雨水调蓄池的有效容积可按下式计算：
V=[-(0.65/n+b/t·0.5/(n+0.2)+1.10)lg(α+0.3)+0．215/n]·Q·t (4．14．5)
式中：V——调蓄池有效容积(m)；α——脱过系数，取值为调蓄池下游设计流量和上游设计流量之比；Q——调蓄池上游设计流量Q(m/min)；b、n——暴雨强度公式参数；t——降雨历时(min)，根据式(3．2．5)计算。其中，m=1。4．14．6 用于提高雨水利用程度时，雨水调蓄池的有效容积应根据降雨特征、用水需求和经济效益等确定。4．14．7 雨水调蓄池的放空时间，可按下式计算：
to=V/3600Q'η （4．14．7）
式中：to——放空时间(h)；V——调蓄池有效容积((m)；Q'——下游排水管道或设施的受纳能力(m/s)；η——排放效率，一般可取0.3～0.9。4．14．8 雨水调蓄池应设置清洗、排气和除臭等附属设施和检修通道。

C. 雨水回收利用系统设计需要哪些数据

在需要数抄据前，先要搞清楚：

1. 做雨水回收利用的目的是什么？这决定了你需要的数据。如：用于蓄洪、用于绿化浇灌、用于评绿标、用于评海绵城市... ... 明确目的后，便知道需要占地面积、绿地面积、屋顶面积，或者评绿标的话还需要综合的非传统水源量等，径流控制率等哪些具体数据了。

2. 一般的雨水回用系统都是为了合理的利用原本被盲目快排掉的雨水，尽可能的通过对雨水的重新认识，通过设计规划，减少地表径流，增加渗透的水量，降低雨水的污染度。因此，需要的参数就是这个项目的经济技术指标、当地的水文资料和政府对雨水的要求文件。
   

D. 高层建筑中水回用技术的应用

高层建筑中水回用技术可以大大缓解水资源紧张的问题，是解决当前某些缺水城市水资源危机的重要途径。因此，在现阶段加强建筑中水回用技术的研究，对提高超高层建筑水资源的有效利用率、进而促进中水回用的产业化发展，达到节约用水的目的有着深进意义。
1 工程概况
某工程为超高层建筑，主要功能为办公、商业、餐饮等，总用地面积25，945m2，总建筑面积210，964m2，其中地下层为车库，1～6层为裙房，主要功能为商业餐饮，6层以上分为E、F两座塔楼，其中E座高119.2m，F座高139.2m。由于该工程位于淡水资源极度缺乏的城市，应该充分重视水资源的利用问题。
2 高层建筑中水回用技术
2.1 中水系统设计
本工程的供水水源为城市自来水。中水供应系统向本建筑全部卫生间供水。以公共卫生间内的手盆水、公共浴室排水、冷却塔排水等作为中水原水，经过处理后的中水回用于公共卫生间内大小便器的冲洗以及车库地面的冲洗补水等地方。本建筑内污废水量约732.6m3/d，按供水量的90%计。其中用于中水原水量约139.7m3/d。因此，实际日排放量为592.9m3/d。冷却塔排水、绿化和浇洒道路等用水不排入污水系统，此部分耗水量为440m3/d。设计的室内污水和废水进行分流排除，公共卫生间的一部分废水作为中水原水循环至中水机房进行回收；对于卫生间的生活污废水，设计为专用的通气管排水系统进行排水；首层以下排水单独排出室外。
中水原水量为139.7m3/d，中水回用系统的平均日用水量为228.8m3/d，两水量相差部分由雨水补给（详见雨水利用），可达到回用系统的1.1倍（年收集水量占回用水量百分数）最高日用水量为343.2m3/d。
2.2 中水回用工艺流程
2.2.1 工艺设计依据
本工程将中水处理站设在地下二层，需要处理的水量：中水原水平均日收集水量139.7m3/d，中水设备日处理时间取12h/d，平均时处理水量为11.6m3/h。因此，设计取设备处理规模为12m3/h。中水水质标准：符合《城市杂用水水质标准》（GB/T18920-2002），其中浊度、溶解性总固体、BOD5、氨氮按严标准取值。
2.2.2 中水回用工艺流程
建筑中水回用可以处理到两种程度的回用水，一种是处理到可以供人类直接饮用的水，实现水资源的完全循环利用，但是这种工艺投资高且工艺复杂；另一种是处理到不供人类饮用，而是将处理水回用于冲厕、绿地用水、冲洗车库地面用水等地方，后者应用较为普遍。中水处理有多种不同的工艺，处理时应该综合考虑中水原水的水量、水质、以及处理水回用部位等因素。在实际应用中，根据原水水质不同，中水处理流程可以分为很多种。
中水首先经过格栅和曝气调节池进行预处理，去除污水中的杂质并且均匀水质；然后经过毛发收集器，由一级提升泵到达中水一体化设备，再由二级提升泵依次达到石英砂过滤器、活性炭过滤器、中水蓄水池（与雨水共用），最终向本建筑的全部卫生间供水。此外，设计的中水处理工艺中还应用了鼓风曝气机进行曝气，增加足够的溶解氧，使氧气在液体中被充分搅拌和溶解，达到阻止液体中的悬浮物下沉的效果；滤池反冲洗设备用于拦截水中的杂质，去除水中的颗粒物等杂质。
处理后的中水水质应符合《城市污水再生利用城市杂用水标准》GB/T18920或《城市污水再生利用景观环境用水水质》GB/T18921的规定。
2.3 雨水利用系统
2.3.1 建筑屋面雨水排水量
雨水量按该市暴雨强度公式计算，屋面雨水设计重现期为10年，降雨历时5分钟。溢流口和排水管系总排水能力按50年重现期设计。屋面总汇水面积11，000m2，雨水排水量约为600L/S。
其中暴雨强度公式为：雨水量公式为：Q=ΨqF
雨水管道设计重现期P=2年；室外雨水管道设计降雨历时T=15分钟；室外综合径流系数Ψ=0.65。
由以上公式计算所得雨水量约为597.3L/s。
2.3.2 雨水利用标准及利用方式
（1）雨水利用标准：重现期1年的雨水进行利用，不排入市政管网，超出的雨量排入市政管网。设计年降雨厚度1，255.1mm，平均年降雨次数121.6次。
（2）雨水利用采用回收利用方式。
①收集量和回用量：根据本工程的用地现状和投资情况，收集降落在屋面及硬化路面（汇水面积约25，900平方米）的雨水，处理后的雨水进入中水清水池，用于车库冲洗和卫生间冲厕，用水量约89.1m3/d。
②年收集雨水量（红线内）=10×0.8×1255.1×0.7×2.59=18，204m3
③雨水收集池：根据用水量、1年重现期降雨量（49.1mm）的收集量和用地现状综合确定为400m3，初期4mm的降雨不进入雨水蓄水池，经弃流池排出。雨水蓄水池和弃流池位于室外。超过雨水蓄水池设计能力的降雨通过溢流管排至市政雨水管道。
④工艺流程：由设于雨水收集池内的潜水泵进入地下二层的雨水处理机房。雨水利用的工艺流程图见图1。
图1 雨水收集工艺流程图
由图1可知，屋面雨水经过弃流池弃流初期雨水后，收集到雨水蓄水池，经砂滤和活性炭过滤器过滤，达到中水水质标准后，进入与中水共用的雨水蓄水池，用于中水系统供水或用于楼内车库冲洗及卫生间冲厕。雨水处理设备间歇运行，在有雨水时，运行12h，处理能力为7m3/h，处理后的清水全部存在清水池中，清水池容积100m3，与中水共用。
2.4 效益分析
施工完成之后对设备进行了调试，设备可以正常运行，并且出水水质可以达到规范要求的水质标准。建筑的中水回用经济性主要受到当地水价的影响，水价越高，则建筑中水回用系统的经济效益越高，设备的投资回收期越短。该市现行一般商业用水水价为1.8元/吨（不包含污水处理费用），商业用水污水处理费为1.2元/吨，即总的水费价格为3.0元/吨。本工程设计的中水回用系统的全年回用水量为54，180.6吨，则本建筑的中水回用系统全年可以节约用水费用为162，541.8元。
3.结论
综上所述，高层建筑中水回用技术可以大大缓解水资源紧张的问题，并且收到较好的经济效益和社会效益。因此，相关的工作人员要高度重视水的回用技术上，推动高层建筑中水回用技术的发展，提高水的回用率，进而达到节水的目的。
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E. 中水回用系统在某住宅小区中的方案设计

中水是指各种排水经过物理处理、物理化学处理或生物处理，达到规定的水质标准，这种水质的指标是低于城市给水饮用水水质标准，但又高于污水排放标准的水质。是生活、市政、环境等范围内杂用的非饮用水，可用于冲洗便器、冲洗汽车、建设施工、工业生产、绿化和浇洒道路等。
从20世纪60年代初国外就开始了研究利用中水，近二十年来，中水开发与回用技术得到了迅速的发展，美国、日本等发达国家都在大量的使用中水；以色列是中水回用方面最具代表性的国家，占污水处理总量的46%出水直接回用于灌溉，其余33.3%和约20%分别回灌于地下或排入河道。我国是于上世纪80年代中期在北京建成了第一个中水试点工程。之后就开始了中水回用的研究报道，相关的标准及法规也陆续出台。
本文通过对本地区某住宅小区中水回用系统方案的比较探讨，阐述中水回用系统对城市长久发展及在环保节能方面的积极意义。
1 中水系统组成与形式
1.1 中水系统简介
小区中水系统是指在新、改、扩建的居住小区等集中建筑区内建立的中水系统，因供水范围较大，生活用水量和环境用水量都很大，设置中水回用系统易于形成规模效应，实现污废水资源化和小区生态环境的建设。小区中水系统框图见图1所示。建筑中水系统是一个系统工程，是给水工程技术、排水工程技术、水处理工程技术及建筑环境技术的有机结合，运用上述技术实现建筑群的使用功能、节水功能及建筑环境功能的统一。中水系统既不是污水处理厂的小型化，也不是给水排水工程和水处理设备的简单拼接。好的中水系统不仅可以为环境及建筑本身带来好的规模效益，而且从长久发展来说具有好的经济效益和社会效益。
1.2 中水系统的组成、水质和水源
小区中水系统是由中水原水收集系统、处理系统和中水供水系统三部分组成。中水原水收集系统是指收集、输送中水原水到中水处理设施的管道系统和一些附属构筑物；中水的处理系统是由前处理、主要处理和后处理三部分组成。前处理除了截留大的漂浮物、悬浮物和杂物外，主要是调节水量和水质，即设置调节池；主要处理是去除水中的有机物和无机物等；后处理是对中水供水水质要求很高时进行的深度处理。
小区中水系统水质要求虽然低于城市生活饮用水标准，但卫生指标如大肠菌群数等必须达标，且还要符合人们的感官要求，以解除人们使用中水的心理障碍，此外中水不应引起设备和管道的腐蚀和结垢，最重要的是施工使用要安全可靠。
由于小区中水系统规模较大，中水水源的选择种类相对较多，具体水源的选择要根据水量平衡和技术经济比较最终确定。通常我们选取小区中水系统的水源是小区建筑物内的杂排水、（即不含冲厕排水的排水，有沐浴排水、盥洗排水、冷却水、洗衣排水及厨房排水等。）小区生活污水和小区内雨水（可作为补充水源）。本地区降水量较少，故雨水不考虑在补充水源范围之内。
2 工程概况
本住宅小区位于呼和浩特东部新区核心区域，北面为城市主干路海拉尔东街，西侧为城市主干道科尔沁西路，南邻东站北街，东面为规划路。小区有4栋高层住宅，1号楼建筑面积15967.15m2，建筑高度42.6米，地上14层；2号楼建筑面积13169.5m2，建筑高度42.6米，地上14层；3号楼建筑面积16187.7m2，建筑高度42.6米，地上14层；4号楼建筑面积13109.3m2，建筑高度42.6米，地上14层。5号楼属于综合一类建筑，功能为公寓及公寓式办公，建筑面积25259.23m2，建筑高度44.5米，地上13层。6、7号楼属于低层商铺，6号楼建筑面积1397.4m2，地上2层。7号楼建筑面积2265.59m2，地上3层。小区主体下部为地下车库，地下车库面积20641.39m2，可停放车辆581辆。小区生活泵房、中水设备处理室、消防泵房和电气用房均设置于5号楼地下室。
3 小区中水水量平衡计算
小区功能分为住宅和综合楼两部分，中水用于冲厕和绿化等杂用，选定沐浴、盥洗和洗衣排水作为中水水源。
4 小区中水处理工艺及设施
中水处理工艺流程是根据中水原水的水量与水质，供应的中水水量与水质，以及当地的自然环境条件和对建筑环境的要求经过技术经济比较确定的。本小区位于我国北部内蒙古呼和浩特地区，处于高海拔、严寒、缺水地区，水质较硬。考虑到初投资及运行费用的问题，此次中水处理采用物理化学处理为主的工艺流程。见下图2。
4.1 格栅
格栅采用机械格栅，设置一道格栅，栅条空隙净宽为5mm。污水泵的吸水管上设置毛发聚集器去除毛发等杂物。
4.2 原水调节池
调节池选用预曝气的形式，这样不但可以使池中颗粒状杂质保持悬浮状态，避免沉积在池底，还可以使原水保持有氧状态，防止原水腐败变质，产生臭味。而且预曝气还可以去除部分的有机物。曝气负荷采用0.9m3/（m3・h）。
4.3 过滤设施
过滤是中水处理工艺中必不可少的后置工艺，它对保证中水的水质起到了决定性的作用。过滤分为两部分，首先采用微絮凝过滤，它是将絮凝和过滤相结合，工艺紧凑，设备简单。之后出水再经过活性炭过滤。活性炭过滤采用固定床，过滤器为两个，过滤器中炭层高度和过滤器直径比为1∶1，活性炭高度为5.0米，设计负荷为0.5kgCOD/kg炭，接触时间为30min，反冲洗时间为15min。
4.4 消毒
中水处理必须设有消毒设施，消毒剂投加采用自动投加方式，并能与被消毒水充分混合接触。消毒剂采用次氯酸钠消毒剂。加氯量为5mg/L（有效氯），消毒接触时间大于30min。
中水回用系统设计需要特别注意的是由于中水水质标准低于生活饮用水标准，中水系统与生活给水系统管道、附件和调蓄设施存在共存的问题，可能有居民误把中水当作生活饮用水使用，为了保证供水安全，采取以下防护措施：①中水管道严禁与生活饮用水管道直接连接；②所有明装的中水管道外壁按有关标准的规定涂色和标志；③对中水系统进行必要的监测控制和维护管理。
5 结语
本工程生活废水属于优质杂排水，经过中水水量平衡计算，本小区中水原水量与用水量之差很小，可以满足本小区冲厕及绿化用水。实现了节约水资源，达到节能减排的良好社会综合效益。
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