生态小区水资源利用系统研究

2012-09-05闫宇飞张仁慧

地下水 2012年1期

关键词：节水用水雨水

闫宇飞，张仁慧，解宏

(1.西北大学城市与环境学院，陕西西安 710127;2.陕西省环境监测中心站，陕西西安 710054)

生态小区水资源利用系统研究

闫宇飞1，张仁慧1，解宏2

(1.西北大学城市与环境学院，陕西西安 710127;2.陕西省环境监测中心站，陕西西安 710054)

我国是一个水资源相对短缺、人均水资源严重不足的国家，高效的利用水资源，是解决我国水供需矛盾的根本方法。通过查阅大量资料，对以居住小区为单位的水集约利用系统进行研究，构建了生态小区水利用的模式框架，并对各个功能单元进行了详细区分，通过对雨水收集利用、中水回用、景观水的相关问题研究，分析了西安市实行小区生态化用水的可行性。

生态小区;雨水利用;中水回用

随着城市规模的扩大和城市群的形成，人类对自然的作用程度越来越高。人类活动范围的扩大必将使人工生态系统进一步取代完全自然的生态系统，这是无可改变的现实和趋势。把生态学理论引入人工环境，以期达到人类与自然的和谐共处，是人类主动为未来的发展模式求索的一个尝试。生态城市的建设就是这样一种在集中体现人类文明的地区对人类生态学体系的实践。而作为生态城市的“细胞工程”［1］，生态小区也逐渐成为研究的重点和热点。

房地产业近年来发展迅猛，对我国经济的发展有重要意义。随着人们对居住环境的要求以及环境意识的不断提高，人们不仅关注住房本身的舒适度，而且也渐渐开始关注整个小区的人居环境以及整个小区是否舒适、节能、环保。生态小区的建设正是符合这两种趋势的重要手段之一。

生态小区的建设无疑会树立一个良好的行业标杆，技术先进，节能低碳的项目建设会带来企业整体形象的提升同时增加了住宅产品的附加值，带来更大的收益，对开发商来说，建设生态小区具有一定吸引力和开发动力;

近年来低碳概念受到热捧，国家已经把低碳社会建设提到了前所未有的高度，建设生态小区，也是响应国家政策，创造社会效益的一大方式;

对大众来说，生活品质在不断提升，能够居住到环境优美、节能节水、生活舒适的小区已经成为一种客观需求，形成了潜在的市场，生态小区的建设正好填补了这一空缺。

所谓生态小区，是指通过调整人居环境生态系统，使小区成为具有自然生态和人类生态、自然环境和人工环境、物质文明和精神文明高度统一、可持续发展的理想城市居住区［2］。

具体来说生态小区要在全生命周期的各个环节充分体现节约资源与能源、减少环境负荷和创造健康舒适居住环境，与周围生态环境相协调［3］。而区位环境、节能与能源应用、室内环境质量、水环境和建筑材料与资源消耗都是生态小区建设应该考虑的重点方面。其中水环境包括了用水节水规划、给排水、污水处理与再生利用、雨水等水源利用、绿化和景观用水等［3］。在居住区生态中，水，不仅是维持生命的必要元素，而且兼具日常使用、消防绿化、美化环境的重要作用，所以，做好居住区水环境的规划和管理，是体现现代生态住宅和小区核心理念的重要途径。

1 生态小区水源与水利用模式分析

目前，居住小区中水源供给大多来源于传统市政供水，经使用后大多直接排放到市政污水管网中，而排放污水绝大多数水质是较好的，在住宅小区中，优质排水占总排水量的70%左右。这一部分水污染小，作一些简单的处理就可以用于冲厕、绿化、消防等杂用水。而杂用水占总用水量的50%左右［4］。所以，在传统的供水和用水模式下，很难对水资源充分利用，从而造成了隐性的浪费。

而生态小区技术要求中规定小区节水率要大于15%，再生水利用率要达到25%，并且提供了多样化的非常规水源以及不同与以往的用水模式:

(1)用水规划:水量平衡方案应该满足高质水用，低质水低用的原则，并提高非自来水的应用比例，且节水率≥15%。

(2)给排水系统:实现生活，绿化、景观分质供水，并规划生活污水、雨水、空调冷凝水的收集和再生利用系统。

(3)污水处理系统:要采用节能高效的污水处理系统，保证再生水质量，其利用率≥25%。

(4)雨水利用:拥有雨水收集和处理利用措施。

(5)绿化和景观用水:绿化及景观用水应使用非自来水，并采用节水灌溉，并保证水质。

除此之外，尽量采用节水马桶等节水器具和设施也是对生态小区节水很好的补充。

由此可得出常规“供－用－排”的水利用模式与生态小区水利用模式的差异:

图1 传统用水模式

图2 生态小区用水模式

其中，虚线部分表示可按需要和具体运营情况进行添加的可选处理过程，例如雨水可作为洗衣用水;回用水用于冲厕需单独铺设管线，所以列为可选;景观用水和处理后的劣质污水如达到要求，可进入回用系统进行处理。

此过程为生态小区水应用的一般模式，可根据具体情况进行调整。

2 生态小区水利用技术

2.1 生态小区用水配置

由于加入了非常规水源，所以生态小区用水配置是统领全局的重要问题，尤其对于规模较大，用水方式较复杂的小区来说，合理配置水资源，可以解决水资源浪费，和利用率低下的问题。

合理配置水资源，首先要明确用水量(污水量按照用水定额85% ～90%计算［5］)，可收集雨水量等基础数据。用水量可按照城市居民生活用水定额标准进行估算［6］。

表1 城市居民生活用水定额

以陕西省2009年实际调查数据为例，人均用水量为93 L/人·d，关中地区 80% 家庭用水量在 51～150 L/人·d［7］符合实际情况，改建小区还可以按照具体统计情况进行设计。

浇撒道路和场地用水量为 1.0～1.5L/(m2·次)，绿化则为 1.5 ～ 2.0 L/(m2·次)［8］，另外洗车用水、景观水蒸腾，管线损失水也应该予以考虑。

可收集的雨水量计算［9］

式中:Q为年平均可利用雨量;ψ为径流系数，屋面、地面取0.9，绿地取0.15;α为季节折减系数;β为初期弃流系数;A为集雨面积，(m2);H为年平均降雨量，(mm)。

结合具体的水处理设备工程参数，可估算出考虑污水回用以及雨水利用情况下所需要的市政供水量。

2.2 雨水处理与利用

在居住小区中，雨水作为小区用水的可选水源之一，其收集按集水方式可分为屋面汇水收集和地表径流收集，根据水质和用途的不同，目前的雨水处理、利用可分为两类单元:

2.2.1 渗透设施

分为地面和地下渗透两类［10］，地面渗透设施主要有绿地、地面渗透沟、池以及透水性地面等;地下渗透设施主要为渗透井，埋地渠、池等。雨水渗透是补充地下水源最快、效率最高的办法［11］，可减轻和缓解因地下水超采造成的地面沉降，同时减少地表径流和积水。

2.2.2 回用设施

目前雨水回用主要是收集水质较好的屋面雨水进行进一步的处理、回用，处理方式涵盖了物理、化学、生物以及土地处理等传统水处理方式。系统一般包括雨水汇集区、输水管系、截污弃流装置、储存、净化和配水等几部分［12］。用途主要为冲厕、消防、绿化、洗车等生活杂用水［13］和景观用水，此外，也有将雨水作为洗衣用水的探索［8］。由于地面径流污染物含量较高，对其利用要结合较复杂的处理系统，或者结合优质杂排水合并处理，或者将其简单收集作为观赏景观用水等低水质要求用水。

在实际应用中，应根据实际情况，参照相关技术规范［14］对工艺进行组合、优选，例如对于雨量充沛地区可收集渗透设施多余水量，作为回用水，或作为景观用水，而对于缺水地区则应该以多平面收集，地下处理和储存为主。归纳小区雨水利用的典型过程为:

图3 生态小区雨水利用过程

2.3 污水处理与中水回用

污水处理主要针对优质杂排水，如洗澡、洗衣、洗菜用水，和劣质杂排水，如冲厕水、厨房用水，对新建生态小区应尽量实现两种水排放系统的分离，可大大节省后续处理费用。回用水源主要以优质杂排水为主，劣质排水经化粪池等简单处理符合排放标准即可排入市政污水管网。回用水处理一般需进行三级处理［8］，水质需达到国家标准。核心工艺以生物法、膜技术为主，另外还有很多适合居住区采用的成熟新型技术，如日本净化小型槽［15］等。

在中水处理污工艺上，应该力求简单实用，运行简易，设备性能稳定，成熟度高;平面布置上要紧凑，充分利用地下空间，节省用地;由于生活污水波动性较大，处理构筑物对水力负荷和有机物负荷的适应范围也要相应较大，使系统有较好的承受负荷变化冲击的能力。

在住宅小区设置中水回用系统，可节省生活用水30%～50%［16］，这对于水资源缺乏的地区来说，意义是巨大的。中水回用，充分体现了生态小区技术先进的特征。

2.4 景观用水

在生态小区中，水景营造主要有喷泉、水池、人工湖、湿地、溪流等方式，居住小区中的水景应该尽量与雨水、中水调蓄、处理相结合，而不仅仅是简单的观赏作用。其具体模式应该结合当地气候、降雨以及经济技术条件进行合理规划，对于缺水和少雨地区，应该以收集利用为主，减少大面积水面的存在;对于降水量许可的地区，应该将雨水渗滤池，中水湿地处理，雨水调蓄池与景观水体相结合，构建以水景观为核心的生态小区水循环系统［17］。

2.5 节水设备

相比较整体的工程投资，节水型器具有投资小、见效快、大众认可程度高的特点，目前适合居住小区使用的节水器具主要有节水马桶、节水龙头、节水洗车设备、绿化节水浇灌设备等，另外，还可实现对小区用水设施的智能化管理，配合远程监控、故障报警等功能，也能起到节水的作用。

3 实行小区水资源生态化利用的可行性探讨

3.1 水资源紧缺的现实

西安是我国严重缺水的城市之一，人均可利用水资源处于"水资源紧缺指标"的极度缺水程度;而作为"关中－天水经济区"的重点城市，经济发展势必会带来大量人口的迁入，这将进一步加剧西安人均用水不足的局势，所以推广对水资源的合理利用的意义显而易见。

3.2 雨水资源具有利用优势

由于硬质路面的采用，一旦遇到暴雨，城市道路积水严重，而大量的雨水资源也未得到充分利用就进入了排水系统，增加了集中处理的负荷。

西安1996～2007年平均降水量为614.6 mm，在降水保证率为75%的条件下，年降水量达 521.9 mm［18］，均大于雨水回用的推荐值400 mm/a。根据年平均可利用雨量公式估算，西安地区每年可利用雨水约为0.35 m3/m2水泥汇水面积(不包括绿化渗透水和水面汇水)，而在实际情况中，可利用雨水量将大于此值。对于一般小区来说能够完全满足杂用水需求、或者满足夏季景观用水的水量［9］。