石家庄市某部营区雨水蓄渗工程设计

2016-08-15白鹤岭刘惠勤

中国水土保持 2016年4期

关键词：营区绿地雨水

白鹤岭，刘惠勤

(河北省水土保持工作总站，河北石家庄 050011)

石家庄市某部营区雨水蓄渗工程设计

白鹤岭，刘惠勤

(河北省水土保持工作总站，河北石家庄 050011)

营区；雨水利用；建设模式；工程规划；设计

城市雨水是宝贵的淡水资源，实施城市雨水资源化利用，可以缓解城市供水危机，防治水土流失，改善生态环境。对石家庄市某部机关营区按照技术可行、经济合理的原则进行改造，采用部分雨水收集利用、部分渗透或超渗排放的方案，对营区进行了雨水蓄渗工程设计，并对其进行了效益分析，结果表明：通过雨水集蓄利用和就地入渗，雨水收集利用率达到80%～85%，能够消纳1年一遇、日降雨量50 mm的降雨径流，实现小雨不产流、中雨不出院、大雨无涝灾的生态营区建设目标。

河北省是严重的资源性缺水省份，受季风气候影响，降水时空分布严重不均，多年平均降水量531.7 mm，80%以上集中在7—9月。对于这部分雨水资源，许多城市没有加以有效利用，相反，因城市暴雨往往造成严重积水，易产生洪涝灾害，故大多以弃水的方式处理。因此，城镇水资源呈现一方面极度紧缺，旱季严重缺水，另一方面又未能有效利用，造成严重流失的局面[1]。城市雨水是宝贵的淡水资源[2]，实施城市雨水资源化利用，就是通过各种工程技术措施和管理措施，把雨水蓄集起来或就地入渗，以缓解城市供水危机，防治水土流失，改善生态环境，趋利避害，造福人类[3-5]。

1　营区基本情况

石家庄市某部营区位于市区北部，营区占地面积36 210 m2。营区已建成部分包括办公大楼、营房、食堂、篮球场、绿地等；拟建部分包括训练楼、公寓楼和规划道路、规划绿地等。总建筑面积5 090 m2，道路面积4 110 m2，绿化面积15 000 m2，其他12 010 m2。

建筑物占地面积的增加和道路硬化势必会减小土壤入渗率、增加地表径流量。根据营区改造建设规划，工程完成后在非雨水集蓄利用条件下，增加的降雨径流量约为4 345 m3/a。同时，绿地面积增加，灌溉用水量将达到1 380 m3/a，加之道路喷洒和冲洗车辆用水，合计用水量将达到3 100 m3/a。如不考虑雨水集蓄利用，将全部耗用自来水，一方面增加营区用水成本，另一方面要耗资建设排水工程。因此，在营区建设雨水利用工程意义重大，势在必行。

2　雨水蓄渗工程规划

2.1确定方案

营区雨水蓄渗工程有3个备选方案：①雨水完全渗透；②雨水全部收集；③雨水部分收集利用，部分渗透与超渗排放。考虑到办公大楼及其以北营区已经建成，且营区绿地灌溉需水量较大，故方案①不予选取；大量收集雨水利用可以节省自来水，但营区面积较大，建筑物较多，在公寓楼、营房和食堂前后道路两侧雨水收集不便，且采用雨水全部收集一次性投资过大，故方案②也不予选取；方案③是一种以雨水收集利用为主、部分雨水入渗与超渗雨水排放相结合的雨水利用模式，一方面可以部分缓解规划区水资源供需紧张的矛盾，另一方面也适应华北季风气候区年内降水分布严重不均的实际，雨水在不易收集部位直接入渗，超出蓄用和渗透能力的雨水溢流排入市政雨水管道。因此，根据营区具体情况，按照技术可行、经济合理的原则，采用方案③进行设计。

2.2设计标准

石家庄市区多年平均降水量522 mm，受季风气候影响，降水时空分布极不均匀，全年降雨量的70%～80%集中在7—9月。汛期降雨强度大，雷阵雨天气多，易造成部分街道积水。

根据河北省水利科学研究院等单位城市雨水利用的研究成果，雨水收集工程设计标准按一年一遇、日降水量50 mm设计。根据设计规范，绿地灌溉时间为4—11月，每隔3～5 d灌溉1次，灌水定额为2.0 L/(m2·d)；道路4—5月每隔2～3 d喷洒1次，6—9月每天喷洒1次，10—11月每隔2 d喷洒1次，每次1.5 L/m2；洗车用水以每辆300 L/d计。

2.3工程布置

将营区分为北部已建成区和南部建设区两个单元进行规划。

2.3.1北部已建成区

北部已建成区包括办公大楼及其以北院区道路和绿地，面积15 112.5 m2。规划在北门口东西两侧分别增设地下截雨沟，以收集办公大楼屋顶和路面雨水。每侧截雨沟设两个雨水口，雨水口顶设雨箅，与地面齐平，雨水口之间设地下暗管连接，暗管末端接集雨池。1、2号集雨池分别建在北门口两侧绿地下方，蓄存雨水用于绿地灌溉和夏季道路的喷洒，超强度雨水由雨水口溢出，经北门口外排。

2.3.2南部建设区

南部建设区位于办公大楼以南，包括综合训练楼、公寓楼、营房、食堂、篮球场，以及区内规划道路和绿地，面积21 097.5 m2。本区雨水利用规划内容主要包括集雨利用、路面雨水入渗和下凹式绿地等工程。

(1)集雨利用工程。在办公大楼东南角的绿地内建3号地下集雨池，以收集师部大楼以南、营房以北地面雨水，用于绿地灌溉和道路喷洒，超强度雨水排入1号出户水井。在综合训练楼以北的规划绿地(面积约1 800 m2)东南部建4号地下集雨池，以收集综合训练楼、公寓楼及其以北道路雨水，用于绿地灌溉和道路喷洒，超强度雨水沿篮球场北侧道路雨水管道排入2号出户水井。

(2)洗车水回用工程。在洗车场以东的绿地地下建5号地下集水池，以收集洗车排水和浴池排水，经沉淀处理回用于车辆冲洗。

(3)路面雨水入渗工程。综合训练楼以北除新建机动车道、公寓楼以北新建道路、食堂以西新建道路、营房以北道路外，全部采用透水混凝土砖铺砌。

(4)下凹式绿地工程。全部新建绿地采用下凹式，比四周路面低5～10 cm。

(5)雨水收集回用工程。收集雨水、洗车排水、浴池排水经过初期雨水弃流和水质处理(拦污—过滤—沉淀)达标后，通过水泵提水，用于绿地灌溉、道路喷洒或车辆冲洗。

3　工程设计

3.1集雨池典型设计

以1、2号集雨池设计为例，计算过程如下：

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

(2)设计降雨。根据石家庄市气象站降水量统计资料和有关科研成果[6]，设计降雨重现期按一年一遇，设计日降雨量为50 mm。

(3)集雨池有效蓄水容积(Ws)，计算公式为

式中：hy为设计日降雨量，mm；δ为初期雨水弃流深度，按3 mm计；ψc为暴雨径流系数，取0.5～0.6。

考虑一定安全超高，1、2号集雨池容积按60 m3设计。

(4) 池体设计。集雨池采用箱式砖砌结构，池底采用混凝土浇筑，池壁砖砌混凝土抹面防渗，池盖采用钢筋混凝土现浇结构，集雨池内宽3.0 m、长5.0 m、深4.0 m。集雨池顶部设检查口或入孔，有效内径600～100 mm。检查口下方池底设集泥坑，深度不小于300 mm。结构示意见图1。

图1　1、2号集雨池结构示意(mm)

同理，计算出3—5号集雨池的容积分别为：75、90、20 m3，形式均和1、2号相同，尺寸分别为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雨水水质处理

考虑到规划营区无严重污染源，卫生条件较好，且集蓄雨水主要用于绿地灌溉和地面喷洒，对雨水水质要求相对较低，故雨水水质处理采用雨水口拦污—多级沉淀—雨水进池前过滤的处理方式。

(1)拦污和沉淀设计。雨水口顶采用平箅式设计，雨箅间隙宽度10～15 mm；雨水口兼作初级沉淀设备，雨水口深1.00 m，口宽0.60 m；集雨池兼作终端沉淀池，收集雨水沉淀5～8 h后提取利用。

(2)过滤池设计。集雨池前设过滤池，池体为方形，尺寸为1.5 m×1.5 m×2.0 m，池顶加盖。池内回填滤料，滤料回填深度1.8 m；从进水到出水分层回填，进水侧砂石粒径为5～10 mm，滤层厚度1.0 m，出水侧(接集雨池)回填粒径2～5 mm粗砂，滤层厚度0.5 m。结构示意见图2。

图2　过滤池结构示意(单位：mm)

(3) 初期雨水弃流设计。在雨水口设置截污挂篮和初期雨水弃流装置，初期雨水弃流深度按2～3 mm设计。截流的初期雨水可排入污水管道，为了保证雨水弃流排入污水管道时污水不产生倒灌，设计雨水管底高程在污水管道顶部高程以上。

(4) 雨水处理设施产生的污泥稀释后排入污水系统。

3.3地面雨水入渗工程设计

透水地面应设透水面层和透水垫层。透水面层采用透水面砖，透水垫层采用无砂混凝土、砾石、砂、砂砾料或组合料。透水面层厚度60 mm，透水垫层(包括其上找平层)厚度不小于150 mm。人行道透水性地面砖强度C30，空隙率20%，渗透系数1.0 mm/s。透水性地面砖铺设由上至下依次为透水砖(6 cm)→混凝土调平层(15 cm)→素土夯实层。

3.4下凹式绿地设计

规划新建绿地采用下凹式，绿地与硬化地面或小区路面连接，下凹深度一般为5～10 cm，路面一般不设立道牙。下凹式绿地内植物选用耐雨水浸泡的品种。

在综合训练楼以北规划绿地中心地带建入渗池，池体设计为方形，尺寸为1.0 m×1.0 m×1.5 m；池顶口高出绿地地面2～3 cm，池顶加盖；在距池底以上0.8 m处埋设Φ110PVC管道，并与5号集雨池连接，管道坡度按2‰设计。

4　雨水蓄渗效益分析

已有的监测结果表明，地面硬化之前，降雨形成的地面径流与土壤入渗量之比约为3 ∶7；硬化后二者的比例变为7 ∶3。这意味着地面硬化已经严重干扰了自然的水文循环，显而易见，这种干扰产生的效果是负面的。通过实施雨水利用工程，可以有效地改善营区生态环境。将雨水就地收集、就地利用或回补地下水，可减轻城市防洪压力，防止城市排涝设施不足导致的城市雨水排泄不畅和洪涝灾害的发生。

石家庄市某营区改造工程在非雨水集蓄利用条件下，将增加降雨径流量4 345 m3/a，而通过修建雨水利用工程，采取雨水部分收集利用、部分渗透或超渗排放的工程布置模式，合理布设集雨池，修建路面雨水入渗工程和下凹式绿地工程，可实现一般年份雨水收集利用量为3 000 m3，雨水收集利用率将达到80%～85%，雨水排放率不大于15%。每年4—11月营区绿化灌溉、道路喷洒和洗车等杂用水70%以上可由雨水替代，减少了同期自来水利用量。通过雨水集蓄利用和就地入渗，可消纳1年一遇、日降雨量50 mm的降雨径流，实现营区小雨不产流、中雨不出院、大雨无涝灾的生态营区建设目标。