北京四中房山分校雨水控制與利用實(shí)例分析

樊華¹李曼¹張霖²鄭克白¹

（1 北京市建筑設(shè)計(jì)研究院，北京 100045； 2 北京市城鄉(xiāng)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)化辦公室，北京 100045）

1項(xiàng)目概況

北京四中長(zhǎng)陽(yáng)校區(qū)位于房山區(qū)長(zhǎng)陽(yáng)鎮(zhèn)起步區(qū)2號(hào)地塊西南角；校區(qū)規(guī)劃總用地面積為59681.66 m²（其中建設(shè)用地面積為40256 m²）；教學(xué)樓地下1層包括設(shè)備機(jī)房、車庫(kù)、廚房，教學(xué)樓地上部分主要為內(nèi)部教學(xué)空間辦公空間及配套設(shè)施。

2相關(guān)條件

（1）本項(xiàng)目首層設(shè)計(jì)的±0.00 m高程為42.40 m，場(chǎng)地最低點(diǎn)籃球場(chǎng)地面標(biāo)高42.25 m，周邊市政道路均高出場(chǎng)地最低區(qū)域1.35~2.25 m，整個(gè)場(chǎng)地標(biāo)高見圖1。同時(shí)該項(xiàng)目又位于小清河分洪區(qū)五區(qū)內(nèi)，在滿足小清河行洪滯洪的條件下，小清河50年一遇洪水+永定河100年一遇向小清河分洪時(shí)項(xiàng)目所在地的節(jié)點(diǎn)洪水位設(shè)計(jì)標(biāo)高為45.01 m，首層±0.00 m高程低于項(xiàng)目所在地的設(shè)計(jì)洪水位標(biāo)高45.01 m，教學(xué)樓及宿舍樓的主要出入口均低于設(shè)計(jì)洪水位1.01~2.61 m。

（2）教學(xué)樓人行道采用透水鋪裝，操場(chǎng)地面為綠化草坪，籃球場(chǎng)采用塑膠場(chǎng)地，其余均為下凹綠地。以操場(chǎng)中心線劃分為南北兩區(qū)，下墊面設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，滿足《雨水控制與利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（DB11/685-2013）4.23條相關(guān)規(guī)定。

（3）在西側(cè)經(jīng)一南路、北側(cè)京良路及南側(cè)緯五路上均預(yù)留市政接口，經(jīng)一南路上市政預(yù)留接口管徑DN500，接口管底標(biāo)高40.84 m；京良路上預(yù)留市政管徑DN600，接口管底標(biāo)高40.52 m；緯五路上市政預(yù)留接口管徑DN1 000，接口管底標(biāo)高40.65 m。

3雨水控制與利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

按照上述條件，本項(xiàng)目應(yīng)采取措施防止行洪期市政雨水倒灌：①提高與市政道路銜接處的地面高程，防止雨水地面徑流沿出入口進(jìn)入；②在場(chǎng)地標(biāo)高低于市政路面的其他區(qū)域周邊設(shè)密實(shí)圍擋，防止周邊雨水進(jìn)入。③凡是低于行洪標(biāo)高區(qū)域的雨水均先進(jìn)入雨水調(diào)蓄池，并采用泵提升方式排至市政管線，防止雨水倒灌。④雨水提升+調(diào)蓄設(shè)施總的雨水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按50年重現(xiàn)期雨水流量設(shè)計(jì)。

3.1設(shè)計(jì)依據(jù)

依據(jù)《新建建設(shè)工程雨水控制與利用技術(shù)要點(diǎn)（暫行）》的通知1316號(hào)文執(zhí)行。

3.2雨水專項(xiàng)規(guī)劃指標(biāo)

建設(shè)用地面積40 256 m²，按1316號(hào)文應(yīng)滿足“每萬(wàn)平米硬化面積應(yīng)配建不小于500 m³的雨水調(diào)蓄設(shè)施；凡涉及綠地率指標(biāo)要求的建設(shè)工程，綠地中至少應(yīng)有50%作為用于滯留雨水的下凹式綠地；公共停車場(chǎng)、人行道、步行街、自行車道和建設(shè)工程的外部庭院的透水鋪裝率不小于70%”規(guī)定，同時(shí)結(jié)合工程具體情況雨水控制與利用規(guī)劃參數(shù)見表2。

3.3.2設(shè)計(jì)重現(xiàn)期及徑流系數(shù)。

根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014-2006，2014年版）3.2.4B條要求，考慮本項(xiàng)目地勢(shì)低于周邊市政道路標(biāo)高的現(xiàn)狀，場(chǎng)地內(nèi)的雨水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期按照10年一遇考慮，雨水加壓提升泵的設(shè)計(jì)流量按照10年重現(xiàn)期雨量設(shè)計(jì)，雨水調(diào)蓄水池、雨水提升泵及其他蓄水空間總的調(diào)蓄能力可以滿足50年重現(xiàn)期24 h的降雨量。徑流系數(shù)計(jì)算結(jié)果見表1。

3.4調(diào)蓄系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于場(chǎng)地位于泄洪道內(nèi)，該項(xiàng)目進(jìn)行了專項(xiàng)的洪水影響評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)報(bào)告結(jié)論，園區(qū)各個(gè)出入口均低于洪水位45.01 m，應(yīng)加強(qiáng)排出洪澇水的措施，因此整個(gè)場(chǎng)地防洪調(diào)蓄空間按照可以容納50年重現(xiàn)期24 h降雨量考慮，雨水收集排放系統(tǒng)按照10年重現(xiàn)期設(shè)計(jì)流量進(jìn)行設(shè)計(jì)；北側(cè)及西側(cè)9 700 m²區(qū)域的場(chǎng)地標(biāo)高高于市政路面，雨水重力流排至市政管網(wǎng)；東側(cè)及南側(cè)其余區(qū)域的雨水均匯集至操場(chǎng)內(nèi)外環(huán)溝，再通過(guò)東南、西南、東北、西北4個(gè)排出口位置排入調(diào)蓄池。雨水調(diào)蓄池總的容積為2 000 m³，雨水提升泵的排水能力滿足10年重現(xiàn)期的雨水排放要求，雨水調(diào)蓄池位置見圖2。

3.4.1雨水泵站及其他設(shè)施系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于建筑首層±0.00 m標(biāo)高及進(jìn)出口的高程均低于項(xiàng)目所在地的洪水位設(shè)計(jì)標(biāo)高，所以設(shè)計(jì)過(guò)程中首先需要考慮排出洪澇水的要求，同時(shí)項(xiàng)目周邊市政管線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)通常為1~2年，處于區(qū)域市政管線下游，當(dāng)市政管網(wǎng)為滿管壓力流時(shí)，有可能通過(guò)小市政雨水管線倒灌進(jìn)地塊內(nèi)，因此應(yīng)加強(qiáng)場(chǎng)地內(nèi)的雨水排放措施，場(chǎng)地內(nèi)的雨水均通過(guò)加壓提升排放。

3.4.1.1 1#雨水泵站設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)流量。雨水提升泵設(shè)計(jì)流量按照10年重現(xiàn)期雨水流量設(shè)置2臺(tái)Q₂=720 m³/h,H=15m防洪泵，1用1備。

綠化帶內(nèi)設(shè)置800 m³的雨水收集池，籃球場(chǎng)西側(cè)設(shè)置一個(gè)300 m²的雨水池，滿足1 004 m³的儲(chǔ)存空間，遇10年一遇強(qiáng)度的降雨時(shí)，保證地面不積水。

校核計(jì)算：按照北京市10年一遇120 min降雨厚度828 mm考慮，核算水池容積W=10 φhF=10×0.41×82.8×1.63=634.8(m³)<實(shí)際設(shè)計(jì)水池容積1 100 m³設(shè)計(jì)安全。

（2）調(diào)蓄池的土建設(shè)計(jì)及主要設(shè)備布置。1#雨水蓄水池在設(shè)計(jì)過(guò)程中兼顧了防洪調(diào)蓄功能與雨水回收利用功能，雨水提升泵站與雨水回用處理機(jī)房合建，雨水提升泵干式安裝，由于1#雨水泵站位于宿舍樓地下一層，室內(nèi)地面標(biāo)高低于室外地坪標(biāo)高，為了避免停電狀況下宿舍樓地下室被淹，雨水蓄水池圍護(hù)結(jié)構(gòu)與泵房主體結(jié)構(gòu)完全分隔，雨水蓄水池的檢修人孔位于室外綠化帶內(nèi)；調(diào)蓄池有效容積800 m³，尺寸15.4 m（長(zhǎng)）×14.0 m（寬）×5.7 m（深），池頂覆土650 mm，平面布置見圖3。

（3）雨水排放流程及啟停泵的控制要求。由于1#雨水提升泵站結(jié)合了整個(gè)園區(qū)的雨水回用處理系統(tǒng)，因此在滿足場(chǎng)地防洪要求的同時(shí)應(yīng)最大限度地提高雨水的回收利用率，其雨水的排放流程不同于2#、3#泵站。如圖3所示，在雨水蓄水池前端增加了初期棄流控制器及雨水分配井，初期棄流控制器前端增加水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀，根據(jù)來(lái)水的水質(zhì)啟閉棄流控制器；同時(shí)設(shè)置旁通管，滿足在強(qiáng)降雨情況下，雨水不經(jīng)過(guò)棄流控制器直接進(jìn)入雨水調(diào)蓄池，提升排放，保證場(chǎng)地的安全。

3.4.1.2 2#及3#雨水調(diào)蓄池設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)流量。北區(qū)的調(diào)蓄泵站雨水提升泵的設(shè)計(jì)流量按照10年重現(xiàn)期雨水流量設(shè)計(jì)，池內(nèi)設(shè)置2臺(tái)Q2=700 m³/h,H=15.0m潛水提升泵，1用1備。調(diào)蓄池容積V=1 240 m³。

操場(chǎng)北側(cè)綠化帶內(nèi)設(shè)置900 m³的雨水收集池，室外排水溝的調(diào)蓄容積120 m³，遇10年一遇強(qiáng)度的降雨時(shí)，允許操場(chǎng)內(nèi)少量積水，按操場(chǎng)平均積水20 mm計(jì)算，則可有320 m³的調(diào)蓄空間，滿足1240 m³的調(diào)蓄容積。

校核計(jì)算：按照北京市10年一遇120 min降雨厚度82.8 mm核算水池容積W=10×0.39×82.8×1.93=694.3(m³)<實(shí)際水池容積900 m³。

因此遇到10年一遇降雨時(shí)，2 h內(nèi)雨水泵可以不需啟動(dòng)，保證地面不積水；同時(shí)當(dāng)50年一遇降雨時(shí)，操場(chǎng)的積水厚度小于150 mm室內(nèi)外高差，設(shè)計(jì)安全。

（2）調(diào)蓄池的土建設(shè)計(jì)及主要設(shè)備布置。北區(qū)及籃球場(chǎng)區(qū)域的雨水排放根據(jù)建筑專業(yè)及景觀專業(yè)的要求，同時(shí)考慮施工難度及工程造價(jià)等因素，采用地下式提升泵站，其中2#泵站負(fù)責(zé)北區(qū)排水，3#泵站負(fù)責(zé)籃球場(chǎng)區(qū)域排水；以2#泵站為例，調(diào)蓄池有效容積900 m³，尺寸27.5 m（長(zhǎng)）×13.0 m（寬）×4.25 m（深），池頂覆土650 mm，平面布置見圖4。

（3）啟停泵的控制要求。2#雨水蓄水池主要收集操場(chǎng)及部分教學(xué)樓屋面雨水，進(jìn)水管管底標(biāo)高42.10 m。啟泵液位41.70 m，雨水蓄水池達(dá)到啟泵水位時(shí)提升泵啟動(dòng)，壓力排至市政管網(wǎng)。另外水池均設(shè)置人工控制方式，如一次降雨量較小時(shí)，可根據(jù)預(yù)報(bào)的下一場(chǎng)雨的降雨強(qiáng)度和降雨時(shí)間人工控制水池的排空；還可根據(jù)雨水的蓄水時(shí)間定期對(duì)水池進(jìn)行清空，避免水質(zhì)惡化。

（4）3#雨水調(diào)蓄池有效容積300 m³，尺寸15.0 m（長(zhǎng)）×10.0 m（寬）×3.0 m（深），池頂覆土500 mm，池內(nèi)設(shè)置3臺(tái)Q=200 m³/h,H=15 m潛水提升泵，2用1備，根據(jù)水池的水位調(diào)整開啟水泵的臺(tái)數(shù)；其余設(shè)計(jì)均與2#調(diào)蓄池類似。

3.4.2場(chǎng)地豎向控制措施

由于降雨的突發(fā)性及不均勻性，再加上目前園區(qū)±0.00 m及場(chǎng)地標(biāo)高均低于市政道路，無(wú)法估計(jì)客水流量，因此校區(qū)內(nèi)排水管網(wǎng)及雨洪控制和利用措施無(wú)法考慮客水進(jìn)入校區(qū)的情況，需要總圖豎向在設(shè)計(jì)過(guò)程中嚴(yán)格控制校區(qū)和建筑出入口的高程。

3.4.2.1 防止客水進(jìn)入園區(qū)的措施

（1）由于籃球場(chǎng)為整個(gè)園區(qū)的最低點(diǎn)，南側(cè)緯五路靠近籃球場(chǎng)一側(cè)的擋墻需要高出市政道路500~1 000 mm，滿足市政路面雨水不進(jìn)入籃球場(chǎng)區(qū)域要求。并在各個(gè)園區(qū)入口處設(shè)置地形高差以保證入口處標(biāo)高高于市政道路中心線。

(2) 園區(qū)西側(cè)部分區(qū)域場(chǎng)地標(biāo)略高于市政道路0.1 m，由于高差較小，且西側(cè)有汽車坡道出入口直接連至室內(nèi)，為避免市政雨水倒灌入園區(qū)，在雨水管道下游接市政雨水管時(shí)，在檢查井內(nèi)設(shè)置鴨嘴閥。

(3)由于場(chǎng)地雨水排放口均低于市政雨水排放口，所有園區(qū)內(nèi)重力流管線不與市政管線直接連通，在加壓提升排出管線末端設(shè)置泄壓井，泄壓井井面標(biāo)高高于市政道路中心線標(biāo)高0.3 m，保證在市政滿管流接納能力有限時(shí)，園區(qū)內(nèi)雨水可以通過(guò)加壓方式通過(guò)市政雨水口排至市政路面。

3.4.2.2防止低洼處雨水進(jìn)入室內(nèi)的措施

（1）由于室內(nèi)±0.00 m比室外操場(chǎng)地面低1.00 m，各個(gè)建筑出入口與操場(chǎng)連接處設(shè)置室內(nèi)外高差不低于150 mm，并在各建筑入口處設(shè)置截水溝，加壓提升排水。

（2）宿舍樓北側(cè)靠近操場(chǎng)一側(cè)區(qū)域及學(xué)生餐廳靠近籃球場(chǎng)一側(cè)均位于排水區(qū)域的低點(diǎn)，且外墻均為玻璃隔斷，無(wú)法實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外150 mm的高差，在靠近玻璃外墻處設(shè)置線性排水溝，末端設(shè)置室外小型集水井，排水溝的雨水加壓提升至園區(qū)內(nèi)雨水檢查井。

（3）各個(gè)排水區(qū)域之間通過(guò)設(shè)置路牙、路緣石等措施進(jìn)行分隔，防止所有排水區(qū)域的地面徑流均匯集至場(chǎng)地最低點(diǎn)，增大最低點(diǎn)的排水隱患。

4雨水收集利用設(shè)計(jì)

4.1雨水收集利用方式

場(chǎng)地內(nèi)雨水收集利用方式分為間接利用和直接利用。間接利用方式主要包括將教學(xué)樓、宿舍樓、下沉竹園及操場(chǎng)周邊的綠地建成植被淺溝、雨水花園、下凹式綠地等；教學(xué)區(qū)室外人行道采用透水作法減少外排雨水并入滲至地下蓄存，室外道路、場(chǎng)地標(biāo)高高于綠地高度，便于周邊雨水匯入，減少綠地灌溉用水，多余雨水排入雨水管網(wǎng)。直接利用方式包括在操場(chǎng)南北區(qū)及籃球場(chǎng)區(qū)域綠地內(nèi)設(shè)置雨水收集池，將操場(chǎng)及籃球場(chǎng)區(qū)域的地面雨水收集后，經(jīng)過(guò)濾消毒處理后，將雨水用于綠地灌溉及道路澆灑，達(dá)到直接利用雨水的目的。雨水處理設(shè)施根據(jù)每日灌溉量進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。

4.2雨水處理工藝

雨水處理工藝采用混凝-過(guò)濾-消毒工藝，具體工藝流程見圖5。

4.3雨水收集利用控制方式

降雨初期，初期棄流后的雨水通過(guò)旁通管匯集至棄流井，提升排至市政雨水管，當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)符合回用水質(zhì)要求時(shí)，通過(guò)棄流控制器進(jìn)入調(diào)蓄水池，隨著雨量的增大，當(dāng)棄流控制器無(wú)法接納全部的流量時(shí)，或者棄流控制器於堵時(shí)，大部分雨水仍然能通過(guò)旁通管進(jìn)入調(diào)蓄水池，避免地面積水。棄流井內(nèi)設(shè)置2臺(tái)雨水提升泵，雨水泵信號(hào)應(yīng)與棄流控制器信號(hào)聯(lián)動(dòng)，棄流控制器打開時(shí)，棄流提升泵停泵，棄流控制器關(guān)閉時(shí)，若水位達(dá)到啟泵水位，提升泵啟動(dòng)。

雨水分配井兩端進(jìn)水管底標(biāo)高42.10 m，雨水棄流井尺寸3.0 m（長(zhǎng)）×2.0 m（寬）×2.5 m（深），進(jìn)水管管底標(biāo)高41.90 m，內(nèi)置2臺(tái)Q=15 m³/h,H=7 m 棄流雨水提升泵，1用1備；棄流提升井布置見圖6。

5結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目按1316號(hào)文設(shè)計(jì)，其透水鋪裝及下凹式綠地等要求均與現(xiàn)行地標(biāo)《雨水控制與利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》相同，理論上可將全年降雨收集回用，在防洪安全的前題下，提高了雨水回收利用效果。

該項(xiàng)目雨水收集利用系統(tǒng)已于2014年初正式投入使用，在今年雨季期間，6月1號(hào)降雨過(guò)程中，宿舍樓室內(nèi)入口處出現(xiàn)了雨水倒灌現(xiàn)象，經(jīng)核查是由于園區(qū)內(nèi)末端的雨水管線與市政管線直接連通，市政雨水倒灌進(jìn)園區(qū)內(nèi)所致。分析原因6月1日的降雨量?jī)H為35.5 mm，設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為3年，在項(xiàng)目周邊市政管線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)通常為2年以下，由于本項(xiàng)目處于整個(gè)大區(qū)的泄洪區(qū)管線下游，在6月1號(hào)降雨強(qiáng)度并不大情況下，實(shí)地查看市政雨水管為滿流狀態(tài)，市政接口井出現(xiàn)了溢水，宿舍樓入口處標(biāo)高低于市政路面1.64 m，在園區(qū)雨水管線與市政雨水管線直接連通情況下，入口處雨水檢查井井蓋出現(xiàn)返冒，導(dǎo)致雨水進(jìn)入室內(nèi)。通過(guò)本次案例再次提醒我們?cè)谑彝鈭?chǎng)地的雨水排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，高水高排，低水低排，防止高區(qū)雨水倒灌的重要性。

本文刊登于2014年12期90頁(yè)。

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