蘭州市雨水資源化利用技術(shù)研究與工程實(shí)踐＊

陳延軍 ,胡永權(quán) ,羅天祥 ,增 茂 ,陳德琪 ,賈 恒

（1.甘肅省建材科研設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730020；2.甘肅省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)試驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730020)

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷發(fā)展，城市的大量路面使用普通路面磚鋪裝，大多場(chǎng)地被混凝土、大理石等材料硬化，許多城市在雨季時(shí)由于持續(xù)性的降雨天氣，地面硬化材料無(wú)法及時(shí)將積水排出，頻繁出現(xiàn)城市內(nèi)澇現(xiàn)象，由此造成城市道路交通不暢、地下管網(wǎng)堵塞，對(duì)人們的生活出行造成了嚴(yán)重影響。降雨后大量雨水蒸發(fā)，未對(duì)其進(jìn)行有效收集利用，會(huì)加劇城市熱島效應(yīng)等[1-3]，同時(shí)造成水資源浪費(fèi)。

蘭州市雖有黃河穿城而過(guò)，但水面較窄，水流速度快，致使河面上空水汽蒸發(fā)量少，區(qū)域氣候表現(xiàn)為干燥少雨。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，蘭州年均降雨量為311.7mm，年均最大月降水量73.8mm(8 月)[4]，年降水量處在較低水平。而在降雨情況下，雨水通常是經(jīng)市政雨水管網(wǎng)排出，但遇暴雨時(shí)老舊排水管網(wǎng)排水不暢，造成城市內(nèi)道路被淹，且雨水徑流直入黃河，也會(huì)造成黃河水體的污染，這一現(xiàn)象近幾年表現(xiàn)尤甚。同時(shí)，經(jīng)調(diào)查近年來(lái)蘭州市一些城區(qū)綠地，如公共區(qū)域綠地、小區(qū)綠地及單位庭院綠地等，灌溉用水主要為自來(lái)水和黃河水，且這些綠地都未進(jìn)行雨水收集和利用，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。隨著蘭州市城市規(guī)模的擴(kuò)大，城市綠化面積的迅速擴(kuò)展，綠化用水成本在不斷增加，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，有效收集利用雨水，將其作為綠化灌溉用水是切實(shí)解決雨水資源浪費(fèi)的一個(gè)重要途徑。

針對(duì)目前蘭州市海綿城市建設(shè)與運(yùn)行研究的滯后現(xiàn)狀，有必要通過(guò)加強(qiáng)對(duì)蘭州市雨水資源利用技術(shù)研究與工程實(shí)踐，以期提高該地區(qū)雨水資源的再利用率?，F(xiàn)以我公司公共區(qū)域?yàn)槔?，利用自主研發(fā)的生態(tài)透水磚[5]和防滲透氣砂[6，7]為主要材料，通過(guò)工程案例，介紹了一種雨水資源利用施工技術(shù)，為蘭州地區(qū)甚至西北干旱半干旱地區(qū)的雨水收集利用提供借鑒與參考。

1 工程設(shè)計(jì)與施工

1.1 工程簡(jiǎn)介

該工程于2019 年9 月建成，位于我公司辦公樓前公共區(qū)域，工程總面積約120m2，如圖1 所示，主要收集來(lái)自辦公樓屋面雨水與地面雨水的收集。地面鋪裝設(shè)計(jì)為人行路面，由紅色、黃色、灰色三種顏色的彩色透水磚組成一種拼裝圖案，與辦公樓及周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，體現(xiàn)集生態(tài)、環(huán)保、美觀與一體的理念。

1.2 主要材料質(zhì)量要求

1.2.1 生態(tài)透水磚

透水磚的質(zhì)量按 《透水路面磚和透水路面板》（GB/T 25993-2010）[8]的要求進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)定：

（1）抗折強(qiáng)度等級(jí)：Rf4.0；

（2）透水系數(shù)：≥2.0×10-2cm/s；

（3）耐磨性：磨坑長(zhǎng)度≤35；

（4）防滑性：BPN≥60；

（5）抗凍性：30 次凍融循環(huán)，質(zhì)量損失率≤5%，強(qiáng)度損失率≤20%。

1.2.2 防滲透氣砂

防滲透氣砂具有良好的防滲透氣、抗酸堿侵蝕性能，耐久性好，且具有局部自修復(fù)功能，能夠適應(yīng)土基動(dòng)態(tài)變化，提高結(jié)構(gòu)安全性。其密度為1400～1500g/cm3；防滲高度≥1m，可滿足工程地基防滲設(shè)計(jì)要求。

1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程透水性鋪裝路面為非承載性路面，基于《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 188-2012）[9]和《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50400-2016），根據(jù)本地情況考慮1～2h 降雨不產(chǎn)生徑流，即僅考慮各層水分垂向入滲的情況，對(duì)工程的透水、集水、容水和排水功能設(shè)計(jì)。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為集水型[10]，將透水性鋪裝路面與雨水凈化技術(shù)相結(jié)合，采取對(duì)集水末端增加設(shè)置沉淀池、過(guò)濾裝置[11]、清水蓄水池，實(shí)現(xiàn)雨水的進(jìn)一步凈化、儲(chǔ)存，處理后的雨水經(jīng)泵送用來(lái)綠化灌溉等，達(dá)到雨水循環(huán)利用的目的。工程分為透水磚鋪裝和雨水收集處理兩部分。由于在透水性鋪裝路面雨水收集系統(tǒng)中，一般使用防滲層找坡，使雨水流向儲(chǔ)水池，如圖1 所示。透水鋪裝系統(tǒng)斷面結(jié)構(gòu)如圖2 所示，從上到下依次為：65mm 厚彩色透水磚；20mm 厚灰砂找平層；200mm 厚級(jí)配碎石；30mm 厚的灰砂透水基層；土工布保護(hù)層；20mm 厚防滲透氣砂防水層；20mm 厚細(xì)石混凝土墊層；3:7 灰土土基。通過(guò)上述透水磚面層、透水混凝土結(jié)構(gòu)層和透水基層實(shí)現(xiàn)“滲”、“滯”，利用蓄水池和雨水凈化模塊等（如圖3 所示）實(shí)現(xiàn)“蓄”“凈”“用”，形成一個(gè)完整的雨水資源化利用系統(tǒng)。

圖1 工程平面示意圖

圖2 透水磚鋪裝結(jié)構(gòu)斷面圖

圖3 雨水收集凈化系統(tǒng)平面圖

2 施工要點(diǎn)

2.1 透水磚鋪裝

1）土方開(kāi)挖與換填。采用小型挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖，局部需要人工平整；土基處理時(shí)采用3:7 灰土，分層攤鋪，分層夯實(shí)。蘭州市屬于嚴(yán)寒寒冷地區(qū)，土基應(yīng)低于凍結(jié)線，以減輕凍脹危害。

2）外墻防水。在外墻結(jié)合處鋪設(shè)防水卷材，阻止部分雨水沿墻壁向下入滲而破壞辦公樓地基或周邊路基。

3）墊層。采用細(xì)石混凝土作墊層，主要目的是為防水層找平，且通過(guò)增加結(jié)構(gòu)層厚度，提高土基穩(wěn)定性。

4）防水層。采用防滲透氣砂作為防水層材料，避免雨水對(duì)土基浸透破壞，同時(shí)由于透水磚路面下滲水部位高程在城市公用道路上方，還可避免滲下的水流破壞其他土基[10]。施工時(shí)采用劃分網(wǎng)格方法攤鋪，以控制表面平整度、鋪設(shè)厚度和壓實(shí)度等符合要求。

5）保護(hù)層。在透水底層和防水層之間增加防穿刺土工布，起到隔離防護(hù)的作用，保證在施工時(shí)避免上層砂石跌落混雜而破壞透氣砂層，又能防止透氣砂層隨雨水流失。

6）透水層。采用粒徑為5～31.5mm 的連續(xù)級(jí)配碎石，厚度根據(jù)本地降雨量進(jìn)行的容水設(shè)計(jì)來(lái)確定。

7）找平層。采用水泥與單一粒徑的中砂拌合而成干硬性水泥砂漿，膠砂比控制在1：5，硬化后應(yīng)有不低于透水磚的透水能力。

8）面層。由于透水磚表面不夠細(xì)膩，規(guī)格太小會(huì)影響整體鋪裝的美觀度，這里選擇尺寸為400mm×200cm×60mm 的磚進(jìn)行鋪裝。施工時(shí)采用錯(cuò)縫鋪裝，避免形成貫通縫，鋪裝時(shí)磚之間空隙須統(tǒng)一留在排水暗溝一側(cè)，然后采用切割磚填平。透水磚鋪設(shè)過(guò)程中，一定要采取相應(yīng)措施防護(hù)已鋪設(shè)完成的路面，避免砂漿、水泥等物跌落至磚表面，造成其透水性能的下降甚至破壞。

9）排水暗渠。渠底與透水鋪裝系統(tǒng)的不透水基層平齊，坡度宜取1.5%～2.0%，渠上方仍鋪設(shè)同規(guī)格的透水磚。

10）養(yǎng)護(hù)、填縫?；鶎硬扇∷芰媳∧じ采w其表面，灑水養(yǎng)護(hù)至少7d，如遇高溫天氣，灑水頻次相應(yīng)增加。填縫時(shí)采用中砂，不得用干拌砂漿填縫。鋪設(shè)完畢后的工程實(shí)景如圖4 所示。

圖4 工程實(shí)景

2.2 雨水收集與處理

1）設(shè)置沉淀池和儲(chǔ)存池。沉淀池的作用是使流進(jìn)池內(nèi)的微小顆粒物質(zhì)沉淀，減少雨水凈化裝置的堵塞；儲(chǔ)存池的作用是儲(chǔ)存經(jīng)過(guò)濾凈化后的雨水，當(dāng)容水量超限時(shí)，考慮選擇用液位控制水泵輔助排水。施工時(shí)池底均采用厚度為150mm 的混凝土澆筑，池壁用磚砌筑，用水性防水涂料或防水卷材做防滲處理，用防滲透氣砂砂漿進(jìn)行抹面。為便于觀察，井蓋采用鋼化玻璃材質(zhì)。

2）設(shè)置過(guò)濾凈化裝置。根據(jù)多孔材料物理凈水機(jī)理，利用自主研發(fā)的過(guò)濾凈化裝置安裝在沉淀池與儲(chǔ)存池之間，對(duì)雨水進(jìn)一步凈化，其主要部件如圖5 所示，在濾芯內(nèi)部還可以填充活性炭等吸附材料。

圖5 濾芯

3 應(yīng)用效果

工程自投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行效果良好。經(jīng)處理后的雨水經(jīng)采樣檢測(cè)，雨水濁度（NTU）＜10，pH(電極法)＜7.5，溶解性總固體值（TDS）＜800mg/L，溶解氧（膜電極法）＞2.0mg/L，主要指標(biāo)達(dá)到《城市污水再生利用——城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920-2002）[12]中的規(guī)定要求，可回用于庭院綠化灌溉、道路清洗、車輛沖洗等，均不需要額外使用自來(lái)水，每年可節(jié)省一定量的水費(fèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

該工程創(chuàng)新性地運(yùn)用自主研發(fā)的生態(tài)透水磚、新型防滲材料和雨水過(guò)濾凈化裝置，集合各自功能形成一項(xiàng)雨水資源化利用成套技術(shù)，既能夠收集儲(chǔ)存雨水，防止城市內(nèi)澇，又能夠凈化雨水，不污染當(dāng)?shù)厮h(huán)境，能夠更好地服務(wù)海綿城市建設(shè)。因此，該工程的實(shí)踐，符合城市發(fā)展需要，具有良好的生態(tài)效益和社會(huì)效益。