室外雨水回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)與海綿城市建設(shè)研究

摘 要：為深入探討室外雨水回收系統(tǒng)與海綿城市建設(shè)的緊密關(guān)聯(lián)，提高城市水資源的可持續(xù)利用、減少洪澇風(fēng)險(xiǎn)、改善城市環(huán)境質(zhì)量。本文以南京市某辦公園區(qū)為例，圍繞雨水回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)、海綿城市建筑設(shè)計(jì)、水資源可持續(xù)性、環(huán)境影響評(píng)估等進(jìn)行深入研究和實(shí)踐，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境以及社會(huì)角度論述了雨水回收系統(tǒng)和海綿設(shè)施在建筑中的使用效益，并提出了具有實(shí)用性的方案，指出了未來(lái)海綿城市的發(fā)展方向，以此推動(dòng)城市可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保建設(shè)。

關(guān)鍵詞：雨水回收利用；海綿城市；建筑設(shè)計(jì)；城市內(nèi)澇

1 前言

在傳統(tǒng)城市給排水框架下，雨水常被視為無(wú)用的廢水，迅速導(dǎo)向排水系統(tǒng)，此舉不僅揮霍了寶貴的雨水資源，還加劇了城市洪澇。相較之下，海綿城市理念引領(lǐng)了一場(chǎng)雨水管理的革新。它通過(guò)構(gòu)建雨水花園、綠色屋頂、生態(tài)濕地公園等多元化設(shè)施，智慧地捕捉并儲(chǔ)存雨水，不僅削減了雨水地表徑流，有效減輕了城市防洪壓力，還賦予城市以綠色生態(tài)的新風(fēng)貌，營(yíng)造出宜人的居住環(huán)境。海綿城市戰(zhàn)略深刻關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，通過(guò)大幅增加綠化面積、精心打造濕地與生態(tài)水系，不僅顯著改善了城市空氣質(zhì)量，調(diào)節(jié)了微氣候，使城市更加涼爽宜人，還極大地豐富了自然景觀層次，為生物多樣性開辟了更廣闊的生存空間。這一系列綜合性的生態(tài)舉措，不僅提升了居民的生活品質(zhì)，更為城市的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[1]。

文中以南京市一個(gè)辦公園區(qū)為例，制定一個(gè)雨水收集方案，旨在幫助該地區(qū)應(yīng)對(duì)城市內(nèi)澇的問(wèn)題。本文使用先進(jìn)的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，包括優(yōu)化水質(zhì)、加強(qiáng)水資源的收集與使用，以實(shí)現(xiàn)節(jié)水減排，促進(jìn)南京城市建設(shè)的綠色發(fā)展。

2項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目坐落于南京市江北新區(qū)，集高層辦公建筑群與綜合園區(qū)規(guī)劃于一體。其主體部分構(gòu)建了一個(gè)現(xiàn)代化的辦公園區(qū)環(huán)境，地下空間配備了完備的停車場(chǎng)區(qū)域及必要的設(shè)備用房。該項(xiàng)目所占土地依據(jù)規(guī)劃被界定為公共設(shè)施用地，整個(gè)區(qū)域的占地面積約73358.06m2，建筑總面積約307330.20m2。本項(xiàng)目的規(guī)劃容積率設(shè)定為2.47，密度達(dá)到26.43%。此外，項(xiàng)目特別注重生態(tài)環(huán)境建設(shè)，綠化率高達(dá)30.02%。

3室外雨水回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1雨水利用設(shè)計(jì)方案

本辦公園區(qū)項(xiàng)目創(chuàng)新性地實(shí)施了下凹綠地系統(tǒng)，以替代原有的污染物處理機(jī)制，顯著降低了初期建設(shè)及運(yùn)營(yíng)成本。在源頭削減屋頂雨水中的污染物含量，通過(guò)將綠地構(gòu)造為下凹形態(tài)，巧妙利用自然重力原理構(gòu)建內(nèi)部排水體系，直接引導(dǎo)雨水高效排出，實(shí)現(xiàn)了污染物的初步凈化與有效控制，進(jìn)一步促進(jìn)了環(huán)境友好型園區(qū)的構(gòu)建，減輕了對(duì)自然地表的不良影響[2]。

針對(duì)下沉式廣場(chǎng)與汽車坡道區(qū)域的雨水管理，項(xiàng)目采取了綜合策略，包括構(gòu)建明渠、暗渠與集水設(shè)施相結(jié)合的排水網(wǎng)絡(luò)，并強(qiáng)化排水泵站的效能與穩(wěn)定性，確保在雨水高峰時(shí)段也能迅速、有效地將積水排出園區(qū)，有效預(yù)防了水浸風(fēng)險(xiǎn)，保障了園區(qū)的安全與順暢運(yùn)行。為了提升室內(nèi)空間的美感，在“海綿體”規(guī)范的基礎(chǔ)上，大力推行綠色屋頂、滲水路面、深埋式綠化、植物隔離帶和生態(tài)保護(hù)系統(tǒng)，這些都有助于優(yōu)化辦公場(chǎng)所的空間布局，并且保護(hù)和維護(hù)地下水資源[3]。

3.2校核園區(qū)調(diào)蓄能力

3.2.1綜合雨量徑流系數(shù)

按照《南京市海綿城市規(guī)劃建設(shè)指南》的要求，本項(xiàng)目的雨水匯集面積及其相關(guān)的徑流量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

通過(guò)系統(tǒng)性地分析多樣化的地表覆蓋材料，采用了加權(quán)平均的科學(xué)方法，得出了該場(chǎng)地綜合徑流系數(shù)[4]的精確數(shù)值，即0.477。

3.2.2園區(qū)儲(chǔ)蓄的降雨控制量

經(jīng)過(guò)詳盡的數(shù)據(jù)匯總，南京市長(zhǎng)期以來(lái)的平均年降水量穩(wěn)定在約1062.4毫米的水平。參考《南京市海綿城市規(guī)劃建設(shè)指南》中的指導(dǎo)原則[2]，當(dāng)區(qū)域年徑流總量得到有效控制，達(dá)到80%的閾值時(shí)，相應(yīng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)降水量約為31.1毫米。

針對(duì)本項(xiàng)目具體場(chǎng)地，其設(shè)計(jì)降雨控制量的確定依據(jù)以下邏輯推導(dǎo)：

V=×73358.06m2=2281.4m3

基于場(chǎng)地綜合徑流系數(shù)0.477的計(jì)算結(jié)果，推導(dǎo)出場(chǎng)地自然入滲所能實(shí)現(xiàn)的徑流控制率為52.3%，進(jìn)而確定了直接由場(chǎng)地特性實(shí)現(xiàn)的降雨控制量V1=22814×0.523=1193.2m3。

為彌補(bǔ)上述自然控制手段的不足，進(jìn)一步計(jì)算了需通過(guò)額外措施達(dá)成的剩余降雨控制量V2=V-V1=1088.2m3。

由于本項(xiàng)目已規(guī)劃有面積為4600平方米的下凹式綠地，這些綠地較路面低0.13米，具備顯著的雨水滯留與滲透能力。通過(guò)專項(xiàng)計(jì)算，評(píng)估了下凹式綠地對(duì)雨水的實(shí)際控制量4600×0.13=598m3。

綜合上述所有考量因素，本園區(qū)的總降雨控制量計(jì)算為1791.2立方米，這一數(shù)值全面反映了項(xiàng)目在雨水管理方面的綜合效能。

3.2.3雨水收集池容積計(jì)算

在實(shí)施“海綿體”技術(shù)的過(guò)程中，識(shí)別到當(dāng)前測(cè)算的平均雨水控制能力尚未充分滿足海綿城市戰(zhàn)略規(guī)劃的既定標(biāo)準(zhǔn)。因此，本項(xiàng)目擬增設(shè)一座雨水蓄水池，其容積規(guī)劃為500立方米，以此強(qiáng)化雨水管理效能。

V設(shè)計(jì)=1791.2+500=2291.2（m3）＞V=2281.4（m3）

經(jīng)細(xì)致分析，該500立方米蓄水池的部署預(yù)計(jì)能顯著促進(jìn)規(guī)劃雨水控制目標(biāo)的達(dá)成，確保項(xiàng)目符合海綿城市建設(shè)的整體要求。

3.3雨水回收利用處理工藝設(shè)計(jì)

收集到的暴雨首先經(jīng)過(guò)電動(dòng)初雨分流與過(guò)濾裝置，該裝置專門用于攔截暴雨初期攜帶大量污染物的徑流，其截留厚度依據(jù)實(shí)時(shí)暴雨水質(zhì)靈活調(diào)整。初期暴雨，因富含污染物且總量相對(duì)較少，會(huì)被引導(dǎo)至專門的排污管道，最終匯入城市污水系統(tǒng)。隨著降雨量的增加，水位逐漸上升，一旦達(dá)到預(yù)設(shè)的安全閾值，初雨分流停止，后續(xù)較為清潔的雨水則通過(guò)雨水管道直接導(dǎo)入雨水收集池中。若降雨持續(xù)增強(qiáng)，水位繼續(xù)攀升，此時(shí)上層相對(duì)清澈的雨水將通過(guò)溢流系統(tǒng)直接排入外部雨水排水網(wǎng)絡(luò)，以減輕系統(tǒng)壓力。隨后，雨水收集池內(nèi)的積水將被雨水提升泵抽取至雨水處理單元，經(jīng)過(guò)一系列凈化處理后，清水自然流入蓄水池中儲(chǔ)存。最終，回用水泵將蓄水池中的處理水增壓，并通過(guò)紫外線消毒裝置徹底殺菌，確保水質(zhì)安全后，再輸送至回用水管網(wǎng)，供后續(xù)循環(huán)使用[5]。

4海綿城市建筑設(shè)計(jì)

4.1綠色屋面設(shè)計(jì)

所有建筑物的頂端均融入了綠色屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)理念，此舉不僅顯著擴(kuò)增了綠化空間，還極大地增強(qiáng)了屋頂對(duì)雨水的管理與調(diào)節(jié)功能。在植被層，精心挑選了如冷水花、馬尼拉草等低矮型綠化植物，其生長(zhǎng)高度嚴(yán)格控制在50厘米以下，旨在減輕屋頂承重壓力，同時(shí)營(yíng)造和諧的生態(tài)景觀。至于過(guò)濾層，則創(chuàng)新性地采用了高效土工布材料，該層不僅能夠有效保持植被與土壤所需的水分，還具備出色的雨水凈化能力，確保了滲透過(guò)程中的水質(zhì)安全。這一設(shè)計(jì)，既體現(xiàn)了環(huán)保理念，又兼顧了實(shí)用性與美觀性。

4.2綠地景觀設(shè)計(jì)

在綠色景觀規(guī)劃布局中，雨水花園、植草溝及滲水樹池成為核心要素，它們巧妙地利用了每一寸可用空間，實(shí)現(xiàn)了高效的綠化布局。雨水花園的構(gòu)造尤為精細(xì)，其上覆蓋有一層精心設(shè)計(jì)的50毫米蓄水層，這一設(shè)計(jì)顯著提升了雨水的收集效率。種植土中巧妙摻入了20%比例的細(xì)沙，形成了約30%孔隙率的土壤結(jié)構(gòu)，極大地促進(jìn)了雨水的自然滲透。而在透水層之下，則鋪設(shè)了一層厚達(dá)150毫米的礫石層，該層作為快速排水通道，加速了雨水的下滲過(guò)程。蓄水層中的水體景觀與精心布置的喬木、灌木相得益彰，既實(shí)現(xiàn)了雨水管理的功能性目標(biāo)，又增添了場(chǎng)地的視覺(jué)美感與生態(tài)多樣性，使得整個(gè)綠色景觀區(qū)域既實(shí)用又富有觀賞性。

4.3透水鋪裝設(shè)計(jì)

在規(guī)劃設(shè)計(jì)中，除了對(duì)消防通道、機(jī)動(dòng)車道等特定區(qū)域保留堅(jiān)固不透水表面外，其余廣泛區(qū)域均推薦采用先進(jìn)的透水鋪裝技術(shù)，以強(qiáng)化自然水循環(huán)。此技術(shù)廣泛應(yīng)用于廣場(chǎng)、人行步道及停車場(chǎng)等場(chǎng)所，其核心在于構(gòu)建包含透水層的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并集成聚氯乙烯（PVC）高效排水管網(wǎng)，確保地表水能迅速滲透至地下。

在廣場(chǎng)區(qū)域，施工流程包括鋪設(shè)一層厚實(shí)的200毫米碎石墊層，其上再覆蓋一層60毫米厚的透水布磚，該磚材設(shè)計(jì)透水速率高達(dá)2.5毫米/秒，有效促進(jìn)雨水下滲。對(duì)于景觀臺(tái)階，則選用了透水混凝土這一創(chuàng)新材料，既美觀又實(shí)用。通過(guò)上述多種透水措施的綜合運(yùn)用，能夠有效調(diào)控地面徑流，減輕城市排水系統(tǒng)壓力，同時(shí)促進(jìn)地下水資源的自然補(bǔ)給，實(shí)現(xiàn)生態(tài)與功能的雙重優(yōu)化。

4.4排蓄系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了高效利用雨水資源，在建筑場(chǎng)地內(nèi)巧妙布局了兩個(gè)地下蓄水池，它們承擔(dān)起收集并儲(chǔ)存各分區(qū)經(jīng)過(guò)精心滲透與凈化處理的雨水的重任。這些寶貴的雨水資源隨后被靈活應(yīng)用于綠化植被的滋養(yǎng)灌溉、車輛的日常清潔以及衛(wèi)生間的節(jié)水沖洗，從而在提升場(chǎng)地水質(zhì)的同時(shí)，也有效滿足了建筑物內(nèi)部的多元化用水需求。

鑒于當(dāng)?shù)赝寥雷匀粷B水能力受限，特別設(shè)計(jì)了創(chuàng)新的溢流式雨水口排水系統(tǒng)，該系統(tǒng)巧妙融入場(chǎng)地排水網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)的工作原理在于，讓經(jīng)過(guò)滲透與凈化處理的雨水首先通過(guò)特設(shè)的滲水管流向溢流式雨水口。一旦雨水積累至設(shè)定的0.5米溢流警戒線，預(yù)置的出水管便會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，將多余雨水安全引導(dǎo)至區(qū)域雨水管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)雨水的高效分流與排放，有效規(guī)避了對(duì)周邊環(huán)境及水源的潛在污染風(fēng)險(xiǎn)。這一舉措不僅體現(xiàn)了對(duì)自然水資源的尊重與高效利用，也彰顯了對(duì)環(huán)境保護(hù)的深刻承諾與實(shí)際行動(dòng)。

5結(jié)論

雨水回收利用系統(tǒng)是一種革命性的解決方案，可以有效地回收和利用廢棄物，改善城市的交通環(huán)境，同時(shí)也為排水技術(shù)提供了新的發(fā)展機(jī)會(huì)，從而使得城市的可持續(xù)發(fā)展受到更多的關(guān)注。此外，這種系統(tǒng)還能夠?qū)⒂晁D(zhuǎn)化為寶貴的財(cái)富，減少對(duì)城市的不良影響，從而為城市的可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。隨著全球可再生能源的日益減少，收集和處理雨水作為補(bǔ)充傳統(tǒng)水源的重要性變得更加突出。雖然建立一個(gè)完善的雨水回收系統(tǒng)需要大量的投入，但是只要持續(xù)努力，幾年之內(nèi)就能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

雨水回收系統(tǒng)的建設(shè)需要充足的資金支持，以確保其正常運(yùn)行和應(yīng)用。由于整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)涉及經(jīng)濟(jì)效益，因此需要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行全面的成本分析。區(qū)域雨水回收系統(tǒng)的成本主要分布在初期設(shè)計(jì)、施工和竣工后的運(yùn)行維護(hù)上。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，必須全面考慮設(shè)施運(yùn)維過(guò)程中的價(jià)格起伏，以便準(zhǔn)確估算工程成本。

在城市規(guī)劃和建設(shè)中，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)充分考慮當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境，并以河流、湖泊等水系為基礎(chǔ)，進(jìn)行科學(xué)合理的布局，以期實(shí)現(xiàn)城市的多元化發(fā)展。河流、湖泊是城市水資源循環(huán)的重要組成部分，也是調(diào)節(jié)雨洪、凈化空氣的關(guān)鍵區(qū)域。在海綿城市的規(guī)劃中，應(yīng)當(dāng)以流域概念為基礎(chǔ)，以河流湖泊為核心，科學(xué)地安排滲透、滯留、蓄水和凈化等功能，以恢復(fù)城市生態(tài)環(huán)境，并合理配置城市元素及其相關(guān)措施，以達(dá)到多功能的協(xié)調(diào)發(fā)展。

在建造海綿城市時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦魏退臈l件，選擇適當(dāng)?shù)木G色海綿設(shè)施。在新建項(xiàng)目中，應(yīng)優(yōu)先考慮使用這些設(shè)備來(lái)凈化雨水，并通過(guò)生態(tài)自然的方式收集和儲(chǔ)存雨水，以保護(hù)水體免受污染。還應(yīng)該注意與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)，并重視它的美觀效果。

參考文獻(xiàn)

[1]寧巖.\"海綿城市\(zhòng)"在房屋建筑設(shè)計(jì)中運(yùn)用策略[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2022，20（24）：41-43.

[2]肖艷.上海首座全地下式污水處理廠消防設(shè)計(jì)研究[J].給水排水，2020，46（12）：31-35.

[3] 倪明.地下式污水處理廠消防設(shè)計(jì)分析[J].凈水技術(shù)，2018，37（9）：4-9.

[4] 劉世德，崔洪升，尹興蕾，等.全地下污水處理廠消防設(shè)計(jì)分析及建議[J].中國(guó)給水排水，2016，32（16）：46-49.

[5] 周友飛，朱曉風(fēng).上海泰和全地下污水處理廠消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J].中國(guó)給水排水，2018，34（12）：50-52，56