北京四中房山分校雨水控制與利用實例分析
北京四中房山分校雨水控制與利用實例分析
樊華1李曼1張霖2鄭克白1
（1 北京市建筑設計研究院，北京 100045； 2 北京市城鄉規劃標準化辦公室，北京 100045）
1項目概況
北京四中長陽校區位于房山區長陽鎮起步區2號地塊西南角；校區規劃總用地面積為59681.66 m2（其中建設用地面積為40256 m2）；教學樓地下1層包括設備機房、車庫、廚房，教學樓地上部分主要為內部教學空間辦公空間及配套設施。
2相關條件
（1）本項目首層設計的±0.00 m高程為42.40 m，場地最低點籃球場地面標高42.25 m，周邊市政道路均高出場地最低區域1.35~2.25 m，整個場地標高見圖1。同時該項目又位于小清河分洪區五區內，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項目所在地的節點洪水位設計標高為45.01 m，首層±0.00 m高程低于項目所在地的設計洪水位標高45.01 m，教學樓及宿舍樓的主要出入口均低于設計洪水位1.01~2.61 m。
（2）教學樓人行道采用透水鋪裝，操場地面為綠化草坪，籃球場采用塑膠場地，其余均為下凹綠地。以操場中心線劃分為南北兩區，下墊面設計參數見表1，滿足《雨水控制與利用工程設計規范》（DB11/685-2013）4.23條相關規定。
（3）在西側經一南路、北側京良路及南側緯五路上均預留市政接口，經一南路上市政預留接口管徑DN500，接口管底標高40.84 m；京良路上預留市政管徑DN600，接口管底標高40.52 m；緯五路上市政預留接口管徑DN1 000，接口管底標高40.65 m。
3雨水控制與利用系統設計
按照上述條件，本項目應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入；②在場地標高低于市政路面的其他區域周邊設密實圍擋，防止周邊雨水進入。③凡是低于行洪標高區域的雨水均先進入雨水調蓄池，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+調蓄設施總的雨水設計標準按50年重現期雨水流量設計。
3.1設計依據
依據《新建建設工程雨水控制與利用技術要點（暫行）》的通知1316號文執行。
3.2雨水專項規劃指標
建設用地面積40 256 m2，按1316號文應滿足“每萬平米硬化面積應配建不小于500 m3的雨水調蓄設施；凡涉及綠地率指標要求的建設工程，綠地中至少應有50%作為用于滯留雨水的下凹式綠地；公共停車場、人行道、步行街、自行車道和建設工程的外部庭院的透水鋪裝率不小于70%”規定，同時結合工程具體情況雨水控制與利用規劃參數見表2。
3.3.2設計重現期及徑流系數。
根據《室外排水設計規范》（GB 50014-2006，2014年版）3.2.4B條要求，考慮本項目地勢低于周邊市政道路標高的現狀，場地內的雨水設計重現期按照10年一遇考慮，雨水加壓提升泵的設計流量按照10年重現期雨量設計，雨水調蓄水池、雨水提升泵及其他蓄水空間總的調蓄能力可以滿足50年重現期24 h的降雨量。徑流系數計算結果見表1。
3.4調蓄系統設計
由于場地位于泄洪道內，該項目進行了專項的洪水影響評價，根據評價報告結論，園區各個出入口均低于洪水位45.01 m，應加強排出洪澇水的措施，因此整個場地防洪調蓄空間按照可以容納50年重現期24 h降雨量考慮，雨水收集排放系統按照10年重現期設計流量進行設計；北側及西側9 700 m2區域的場地標高高于市政路面，雨水重力流排至市政管網；東側及南側其余區域的雨水均匯集至操場內外環溝，再通過東南、西南、東北、西北4個排出口位置排入調蓄池。雨水調蓄池總的容積為2 000 m3，雨水提升泵的排水能力滿足10年重現期的雨水排放要求，雨水調蓄池位置見圖2。
3.4.1雨水泵站及其他設施系統設計
由于建筑首層±0.00 m標高及進出口的高程均低于項目所在地的洪水位設計標高，所以設計過程中首先需要考慮排出洪澇水的要求，同時項目周邊市政管線設計標準通常為1~2年，處于區域市政管線下游，當市政管網為滿管壓力流時，有可能通過小市政雨水管線倒灌進地塊內，因此應加強場地內的雨水排放措施，場地內的雨水均通過加壓提升排放。
3.4.1.1 1#雨水泵站設計
（1）設計流量。雨水提升泵設計流量按照10年重現期雨水流量設置2臺Q2=720 m3/h,H=15m防洪泵，1用1備。
綠化帶內設置800 m3的雨水收集池，籃球場西側設置一個300 m2的雨水池，滿足1 004 m3的儲存空間，遇10年一遇強度的降雨時，保證地面不積水。
校核計算：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)<實際設計水池容積1 100 m3設計安全。
（2）調蓄池的土建設計及主要設備布置。1#雨水蓄水池在設計過程中兼顧了防洪調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，室內地面標高低于室外地坪標高，為了避免停電狀況下宿舍樓地下室被淹，雨水蓄水池圍護結構與泵房主體結構完全分隔，雨水蓄水池的檢修人孔位于室外綠化帶內；調蓄池有效容積800 m3，尺寸15.4 m（長）×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#雨水提升泵站結合了整個園區的雨水回用處理系統，因此在滿足場地防洪要求的同時應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監測儀，根據來水的水質啟閉棄流控制器；同時設置旁通管，滿足在強降雨情況下，雨水不經過棄流控制器直接進入雨水調蓄池，提升排放，保證場地的安全。
3.4.1.2 2#及3#雨水調蓄池設計
（1）設計流量。北區的調蓄泵站雨水提升泵的設計流量按照10年重現期雨水流量設計，池內設置2臺Q2=700 m3/h,H=15.0m潛水提升泵，1用1備。調蓄池容積V=1 240 m3。
操場北側綠化帶內設置900 m3的雨水收集池，室外排水溝的調蓄容積120 m3，遇10年一遇強度的降雨時，允許操場內少量積水，按操場平均積水20 mm計算，則可有320 m3的調蓄空間，滿足1240 m3的調蓄容積。
校核計算：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)<實際水池容積900 m3。
因此遇到10年一遇降雨時，2 h內雨水泵可以不需啟動，保證地面不積水；同時當50年一遇降雨時，操場的積水厚度小于150 mm室內外高差，設計安全。
（2）調蓄池的土建設計及主要設備布置。北區及籃球場區域的雨水排放根據建筑專業及景觀專業的要求，同時考慮施工難度及工程造價等因素，采用地下式提升泵站，其中2#泵站負責北區排水，3#泵站負責籃球場區域排水；以2#泵站為例，調蓄池有效容積900 m3，尺寸27.5 m（長）×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及部分教學樓屋面雨水，進水管管底標高42.10 m。啟泵液位41.70 m，雨水蓄水池達到啟泵水位時提升泵啟動，壓力排至市政管網。另外水池均設置人工控制方式，如一次降雨量較小時，可根據預報的下一場雨的降雨強度和降雨時間人工控制水池的排空；還可根據雨水的蓄水時間定期對水池進行清空，避免水質惡化。
（4）3#雨水調蓄池有效容積300 m3，尺寸15.0 m（長）×10.0 m（寬）×3.0 m（深），池頂覆土500 mm，池內設置3臺Q=200 m3/h,H=15 m潛水提升泵，2用1備，根據水池的水位調整開啟水泵的臺數；其余設計均與2#調蓄池類似。
3.4.2場地豎向控制措施
由于降雨的突發性及不均勻性，再加上目前園區±0.00 m及場地標高均低于市政道路，無法估計客水流量，因此校區內排水管網及雨洪控制和利用措施無法考慮客水進入校區的情況，需要總圖豎向在設計過程中嚴格控制校區和建筑出入口的高程。
3.4.2.1 防止客水進入園區的措施
（1）由于籃球場為整個園區的最低點，南側緯五路靠近籃球場一側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入籃球場區域要求。并在各個園區入口處設置地形高差以保證入口處標高高于市政道路中心線。
(2) 園區西側部分區域場地標略高于市政道路0.1 m，由于高差較小，且西側有汽車坡道出入口直接連至室內，為避免市政雨水倒灌入園區，在雨水管道下游接市政雨水管時，在檢查井內設置鴨嘴閥。
(3)由于場地雨水排放口均低于市政雨水排放口，所有園區內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置泄壓井，泄壓井井面標高高于市政道路中心線標高0.3 m，保證在市政滿管流接納能力有限時，園區內雨水可以通過加壓方式通過市政雨水口排至市政路面。
3.4.2.2防止低洼處雨水進入室內的措施
（1）由于室內±0.00 m比室外操場地面低1.00 m，各個建筑出入口與操場連接處設置室內外高差不低于150 mm，并在各建筑入口處設置截水溝，加壓提升排水。
（2）宿舍樓北側靠近操場一側區域及學生餐廳靠近籃球場一側均位于排水區域的低點，且外墻均為玻璃隔斷，無法實現室內外150 mm的高差，在靠近玻璃外墻處設置線性排水溝，末端設置室外小型集水井，排水溝的雨水加壓提升至園區內雨水檢查井。
（3）各個排水區域之間通過設置路牙、路緣石等措施進行分隔，防止所有排水區域的地面徑流均匯集至場地最低點，增大最低點的排水隱患。
4雨水收集利用設計
4.1雨水收集利用方式
場地內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樓、宿舍樓、下沉竹園及操場周邊的綠地建成植被淺溝、雨水花園、下凹式綠地等；教學區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、場地標高高于綠地高度，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。直接利用方式包括在操場南北區及籃球場區域綠地內設置雨水收集池，將操場及籃球場區域的地面雨水收集后，經過濾消毒處理后，將雨水用于綠地灌溉及道路澆灑，達到直接利用雨水的目的。雨水處理設施根據每日灌溉量進行設計選型。
4.2雨水處理工藝
雨水處理工藝采用混凝-過濾-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旁通管匯集至棄流井，提升排至市政雨水管，當進水水質符合回用水質要求時，通過棄流控制器進入調蓄水池，隨著雨量的增大，當棄流控制器無法接納全部的流量時，或者棄流控制器於堵時，大部分雨水仍然能通過旁通管進入調蓄水池，避免地面積水。棄流井內設置2臺雨水提升泵，雨水泵信號應與棄流控制器信號聯動，棄流控制器打開時，棄流提升泵停泵，棄流控制器關閉時，若水位達到啟泵水位，提升泵啟動。
雨水分配井兩端進水管底標高42.10 m，雨水棄流井尺寸3.0 m（長）×2.0 m（寬）×2.5 m（深），進水管管底標高41.90 m，內置2臺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結語
本項目按1316號文設計，其透水鋪裝及下凹式綠地等要求均與現行地標《雨水控制與利用工程設計規范》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。
該項目雨水收集利用系統已于2014年初正式投入使用，在今年雨季期間，6月1號降雨過程中，宿舍樓室內入口處出現了雨水倒灌現象，經核查是由于園區內末端的雨水管線與市政管線直接連通，市政雨水倒灌進園區內所致。分析原因6月1日的降雨量僅為35.5 mm，設計重現期為3年，在項目周邊市政管線設計標準通常為2年以下，由于本項目處于整個大區的泄洪區管線下游，在6月1號降雨強度并不大情況下，實地查看市政雨水管為滿流狀態，市政接口井出現了溢水，宿舍樓入口處標高低于市政路面1.64 m，在園區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返冒，導致雨水進入室內。通過本次案例再次提醒我們在室外場地的雨水排放系統設計中，高水高排，低水低排，防止高區雨水倒灌的重要性。
本文刊登于2014年12期90頁。
