基本信息
- 项目名称：
- 建筑小区雨水利用系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品设计了建筑小区雨水利用系统，该系统通过降雨模拟、雨水收集、贮存、处理和回用等环节，实现建筑小区雨水再利用。本系统通过屋面、道路和地面分别对雨水进行收集，收集系统用塑料蓄排水盘代替传统的卵砾石作为排水层，收集的道路雨水和屋面雨水的初期径流经弃流管进入市政管网的检查井，经城市排水管网排至污水厂，随后收集的雨水水质较高，经混凝、过滤、消毒后便可作为生活杂用水使用。
- 详细介绍：
- 济南市某居住小区，位于济南市东部，小区规划总用地面积25.14×104m2，其中居住区用地21.36×104m2，规划道路用地3.78×104m2；居住总户数2277套，总建筑面积31.93×104m2，，绿地面积12.57×104m2，小区内水景两处，水域面积0.38×104m2。该小区是以住宅为主的中档社区。 该居住小区雨水利用方案包括雨水收集系统、贮存系统、处理系统。 （1） 雨水收集系统 某居住小区屋面雨水和道路雨水可利用原设计的雨水管进行收集。小区内车库为半地下大型车库，车库地面雨水收集方面的设计是很重要的。根据车库的平面图、剖面图、土地利用情况及地表水汇流特点，为了避免雨水、浇灌水下渗，并有效保证雨水的排蓄和植被的正常生长，车库顶部整体的排水及收集系统设计如图1的结构。从上到下依次为植被、覆土、过滤层、排水蓄水层、防水层、找坡层等。 1）过滤层：可以选择有防根穿透作用的无纺布。透水无纺布对调节水分与空气的流动具有重要作用，并可以防止土壤颗粒的下渗。 2）排水蓄水层：传统的人工渗排水结构由粗砂滤层、砾石排水层和盲管(沟)组成。现在常用塑料蓄排水盘代替传统的卵砾石作为排水层，如图2所示。在收集排水的同时还可以在凹处蓄积一部分雨水，具有保持土壤湿润、通气的作用。还兼具防水作用，进一步保护顶板免受水的渗透与浸泡。顶板要根据周边的环境和自身特点采取不同的排水措施，选择不同规格的排水板，如图3（a）所示。根据建筑物与周边工程的排水情况，确定排水路径和坡度处理。利用找坡层对车库顶部进行汇水分区，以利于排放收集，如图3（b）所示。当无法作出整体找坡时，可以在最不利部位作局部找坡，消除积水点和排水的死角。同时考虑防水与排水问题，与建筑构造技术、防水材料和施工技术方面结合起来，进行统一考虑。 （2） 贮存系统 雨水收集后可利用小区的人工湖进行雨水的存储，或修建地下贮存池。雨水贮存池容积估算，首先确定一场雨的降雨量，考虑到济南市区降雨特点，选用一场雨的降雨量H为20mm，利用小区建筑屋顶、道路、绿地等汇水区域的面积、径流系数、等数值，估算得出雨水贮存池的容积为1472 m3。 （3）处理系统 小区的雨水利用主要用于绿化浇溉、浇洒道路和景观补充水等方面，通过对济南市城区和郊区不同地点的雨水水质监测与分析，弃去前十分钟的初期径流雨水后水质指标接近景观用水水质（GB/T 18921—2002 ）和城市杂用水水质（GB/T 18920—2002）的标准[5]，可采用常规处理工艺，工艺流程如图4。过滤和消毒池可以与贮存池合建。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本作品旨在在小区中通过雨水的收集、贮存和处理，对降水资源进行有效的回收利用，为建筑小区节约自来水资源，为解决城市的水资源短缺提供一条新的设想。 本系统通过屋面、道路和地面分别对雨水进行收集，收集系统用塑料蓄排水盘代替传统的卵砾石作为排水层，收集的道路雨水和屋面雨水的初期径流经弃流管进入市政管网的检查井，经城市排水管网排至污水厂，随后收集的雨水水质较高，经混凝、过滤、消毒后便可作为生活杂用水使用， 在地面收集系统中，通过过滤层、排水蓄水层实现雨水的过滤收集，其中过滤层使用有纺根穿透作用的无纺布，排水蓄水层使用塑料蓄排水盘代替传统的卵砾石作为排水层，排水的同时还可以在凹处蓄积一部分雨水，保证雨水可以顺利下渗的同时，保持土壤湿润、空气畅通。 本系统收集的雨水，要求屋面雨水CODcr的浓度将小于20mg/L，SS的浓度小于50mg/L，，地面雨水的CODcr的浓度不大于50mg/L，SS的浓度小于350mg/L，总氮的浓度在2~6mg/L之间，总磷浓度在0.05~0.2mg/L之间。
科学性、先进性
- 屋面雨水利用雨水斗和雨水管收集；道路雨水利用小区的雨水口、雨水管道进行收集；其他地面雨水通过地面透水层（或植被）、覆土、过滤层等渗透系统、通过排水蓄水层、防水层、找坡层等收集系统被收集通过雨水管道输送到贮水池中储存，雨水贮水池一般设计为地下式，这样可节约用地，也可利用小区的人工湖等水景池来贮存雨水；根据利用方向，雨水还需要经过简单的处理，处理系统可采用过滤和消毒技术，工艺简单，处理费用低；处理后的雨水可用于小区冲厕、绿化、浇洒道路、洗车、景观用水等用途。 该系统将大大缓解水资源的供需矛盾，同时还能有效减轻城市排水和防汛的压力。所以雨水利用具有广阔的应用前景，有非常广阔的市场开拓。并且整套系统成本低，约200万左右，年节约50万左右，经济可行性极高。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 已完成
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 模型，图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 对于年降雨量360mm左右的城市，年雨水利用潜力为35516.7 m3 ，雨水资源拥有着广阔的空间和潜力。 以占地约99万m2的小区为例，水处理系统设备投资114万元，雨水利用管线投资110万元。若年降雨量可达700mm，则每年收集雨水约20万m3，全年电费87600元，人员工资10000元，药剂费4380元，节约自来水水费20×104×2.5元/m3= 50万元，一年可得雨水利用效益：50-(8.76+1.0 +0.438)=39.8万元。
同类课题研究水平概述
- 20世纪80年代雨水集流系统得到迅速的发展，主要供农村生活、灌溉庭院作物和部分农田以及有些地区补充用水。德国、日本、北欧、美国、加拿大、印度、以色列、韩国等约40多个国家和地区开展了不同规模的雨洪利用研究[11-14]。这些国家的雨水利用在法律、法规和技术等方面都比较成熟，应用广泛。 我国对雨水资源的利用自古即有，但大多应用于农业方面。进入20世纪90年代以来，利用雨水资源的热潮在我国各地再次兴起，主要集中于干旱半干旱地区的人畜饮水和集雨灌溉上。近年来，北京、上海、西安等许多大城市相继开展城市雨洪控制与利用的研究，显示出巨大的发展潜力。由于缺水形势严峻，北京市开展的步伐较快[30]。1998年北京建筑工程学院和北京市城市节约用水办公室联合开展了城市雨水利用的研究。到2000年，北京正式启动“城市雨洪控制与利用”工程，总投资6000万元，将雨水用于冲洗厕所、喷洒路面、灌溉绿地、涵养地下水等，该工程推广实施后，城区将有30%的雨水得到有效利用。2003年3月北京市规划委员会和水利局又联合发布经市政府同意的“关于加强建设工程用地内雨水资源利用的暂行规定”。2005年5月，市政府办公大院中建成了一个雨水收集利用系统，收集雨水用于绿化，取得了良好效果。中德合作研究项目“北京市水资源可持续利用—城区雨洪控制及利用”已开始实施，并在北京水利水电学校、双紫小区、丰台体育场等地建立了雨水利用的示范基地。2008年北京奥运场馆建设中充分利用了雨水。北京市的城市雨水利用已进入示范与实践阶段，已经成为我国城市雨水利用技术的龙头[31]。 目前，建设部和部分城市已经颁布了雨水利用的相关法律条文，这一系列措施对雨水利用和雨水径流污染控制步入法制轨道起到了重要的推动作用。但随着雨水利用项目的不断增多和建设的进一步深入，新的问题（如过分追求经济效益、管理部门多头而且效率低下、时有应付做法等）不断出现，亟待完善相关政策法规，对雨水利用和雨水径流污染控制等工作加以规范。我国对城市雨水资源化及其应用方面的研究尚处于起步阶段[32]，虽然特大城市的许多建筑物已建有较完善的雨水收集系统，但由于对待雨水问题在整体上还停留在旧观念上，倾向依靠“排与疏”、“雨污分流”等措施来解决雨洪控制与污染问题，基本没有与雨水收集系统相配套的雨水处理与回用系统。
