雨水收集系统改建建议

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>摘要:雨水利用是绿色建筑的一个重要课题。本文以武夷山墅项目为例,分析了该项目原设计中存在的雨水利用和排洪问题,并结合山地住宅小区的特点,提出雨水利用系统的改造建议。

 

水环境是绿色建筑的重要组成部分,而雨水利用更是绿色建筑的一个重要课题。雨水是一种自然资源,通过对这一资源的恰当利用,能够促使建筑减少能源和物质的消耗,从本质上达到生态系统的稳定。尤其是在水量充沛的华东和华南地区,雨水的充分利用更具有广泛的意义。相比平原地区,山地的雨水利用设计有其特殊性。本文以武夷山墅项目为例,探索山地住宅小区雨水利用系统的设计。

 

区位分析和项目概况

 

区位分析

武夷山市位于福建省西北部,地处武夷山脉北段南麓。本项目基地位于风景秀丽的武夷山国家自然风景区,植被繁茂,地形变化丰富,山形蜿蜒连绵。

 

水文条件

武夷山市属于中亚热带季风湿润气候区,雨量充沛,每年6月至7月为雨季,年平均降雨量为1486mm2150mm,主要集中在雨季。

 

土壤渗透性分析

武夷山山体为红色砂砾岩,属于典型的丹霞地貌形态。海拔400m以下地域的土壤以红壤为主,渗透性能好,渗透速度快,不容易产生地表径流。

 

项目概况

武夷山墅项目为山地低层住宅小区项目,分两期开发建设。一期为南区,包括152栋低层独栋别墅和一处会所。别墅地上为2~3层,利用地形依山就势多建有地下1层。

 

小区南侧的市政道路上各有一根φ600mm 的市政雨水管线和污水管线,沿路设宽1200mm,深600mm的防洪渠。生活污水经小区污水管线排入市政污水系统。人工湖周边的独栋别墅屋面雨水均排入人工湖,其余地块的雨水经由小区道路的雨水明沟汇总后排入市政雨水管线。南区用地面积14.9hm 2,其中住宅占地3.12hm 2,道路用地1.37hm 2,公建用地0.006hm 2,绿化用地9.604hm 2,水体面积0.8hm 2。绿地灌溉从基地内地下水抽取。

 

现有问题分析

小区现有的水环境设计主要存在两方面的问题。其一,雨水收集排放系统没有充分利用当地充沛的雨水资源,造成大量的雨水资源流失,对周边的水资源大环境造成不利影响,而旱季小区内部水源又不足。其二,小区周边的市政雨水系统规划对排洪问题考虑不周,雨水管径不足以全部消除雨季的排洪压力,导致雨季将有大量的雨水倾泻到小区南部的市政道路上,尤其在遭遇重现期 P≥5 的降雨时,排洪形势更为严峻。

 

设计思考

对现有问题的分析引发以下思考:在建设该小区之前,基地原为低山丘陵地区,降雨都通过地表自然渗透进入土壤,或是汇流到地势低处的现状水塘内,通过蒸发、渗透而原地消纳,即使遭遇强降雨时也不会出现上述雨水漫流到市政道路上的问题。那么,为什么开发建设该小区后,雨水就忽然“多”到无处排放了呢?难道人类的建筑活动与自然生态系统之间原本就存在不可调和的矛盾吗?

 

绿色建筑的存在和发展对这一问题给出了否定的回答。曾经有学者诗意地描述绿色建筑的建设活动:“把一座建筑轻轻地放在地球上,不打扰她的一草一木。”虽然只是诗意地描述,却表达了绿色建筑对于自然生态系统的充分尊重。那么,什么是绿色建筑?目前普遍认可的定义是:以符合自然生态系统客观规律并与之和谐共生为前提,充分利用客观生态系统环境条件、资源,尊重文化,集成适宜的建筑功能与技术系统,坚持本地化原则,具有资源消耗最小及使用效率最大化能力,具备安全、健康、宜居功能并对生态系统扰动最小的可持续、可再生及可循环的全生命周期建筑。这个定义的前两个分句和最后一个分句强调的都是与自然生态系统相关的方面,基本上可简单概括为“符合规律,充分利用,减少扰动”这三个词组,其目的均在于减少建筑对地球资源和环境的负荷和影响。从这个角度来看,武夷山墅项目的雨水资源没有得到充分利用,且雨水排放给周边道路造成了水患,对原有生态系统造成了较大负面影响,显然是与上述绿色建筑的主旨相违背的。

 

因此,对于武夷山墅项目的雨水资源环境的设计应从符合自然生态系统客观规律出发,尽量使项目对原有环境尤其是水环境的扰动降低到最小,使基地内雨水尽量就地消纳,同时雨水应予以尽量收集,充分利用。市政雨水系统只作为一个备用的排洪方式,避免雨水漫流到周边的市政道路上。

 

改造建议

通过对现状问题的分析和思考,结合考虑业主的需求,“碧生环保”提出如下雨水环境改造建议:1)加强雨水原地渗透,消减洪峰流量;利用地形地貌,设计低势绿地、浅沟等对雨水径流进行收集、净化并回灌到地下。2)充分利用人工湖的雨水调蓄功能,尽量组织人工湖周边的地表雨水通过自然坡面汇集到人工湖内。3)拓宽小区周边的防洪渠,完善小区周边的防洪系统,增强小区遭遇特大暴雨时的泄洪能力。以下将逐条阐述。

 

雨水渗透

雨水渗透属于雨水间接利用的范畴。雨水通过渗透回灌地下,可补充涵养地下水资源,改善小区生态环境,缓解地面沉降,减少小区水涝。由于本项目业主的偏好,指定抽取地下水灌溉绿地,而本项目绿化率较高,绿地面积较大,每年的绿化用水量达到7×10 4 m 3。如此大的用水量,需要有足够的雨水渗透,才能保证地下水常年充足,不至枯竭。

 

绿地是一种天然的渗透设施,透水性好且节省投资。结合本项目绿化率高的特点,可以通过低势绿地的设计来增加雨水渗透量。但由于本项目用地为山地,低势绿地的设计比较复杂。低势绿地设计的关键是控制好绿地与周边道路和雨水溢流口的高程关系,即路面高程高于绿地高程。本项目用地为山地,地形起伏较大,高程关系比较复杂。另一方面,山地的坡度也会影响绿地的渗透效率。雨水降落到地表上,由于重力的作用,既有流动性,又有渗透性。当地面坡度较大时,水的流动占主导地位,当坡度较小时,水的渗透占主导地位 [2] 。本项目用地自然坡度为 10°~25°,不利于雨水渗透。因此,地形设计时考虑以组院或户为单位将地形改造为台地,每个组院或每户院落再结合景观设计细分为若干个小型台地,台地内设置低势绿地,低势绿地按低于路面 50mm100mm 控制。屋面雨水通过雨水管收集后就近汇入建筑附近的低势绿地。通过层层设置的台地可将较大坡度对雨水渗透的影响降到最低,使该用地的雨水渗透效果基本上等同于平地的渗透效果。

结论

本文根据《动规》及《建筑振动工程手册》对大块式基础进行了详细的动力分析,得出以下结论:

1) 为避开共振,改变基组振动固有频率最明显,最有效的方法是改变天然地基的抗压刚度系数C z0(实际工程做法为换填基底土)。

2) 改变基础高度对控制顶面的最大振动线位移和最大振动速度改变最明显,同时也对基组振动固有频率有一定影响。

 

结语

雨水利用方案的设计是一个综合性的系统工程,涉及到许多方面的问题,需要各专业的协调设计。本文仅是对山地住宅小区雨水综合利用的一个探索,希望起到抛砖引玉的作用。