北京四中房山分校雨水控制与利用实例分析
北京四中房山分校雨水控制与利用实例分析
樊华1李曼1张霖2郑克白1
（1 北京市建筑设计研究院，北京 100045； 2 北京市城乡规划标准化办公室，北京 100045）
1项目概况
北京四中长阳校区位于房山区长阳镇起步区2号地块西南角；校区规划总用地面积为59681.66 m2（其中建设用地面积为40256 m2）；教学楼地下1层包括设备机房、车库、厨房，教学楼地上部分主要为内部教学空间办公空间及配套设施。
2相关条件
（1）本项目首层设计的±0.00 m高程为42.40 m，场地最低点篮球场地面标高42.25 m，周边市政道路均高出场地最低区域1.35~2.25 m，整个场地标高见图1。同时该项目又位于小清河分洪区五区内，在满足小清河行洪滞洪的条件下，小清河50年一遇洪水+永定河100年一遇向小清河分洪时项目所在地的节点洪水位设计标高为45.01 m，首层±0.00 m高程低于项目所在地的设计洪水位标高45.01 m，教学楼及宿舍楼的主要出入口均低于设计洪水位1.01~2.61 m。
（2）教学楼人行道采用透水铺装，操场地面为绿化草坪，篮球场采用塑胶场地，其余均为下凹绿地。以操场中心线划分为南北两区，下垫面设计参数见表1，满足《雨水控制与利用工程设计规范》（DB11/685-2013）4.23条相关规定。
（3）在西侧经一南路、北侧京良路及南侧纬五路上均预留市政接口，经一南路上市政预留接口管径DN500，接口管底标高40.84 m；京良路上预留市政管径DN600，接口管底标高40.52 m；纬五路上市政预留接口管径DN1 000，接口管底标高40.65 m。
3雨水控制与利用系统设计
按照上述条件，本项目应采取措施防止行洪期市政雨水倒灌：①提高与市政道路衔接处的地面高程，防止雨水地面径流沿出入口进入；②在场地标高低于市政路面的其他区域周边设密实围挡，防止周边雨水进入。③凡是低于行洪标高区域的雨水均先进入雨水调蓄池，并采用泵提升方式排至市政管线，防止雨水倒灌。④雨水提升+调蓄设施总的雨水设计标准按50年重现期雨水流量设计。
3.1设计依据
依据《新建建设工程雨水控制与利用技术要点（暂行）》的通知1316号文执行。
3.2雨水专项规划指标
建设用地面积40 256 m2，按1316号文应满足“每万平米硬化面积应配建不小于500 m3的雨水调蓄设施；凡涉及绿地率指标要求的建设工程，绿地中至少应有50%作为用于滞留雨水的下凹式绿地；公共停车场、人行道、步行街、自行车道和建设工程的外部庭院的透水铺装率不小于70%”规定，同时结合工程具体情况雨水控制与利用规划参数见表2。
3.3.2设计重现期及径流系数。
根据《室外排水设计规范》（GB 50014-2006，2014年版）3.2.4B条要求，考虑本项目地势低于周边市政道路标高的现状，场地内的雨水设计重现期按照10年一遇考虑，雨水加压提升泵的设计流量按照10年重现期雨量设计，雨水调蓄水池、雨水提升泵及其他蓄水空间总的调蓄能力可以满足50年重现期24 h的降雨量。径流系数计算结果见表1。
3.4调蓄系统设计
由于场地位于泄洪道内，该项目进行了专项的洪水影响评价，根据评价报告结论，园区各个出入口均低于洪水位45.01 m，应加强排出洪涝水的措施，因此整个场地防洪调蓄空间按照可以容纳50年重现期24 h降雨量考虑，雨水收集排放系统按照10年重现期设计流量进行设计；北侧及西侧9 700 m2区域的场地标高高于市政路面，雨水重力流排至市政管网；东侧及南侧其余区域的雨水均汇集至操场内外环沟，再通过东南、西南、东北、西北4个排出口位置排入调蓄池。雨水调蓄池总的容积为2 000 m3，雨水提升泵的排水能力满足10年重现期的雨水排放要求，雨水调蓄池位置见图2。
3.4.1雨水泵站及其他设施系统设计
由于建筑首层±0.00 m标高及进出口的高程均低于项目所在地的洪水位设计标高，所以设计过程中首先需要考虑排出洪涝水的要求，同时项目周边市政管线设计标准通常为1~2年，处于区域市政管线下游，当市政管网为满管压力流时，有可能通过小市政雨水管线倒灌进地块内，因此应加强场地内的雨水排放措施，场地内的雨水均通过加压提升排放。
3.4.1.1 1#雨水泵站设计
（1）设计流量。雨水提升泵设计流量按照10年重现期雨水流量设置2台Q2=720 m3/h,H=15m防洪泵，1用1备。
绿化带内设置800 m3的雨水收集池，篮球场西侧设置一个300 m2的雨水池，满足1 004 m3的储存空间，遇10年一遇强度的降雨时，保证地面不积水。
校核计算：按照北京市10年一遇120 min降雨厚度828 mm考虑，核算水池容积W=10 φhF=10×0.41×82.8×1.63=634.8(m3)<实际设计水池容积1 100 m3设计安全。
（2）调蓄池的土建设计及主要设备布置。1#雨水蓄水池在设计过程中兼顾了防洪调蓄功能与雨水回收利用功能，雨水提升泵站与雨水回用处理机房合建，雨水提升泵干式安装，由于1#雨水泵站位于宿舍楼地下一层，室内地面标高低于室外地坪标高，为了避免停电状况下宿舍楼地下室被淹，雨水蓄水池围护结构与泵房主体结构完全分隔，雨水蓄水池的检修人孔位于室外绿化带内；调蓄池有效容积800 m3，尺寸15.4 m（长）×14.0 m（宽）×5.7 m（深），池顶覆土650 mm，平面布置见图3。
（3）雨水排放流程及启停泵的控制要求。由于1#雨水提升泵站结合了整个园区的雨水回用处理系统，因此在满足场地防洪要求的同时应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。如图3所示，在雨水蓄水池前端增加了初期弃流控制器及雨水分配井，初期弃流控制器前端增加水质监测仪，根据来水的水质启闭弃流控制器；同时设置旁通管，满足在强降雨情况下，雨水不经过弃流控制器直接进入雨水调蓄池，提升排放，保证场地的安全。
3.4.1.2 2#及3#雨水调蓄池设计
（1）设计流量。北区的调蓄泵站雨水提升泵的设计流量按照10年重现期雨水流量设计，池内设置2台Q2=700 m3/h,H=15.0m潜水提升泵，1用1备。调蓄池容积V=1 240 m3。
操场北侧绿化带内设置900 m3的雨水收集池，室外排水沟的调蓄容积120 m3，遇10年一遇强度的降雨时，允许操场内少量积水，按操场平均积水20 mm计算，则可有320 m3的调蓄空间，满足1240 m3的调蓄容积。
校核计算：按照北京市10年一遇120 min降雨厚度82.8 mm核算水池容积W=10×0.39×82.8×1.93=694.3(m3)<实际水池容积900 m3。
因此遇到10年一遇降雨时，2 h内雨水泵可以不需启动，保证地面不积水；同时当50年一遇降雨时，操场的积水厚度小于150 mm室内外高差，设计安全。
（2）调蓄池的土建设计及主要设备布置。北区及篮球场区域的雨水排放根据建筑专业及景观专业的要求，同时考虑施工难度及工程造价等因素，采用地下式提升泵站，其中2#泵站负责北区排水，3#泵站负责篮球场区域排水；以2#泵站为例，调蓄池有效容积900 m3，尺寸27.5 m（长）×13.0 m（宽）×4.25 m（深），池顶覆土650 mm，平面布置见图4。
（3）启停泵的控制要求。2#雨水蓄水池主要收集操场及部分教学楼屋面雨水，进水管管底标高42.10 m。启泵液位41.70 m，雨水蓄水池达到启泵水位时提升泵启动，压力排至市政管网。另外水池均设置人工控制方式，如一次降雨量较小时，可根据预报的下一场雨的降雨强度和降雨时间人工控制水池的排空；还可根据雨水的蓄水时间定期对水池进行清空，避免水质恶化。
（4）3#雨水调蓄池有效容积300 m3，尺寸15.0 m（长）×10.0 m（宽）×3.0 m（深），池顶覆土500 mm，池内设置3台Q=200 m3/h,H=15 m潜水提升泵，2用1备，根据水池的水位调整开启水泵的台数；其余设计均与2#调蓄池类似。
3.4.2场地竖向控制措施
由于降雨的突发性及不均匀性，再加上目前园区±0.00 m及场地标高均低于市政道路，无法估计客水流量，因此校区内排水管网及雨洪控制和利用措施无法考虑客水进入校区的情况，需要总图竖向在设计过程中严格控制校区和建筑出入口的高程。
3.4.2.1 防止客水进入园区的措施
（1）由于篮球场为整个园区的最低点，南侧纬五路靠近篮球场一侧的挡墙需要高出市政道路500~1 000 mm，满足市政路面雨水不进入篮球场区域要求。并在各个园区入口处设置地形高差以保证入口处标高高于市政道路中心线。
(2) 园区西侧部分区域场地标略高于市政道路0.1 m，由于高差较小，且西侧有汽车坡道出入口直接连至室内，为避免市政雨水倒灌入园区，在雨水管道下游接市政雨水管时，在检查井内设置鸭嘴阀。
(3)由于场地雨水排放口均低于市政雨水排放口，所有园区内重力流管线不与市政管线直接连通，在加压提升排出管线末端设置泄压井，泄压井井面标高高于市政道路中心线标高0.3 m，保证在市政满管流接纳能力有限时，园区内雨水可以通过加压方式通过市政雨水口排至市政路面。
3.4.2.2防止低洼处雨水进入室内的措施
（1）由于室内±0.00 m比室外操场地面低1.00 m，各个建筑出入口与操场连接处设置室内外高差不低于150 mm，并在各建筑入口处设置截水沟，加压提升排水。
（2）宿舍楼北侧靠近操场一侧区域及学生餐厅靠近篮球场一侧均位于排水区域的低点，且外墙均为玻璃隔断，无法实现室内外150 mm的高差，在靠近玻璃外墙处设置线性排水沟，末端设置室外小型集水井，排水沟的雨水加压提升至园区内雨水检查井。
（3）各个排水区域之间通过设置路牙、路缘石等措施进行分隔，防止所有排水区域的地面径流均汇集至场地最低点，增大最低点的排水隐患。
4雨水收集利用设计
4.1雨水收集利用方式
场地内雨水收集利用方式分为间接利用和直接利用。间接利用方式主要包括将教学楼、宿舍楼、下沉竹园及操场周边的绿地建成植被浅沟、雨水花园、下凹式绿地等；教学区室外人行道采用透水作法减少外排雨水并入渗至地下蓄存，室外道路、场地标高高于绿地高度，便于周边雨水汇入，减少绿地灌溉用水，多余雨水排入雨水管网。直接利用方式包括在操场南北区及篮球场区域绿地内设置雨水收集池，将操场及篮球场区域的地面雨水收集后，经过滤消毒处理后，将雨水用于绿地灌溉及道路浇洒，达到直接利用雨水的目的。雨水处理设施根据每日灌溉量进行设计选型。
4.2雨水处理工艺
雨水处理工艺采用混凝-过滤-消毒工艺，具体工艺流程见图5。
4.3雨水收集利用控制方式
降雨初期，初期弃流后的雨水通过旁通管汇集至弃流井，提升排至市政雨水管，当进水水质符合回用水质要求时，通过弃流控制器进入调蓄水池，随着雨量的增大，当弃流控制器无法接纳全部的流量时，或者弃流控制器於堵时，大部分雨水仍然能通过旁通管进入调蓄水池，避免地面积水。弃流井内设置2台雨水提升泵，雨水泵信号应与弃流控制器信号联动，弃流控制器打开时，弃流提升泵停泵，弃流控制器关闭时，若水位达到启泵水位，提升泵启动。
雨水分配井两端进水管底标高42.10 m，雨水弃流井尺寸3.0 m（长）×2.0 m（宽）×2.5 m（深），进水管管底标高41.90 m，内置2台Q=15 m3/h,H=7 m 弃流雨水提升泵，1用1备；弃流提升井布置见图6。
5结语
本项目按1316号文设计，其透水铺装及下凹式绿地等要求均与现行地标《雨水控制与利用工程设计规范》相同，理论上可将全年降雨收集回用，在防洪安全的前题下，提高了雨水回收利用效果。
该项目雨水收集利用系统已于2014年初正式投入使用，在今年雨季期间，6月1号降雨过程中，宿舍楼室内入口处出现了雨水倒灌现象，经核查是由于园区内末端的雨水管线与市政管线直接连通，市政雨水倒灌进园区内所致。分析原因6月1日的降雨量仅为35.5 mm，设计重现期为3年，在项目周边市政管线设计标准通常为2年以下，由于本项目处于整个大区的泄洪区管线下游，在6月1号降雨强度并不大情况下，实地查看市政雨水管为满流状态，市政接口井出现了溢水，宿舍楼入口处标高低于市政路面1.64 m，在园区雨水管线与市政雨水管线直接连通情况下，入口处雨水检查井井盖出现返冒，导致雨水进入室内。通过本次案例再次提醒我们在室外场地的雨水排放系统设计中，高水高排，低水低排，防止高区雨水倒灌的重要性。
本文刊登于2014年12期90页。
