楊忠亮 陳少杰 李健

（1天津市建設工程質量安全監(jiān)督管理總隊天津300221 2天津市環(huán)境建設投資有限公司天津300381 3河北省水利水電勘測設計研究院天津300250）

0 引言

天津是水資源相對缺乏的城市，人均水資源占有量僅為全國人均水平的1/15（約160m3/人）。近年來天津市的年平均降水量為500mm左右，而全年70%的降水又集中在6-7月份的汛期。隨著城市建設的高速發(fā)展，城市的馬路沖洗、汽車沖洗及綠化澆灌等用水急速加重了水源供應的負擔，城市缺水現(xiàn)象也日益嚴重；可是每年的雨季，暴雨泛濫又給城市排水造成了極大的困難。而雨水收集系統(tǒng)工程是解決這一系列難題的有效辦法之一，下面結合天津文化中心工程實例對雨水收集系統(tǒng)進行簡述。

1 工程設計概況

天津文化中心工程占地面積約100m2，中央湖區(qū)占地10萬m2，景觀石材鋪裝28萬m2，建筑物主要為6大場館，南面為博物館、美術館、圖書館，北面為樂城購物中心，東面為大劇院，東北面為陽光樂園，中心為人造湖區(qū)。

該工程是目前國內最大的雨水收集項目，工程通過結合中心湖區(qū)的建設，在區(qū)域內通過新建排水溝、雨水收集管道、蓄水模塊、緊急溢流、生態(tài)凈化群落等設施，形成一套具有雨洪收集功能、凈化功能、容納利用功能的綜合性雨水系統(tǒng)。

文化中心工程平面圖

2 雨水收集系統(tǒng)設計

本工程主要以六大場館屋面、景觀石材鋪裝及硬化道路做為集水面，以排水明溝、線性排水溝及排水管道作為輸水管線，以中央人造湖區(qū)為蓄水池。雨水經(jīng)過集水面收集；經(jīng)過輸水線、入流井、沉降井、沉淀槽過濾沉淀；然后通過蓄水模塊滯留調蓄，將流速減慢的水流泵送至生態(tài)凈化群落，凈化過后的雨水直接流入湖中儲存，余量排放入市政管網(wǎng)中。

雨水收集與利用系統(tǒng)流程圖

3 排水出路設計及系統(tǒng)主要組成

3.1 排水出路設計

博美圖項目中部以北區(qū)域雨水通過收集處理排入中心湖，以南區(qū)域雨水通過收集排入平江道雨水干管內；大劇院全部雨水經(jīng)過收集處理后排入中心湖區(qū)；陽光樂園雨水通過收集排入樂園道雨水干管內；樂城購物中心東部、北部路面及東北部局部屋頂雨水通過收集排入樂園道雨水干管內，其余部分雨水通過收集處理排入中心湖；地下交通樞紐工程項目緊鄰樂園道側雨水排入樂園道雨水管道內，東北角雨水通過雨水管道收集后排入越秀路雨水管道內，其余部分雨水通過收集處理排入中心湖。在汛期降雨過程中，中心湖可以最大限度的承接內排雨水，當降雨結束且湖水位高于2.5m時，湖水分別通過大劇院南、北兩側緊急溢流泵房抽排進入廣東路雨水干管內。

3.2 系統(tǒng)主要組成

（1）線性排水溝：包括V型橫截面縫隙式排水溝和蓋板排水溝，均采用樹脂混凝土成品排水溝。濱水步道和步道花園中園路一側采用100mm內寬縫隙式排水溝，臨湖廣場部分均采用200mm內寬縫隙式排水溝，建筑側面和臨市政道路部分采用200mm寬蓋板排水溝，樂城購物中心北側采用340mm寬花崗巖蓋板與鋪裝相結合，機動車道部分采用承重級別D400的鑄鐵蓋板排水溝。

（2）排水溝跌水井：配合縫隙式排水溝和蓋板排水溝使用的成品跌水檢查井，配有專用過濾藍。

（3）排水溝檢查井：直徑1000mm的檢查井，不僅能夠和兩側排水溝相連，而且能夠排走其他水。

（4）入流井：為PE成品井，直徑600mm，位于鋪裝或草地最低點，能夠將雨水通過鏤空的井蓋進行收集。

（5）沉淀井：為PE成品井，井口直徑600mm，井深直徑為1000mm。沉淀的空間需要定時的維護處理。

（6）蓄水模塊和模塊蓄水溝：安裝在地下的蓄水溝由具有構架結構的蓄水模塊性拼裝而成，每一個箱體緊貼著另一個箱體放置成為連續(xù)的空間，箱子外側包裹的無紡布和防水層保證水的不滲漏且水可以在其中自由流動，水流最后會在控制措施下排到湖里。

（7）沉淀槽：雨水首先進入分水井，然后通過1-5個沉淀槽（槽由DN600的HDPE雙壁波紋管特制而成，坡度為-1%的反坡）利用重力使微粒得到分離，進而沉淀到底部。該方法相比傳統(tǒng)棄流裝置或凈化設施更高效。

4 循環(huán)凈化系統(tǒng)設計及主要組成

自然降雨中一般都會含有高污染物粉塵，而高污染物粉塵會導致水中的有機物濃度升高，從而為藻類等浮游植物的生長提供有力條件，嚴重時會是湖水溢流并散發(fā)異味，因此必須要有一個保障水質良好的循環(huán)與凈化系統(tǒng)。一方面湖中的水被不斷的抽出進行處理；另一方浮游植物的生長和繁殖，很大程度上取決于營養(yǎng)物質，尤其是磷起著至關重要的作用，研究結果表明合格的水質磷含量需要控制在0.03mg/m3以下，然而雨水中的磷含量已經(jīng)達到0.3mg/m3，所以必須強調雨水在入湖前的處理。

4.1 循環(huán)凈化系統(tǒng)設計

循環(huán)凈化目標是水質達到地表水環(huán)境質量標準（GB3838-2002）中Ⅲ類水質。中心湖水體通過撇渣器取水點、循環(huán)管線以及生態(tài)凈化群落的流程以400m3/h的流速對湖水進行循環(huán)凈化。另外處理間的中水處理設備能夠對補充的中水在進入生態(tài)凈化群落和水體之前進行預處理，加藥設備對湖體進行生態(tài)處理方法以外的加強磷化處理。

4.2 體統(tǒng)主要組成

（1）撇渣器：是安裝有浮動擋板的溢流堰的混凝土結構，南北各分布三座。浮動溢流擋板通過一個琴式鉸鏈與撇渣器底板連接在一起。它可以借助風向把水拖拽進來，從而除去水表面漂浮的污物、垃圾和樹葉。從撇渣器進來的水收集在撇渣器井中，而粒徑大于6mm的污物被不銹鋼穿孔圍欄筒阻擋分離，可定期對撇渣器進行高壓抽吸清理。六個撇渣器中設有2臺循環(huán)泵（流速200m3/h），通過不銹鋼圍欄筒的水經(jīng)撇渣器井后，被抽到DN250管道里，分別通到北側和南側的濕地中。

（2）中水處理、加藥間、化學除磷管道及噴嘴系統(tǒng)：中水處理與加藥間位于博美圖項目廣場西側地下，占地約42m2，市政中水補給湖水之前在此進行預處理。中水在進入混合管前通過投加絮凝劑氯化鐵溶液（絮凝劑/湖水約20mg/m3）進行絮凝。在混合管中充分混合均勻后，通過砂慮器進行過濾，過濾后的水進入濕地系統(tǒng)進行最終處理。經(jīng)過一段時間的運行，砂層便濾積很多污染物而令砂濾器的功能減弱，設置反沖洗泵可將砂層濾積的污染物自動排出，這樣可令過濾器重新處于最佳工況提高過濾效果。處理間中的加藥系統(tǒng)通過一條壓力管道與湖中心分布的混合噴嘴相連；混合噴嘴系統(tǒng)通過5個噴嘴向湖中心噴灑氯化鐵和石灰水藥劑；混合噴嘴的出水量為20m3/h，在入水點以3倍的湖水流量與之混合，從而使絮凝劑高效地散布在湖水中。

（3）生態(tài)凈化群落：水處理系統(tǒng)中共有兩塊生態(tài)凈化群落（濕地），北側面積1320m2，南側面積1134m2。水被不銹鋼散水板出口分散到濾料表面，通過物理、生物化學效應達到凈化，排水管放于濕地底部，并將水排至湖中。由于植物可以很大程度上從水體中去除可供浮游生物攝取的營養(yǎng)物質，因此四分之一的濾床由植物覆蓋。正常情況下濕地凈化速率400 m3/h，三年一遇降雨情況下流入北側濕地的雨水量為4320m3/h，南側濕地為720 m3/h。

（4）岸邊過濾床：如果降雨量大于三年一遇的水量時，蓄水溝和雨水泵無法把所有的雨水遠送到人工濕地，因此蓄水溝設有緊急溢流管道將雨水直接排入湖體。北岸的漂浮公園將承擔溢流雨水入湖前的處理功能，又稱為岸邊過濾床。

（5）深水抽排系統(tǒng)：在湖底-0.8m的高程上布置了兩根DN600的多孔管，他們分別通過兩根DN400的管道與緊急溢流泵站相通，在每個泵站中分別各布置了兩臺188L/S的潛水泵，通過水泵將湖水排放到市政雨水管網(wǎng)。平時積累在湖底的雜質和沉積物可以通過設立在湖底的管道順利地抽走，利于保持湖體水質；當湖水位高于2.5m時，深水抽排將發(fā)揮緊急溢流功能，特別是遇到暴雨時尤其重要。

5 結語

文化中心工程的雨水收集和利用系統(tǒng)無疑是一個成功的案例，它為我們帶來諸多設計、施工經(jīng)驗和好處。雨水收集和利用系統(tǒng)不僅可以減輕城市排水的壓力、降低雨污合流減輕污水處理的壓力，還可以把收集來的雨水通過凈化用于日常生活，如沖洗馬路、消防滅火、澆灌綠化等。既節(jié)約了有限的水源資，保護了環(huán)境，同時還可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟回報。我們相信在水資源日益緊張、水污染日益加重的情況下，城市雨水作為補充水源加以利用，勢在必行。