屋面雨水收集利用与建筑中水系统联合运行
随着城市化进程加快，水资源匮乏、生态环境恶化等问题的出现，城市雨水作为水资源利用迅速在世界各地得到发展。许多发达国家如日本、澳大利亚和德国等都很关注雨水的利用，如日本结合已有的中水工程，在城市屋顶修建雨水浇灌的“空中花园”，在楼房中设置雨水收集装置与中水道工程共同发挥作用；德国在八十年代末就把雨水的管理与利用列为九十年代水污染控制的三大课题之一，修建了大量的雨水收集装置来截流、处理及利用雨水，并尽可能利用天然地形地貌及人工设施来截流、渗透雨水，削减雨水的地面径流，减轻城市洪涝。我国是一个水资源严重短缺的国家，人均水资源量仅为世界人均占有量的1／4，而且我国水资源分布存在显著时空不均。因此近年我国为缓解北方严重缺水的局面正着手进行南水北调工程，该项目工程量大、工期长。作为缺水地区不能坐等外源调水，应充分开发和回收利用当地一切可能的水资源，其中城市雨水就是长期忽视的一种水资源。目前我国对城市雨水的利用率很低，与发达国家相比，可开发利用的潜力很大。总之，通过雨水的合理收集与利用，补充地下水源，削减城市洪峰流量，有效控制地面水体的污染，对改善城市的生态环境、缓解水资源紧张的局面有重要的现实意义。
1雨水利用的方法
雨水利用主要有以下两种方法:
1)间接利用
渗透回灌以补充地下水是雨水的间接利用方法。一些国家的雨水设计体系已把渗透和回灌列入雨水系统设计的考虑因素。但目前我国城镇雨水的设计体系仍是“直接排放水体”的模式，无法获得削减径流量、减轻污染负荷、补充地下水源、改善生态环境等综合效益。
2)直接利用
将雨水收集处理后直接利用。主要用于城市的绿地浇灌、路面喷洒、景观补水等，可有效地缓解城市供水压力。本文主要探讨雨水用作中水补充水源与建筑中水系统联合运行的存在问题。
2雨水水量及水质特点
2．1雨水水量分析
我国地域辽阔，降雨存在时空分布不均，不同地区降雨量及降雨历时差异较大，且同一地区不同年份降雨形成的径流量也有较大的出入。我国北部地区特别是西北地区，土地辽阔，总面积占全国的4O%，但水资源不足全国的lO%，且降雨年内分配不均，多集中在6～9月，并以暴雨的形式出现，造成水土流失。南方地区虽降雨较多，但降雨分配也不均。雨水在实际利用时还要受到许多其它因素的制约，如气候条件、降雨季节的分配、雨水水质、地形地质条件以及特定地区建筑的布局和构造等。因此，在雨水利用时要根据利用的目的，通过合理的规划，
在技术和经济可行的条件下使降雨量尽可能多地转化为可利用雨量对于城区雨水主要有屋面、道路、绿地三种汇流介质。研究表明，屋面可利用雨水径流量大、水质较好、便于收集利用，其利用价值最高。建筑屋面可利用雨量可按下式计算：
Q=ｆ•a•h•A•(H•10-3)
式中：Q一屋面年平均可利用雨量(1T1)；ｆ__径流系数(取0．9)；
h -季节折减系数；初期弃流系数；A——屋面水平投影面积(m2)；
H——年平均降雨量(n1m)。
其中季节折减系数a考虑了当地气候、季节等因素的影响。初期弃流系数j3根据当地降雨和水质资料确定。对北京可分别取0．85和0．87。
2．2屋面雨水的水质概况
通过对北京部分屋面雨水水质分析测定，发现屋面径流污染也比较严重。这里仅以COD随降雨历时的变化规律为例。
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图1为2000年北京某院校部分屋面径流雨水COD随降雨历时的变化情况。由图可见，每场降雨的水质出入较大。雨水水质不仅与降雨强度有关，也与屋面材料、空气质量、气温、两次降雨间隔时间等因素有关。而且从图可以看出初期径流水质较差，水质浑浊、色度大。故雨水利用时应考虑初期弃流，初期弃流量可定为二mn：同时通过对屋面雨水水质的可生化性分析，一般BOD／COD的值在0.1--0.15，由此可见，屋面雨水可生化性较差，宜采用物化处理。
3屋面雨水用作中水补充水源与建筑中水系统联合运行存在问题分析3．1中水水源水质分析对住宅小区而言，中水水源一般可分为生活污水、杂排水(除冲厕之外的其它生活污水J、洗浴发水三种，其水质逐次渐好：目前实际工程中中水源主要是后两种水源。对以大型公共建筑为主{本的城市建筑小区设置中水系统，可优先采用集中的洗浴污水做水源：我国及日本不同中水水源的水质情况详见表l：3．2现行中水系统运行情况分析
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八十年代以来，我国在建筑中水工程方面也做了大量研究与工程实践。现有建筑中水系统采用的处理流程分别以生化、物化两种方法为主，其中又以根据已有研究表明，中水设施的建设与运行仍存在着许多问题，并已影响到中水回用技术的推广。这些问题包括：
1)水量平衡计算不合理，从而使设计与实际处理规模相差较大，运行成本高。
2)调节池容积偏小，在运行中必须交替进行中水溢流和自来水补充。
3)水质不达标，所选工艺流程的处理能力有限，使出水不理想。其中水量平衡是目前中水系统设计与运行不佳的一个主要问题.
3．3屋面雨水用作中水补充水源存在问题分析雨水用作中水补充水源、纳入中水系统与其联合运行从技术上是可行的，但实际操作时，仍存在以生化处理工艺居多。中水常用的工艺流程见图2和图3。其中图2多用于杂排水为水源时，图3多用于洗浴污水为水遇到以下问题。
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1)加剧中水系统的水量波动。如上所述，水量平衡计算不合理是中水设施设计与运行不佳的主要问题之一，而且由于目前中水工程的使用对象主要是宾馆、饭店等大型建筑，中水的来源随着客流量和时间的分布明显不同，常有较大集中来水和完全断流的情况。使水量平衡的难度增加。而雨水的季节波动性和随机性也很大，如将雨水与建筑中水系统联合运行，将会加剧中水系统的水量波动。
2)在联合运行的情况下，要使系统正常运行，必须增大调蓄设施以容纳雨水，同时大部分缺水地区的雨量少且相对集中，所以扩容后的系统在旱季通常不能满负荷运行，降雨时，系统又很难把所有的雨水收集处理，雨水进入中水系统往往造成中水原水的溢流，从而造成雨水代替中水，并未真正增加水资源量。
3)对大多数宾馆饭店而言，由于有效的建筑屋顶面积有限，可收集的屋面雨水量与中水水量相比也有限，雨水进入中水系统使系统的复杂性和投入相对增加，意义不大。同时宾馆或饭店因本身占地有限，主体建筑多为高层塔楼，中水系统常建在拥挤的地下设备层，采用庞大的调蓄和处理设备通常有一定困难。
4)因屋面雨水可生化性较差，而中水系统又以生化处理为主，联合处理会影响中水生化系统的正常运行：既使以洗浴污水为中水水源时多采用物化处理方法，两者联合运行也会存在稳定性问题。综上分析，屋面雨水不宜与建筑中水系统联合
运行：但是对占地面积相对较大，尤其是建筑屋面较为集中的住宅小区或其它大型公共建筑，可利用的屋面雨水量较多，应进行充分的收集利用，并进行不同方案比较或考虑设置独立雨水收集利用系统。
4独立的雨水收集利用系统根据初期弃流后的屋面雨水水质的情况和实验结果，采用以下处理流程，其出水水质可满足《生活杂用水水质标准》要求。屋面雨水一雨落管一初期弃流装置一贮水池一泵一加药装置一滤池一中水池一消毒装置一中水利用在流程中，屋面雨水经雨落管进入初期弃流装置：经初期弃流后的雨水通过贮水池收集，贮水池容积大小根据当地的暴雨强度公式，绘出不同历时的雨量曲线来确定。处理后的雨水可用于小区各种生活杂用水，如绿化、喷洒路面等。
5小结
1)在目前水资源紧张、水污染加重、城市生态环境恶化的情况下，城市雨水作为补充水源加以开发利用，势在必行。
2)在不同介质汇流的雨水中以屋面雨水利用价值最高。但屋面初期径流雨水污染较重，收集利用时应考虑初期弃流，初期弃流量约为2mm。根据实验研究结果表明屋面雨水水质可生化性较差，宜采用物化处理。
3)不同中水水源采用工艺及投资不同。现行建筑中水系统自身仍存在诸多问题。
4)考虑到雨水水量水质以及建筑中水系统的特点，雨水不宜与建筑中水系统联合运行，宜单弛收当然，小区雨水利用过程应包括雨水的收集、处理和利用相对独立的三个部分，同时考虑到雨水的季节和时间波动性很大，且往往无法预测。因此既要考虑尽可能充分地利用雨水，又应兼顾经济可行．并对不同方案做技术经济分析。同时中水回用以及雨水利用要与区域性水资源利用结合起来，与域市规划及其景观设置统筹考虑，通过全面规划、合理布局达到协调统一，避免重复投资，体现规模效益。
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