城市小区的雨水控制与雨水调蓄池的设计

     我国年降雨量约6×1012m³，折合成平均降雨水深为628mm，总雨水资源丰富。但同时我国水资源紧缺，全国有近三分之二的城市缺水或严重缺水。北京处于温暖带半湿润半干旱气候区内，多年平均降雨量584mm，总体上降水不足。为缓解这一矛盾，适应北京市的远景规划发展，低影响开发、海绵城市等概念逐渐成为雨水排水系统的设计方向，其中对雨水控制与利用系统的设计已经成为城市小区建设过程中重要的组成部分。

     1、几种主要的雨水控制方式

     1.1雨水入渗是一种雨水间接利用技术，能够补充涵养地下水。主要形式包括下凹绿地入渗、透水铺装地面入渗、植被浅沟与洼地入渗、生物滞留设施入渗、渗透管沟、入渗井、入渗池、渗透管排放系统等方式，其中，透水铺装和下凹绿地等地面入渗设施的造价较低，使用广泛。

      1.2雨水收集回用，是一种雨水直接利用技术，能够节约勇水，缓解城市水资源短缺，通过收集—处理—储存—回用，将雨水用于绿化、景观、道路冲洗、冲厕等。根据雨水水质和回用用途，选取相应的雨水处理方式，达到相应水质标准。

      1.3雨水调蓄排放是雨水滞蓄、储存和调节的统称。雨水调蓄设施包括：雨水调蓄池、具有调蓄空间的景观水体、降雨前能及时排空的雨水收集池、洼地以及入渗设施。雨水调节是在降雨期间暂时储存一定量的雨水，削减向下游排放的雨水峰值径流量、延长排放时间，但不减少排放的总量。

      2、雨水调蓄排放方式的优点

      随着城市化进程的推进，不透水地面面积增加，使得雨水径流量增大。而利用管道本身的空隙容量调节最大流量是有限的。如果在雨水管道系统上设置较大容积的调蓄池，暂存雨水径流的洪峰流量，待洪峰流量下降至设计排泄流量后，再将储存在池内的水逐渐排出。调蓄池调蓄削减了洪峰径流量，可较大的降低下游雨水干管的断面尺寸。可以使下游市政雨水管道工程造价降低很多，在经济上有重大意义。

     3、雨水调蓄池设置的位置

      调蓄设施可集中或分散设置，当集中布置时，雨水调蓄排放设施一般布置在小区雨水系统的下游。将小区内降雨先收集到雨水调蓄池中，待降雨结束后排放，能够削减园区外排径流流量峰值，减轻市政雨水管网系统的压力。

     4、雨水调蓄池的常用形式

     4.1在线式调蓄池

      在线式调蓄池通常设置在干管上。雨水从池上游干管进入调蓄池后，当调蓄池上游雨水干管中流量小于调蓄池下游雨水干管的流量时，雨水经设在池最底部的渐缩断面流槽全部流入下游干管排走。池内流槽深度等于池下游干管的直径。当调蓄池上游雨水干管中流量大于调蓄池下游雨水干管的流量时，池内逐渐被高峰时的多余水量（调蓄池上游雨水干管中流量-调蓄池下游雨水干管的流量）所充满，池内水位逐渐上升，直到调蓄池上游雨水干管中流量不断减少至小于池下游干管的通过能力调蓄池下游雨水干管的流量.池内水位才逐渐下降，直到排空为止。

     4.2离线式调蓄池

       离线式调蓄池通常设置在干管的一侧，有进水、出水管。进水管较高，其管顶一般与池内最高水位相平；出水管较低，其管底一般与池内最低水位相平。

当调蓄池上游雨水干管中流量小于超越流量时，雨水流量不进入调蓄池而直接进入下游干管。当调蓄池上游雨水干管中流量大于超越流量时，这时调蓄池上游雨水干管中流量超出超越流量的部分进入调蓄池，调蓄池开始蓄水。随着调蓄池上游雨水干管中流量的增加，调蓄池进水流量也不断增加，当调蓄池中水位达到出水管管内底时，调蓄池开始出水，调蓄池出水流量随调蓄池中水位逐渐升高而相应渐增，此时调蓄池达到最大调蓄容积，蓄池停止工作。随着时间的推移，降雨强度逐渐减小，下游市政雨水管道逐步恢复接纳能力，雨水调蓄池可以根据下游接纳能力开始退水，雨停后的放空时间一般不超过24h。

     5雨水调蓄池计算实例  东城区某居住用地项目

     本项目位于东城区南部，规划用作商业金融，总建筑面积为34807.7m2，总建设用地面积7347.6m2。

     5.1、指标统计及调蓄容积计算

     根据甲方提供设计资料的该项目建设用地总面积7347.6㎡，其中屋顶硬化面积为1705.7㎡，屋顶绿化面积1856㎡，透水铺装面积580.4㎡，绿化面积1545.7㎡，路面、广场、停车场硬化面积1659.8㎡。根据规范要求，项目需配建的雨水调蓄容积V1=3365.5/1000×30≈101m³。

     其中透水铺装设计参数如下：透水铺装面积580.4㎡，透水垫层厚度150mm，透水垫层孔隙率为30%，透水铺装蓄水容积26.1m³。

    综上，小区总蓄水容积为127.1m³，其中透水铺装提供26.1m³，雨水调蓄池提供101m³。

     6雨水调蓄池前弃流井

     根据《雨水控制与利用设计规范》DB 11/685—2013提供的1440min雨型，在降雨峰值出现前仍有一定量的降雨，该部分降雨如果全部进入调蓄池内，占用调蓄池有效调蓄容积，则势必影响调蓄池的“削峰”作用。雨水调蓄池容积是一定的，若想将调蓄容积用于雨水峰值时段内收纳储存雨水，那么应该在调蓄池进口前合理设置弃流井，在降雨初期雨流量较小时，雨水通过弃流井直接排入下游雨水市政管道或污水市政管道，不进入调蓄池。弃流井设计弃流流量的原则上不大于下游市政管网的接纳能力。

设置弃流井还可以起到弃除雨水初期径流的作用，减少杂质进入调蓄池，对后续水泵、管道等设备，装置起到一定的保护作用。对兼作雨水回用系统储水池的调蓄池，还可以起到提高水质的作用。

     6.1雨时调蓄池超越管的设置

     为保证项目的排水安全，应平行于雨水调蓄池设置超越管，同时为防止下游市政管线内雨水倒灌，超越管应设置合理的高程与坡度。

     6.2雨水调蓄池排水装置的选择

     重力排水有安全可靠的优点，当项目内部雨水管线与外部市政管线接驳点高程有足够的高差，应优先将调蓄池设计成重力排水。当采用重力排水时，调蓄池内水位逐渐上升，出水管由恒定流逐渐转为压力随着池内水位的升高，出水管流量也随之增大，当下游市政管线埋深较大且出水为非淹没出流状态时，出水管流量易超过控制排出流量。采取控制流量的措施十分必要，如设置叠梁闸或在排水管道上设置阀门，阀门的启闭可根据调蓄池水位控制。

当外部市政管线埋深较浅时，需设置水泵进行动力排水，水泵多采用潜水排污泵。水泵的设计流量可根据雨水调蓄池的发空时间确定，放空时间可按下式计算确定。

     t―放空时间（h）；

     V―调蓄池有效容积（m³）；

     Q―下游排水管道或设施的受纳能力（m³/s）；

     η―排放效率，一般可取0.3～0.9。

     7、结语

     在城市小区设计中，做好雨水控制与利用设计对于整个城市低影响开发，雨水利用系统及海绵城市建设有着深远的影响。北京主城区经过多年发展建设，各项市政设施配套基本成熟。随着城市硬化面积的不断增加，自然极端天气增多，防洪防涝设计标准的不断提高，既有雨水系统已经不能满足使用要求，但雨水管道因其自身特性，建成区内对其更新改造极为困难，有路政交通、各专业管线间拆改移的协调等诸多问题，规划管线落地实施往往不易实现。雨水控制与利用的设计思路无疑提供了一个很好的“应急”与“过度”的方案，有效的推广雨水控制与利用将会给城市排水系统建设产生深远影响。