浙江省《民用建筑雨水控制与利用设计规程》要点解析

汪 波,张 楠,王靖华

(浙江大学建筑设计研究院有限公司，浙江 杭州 310028)

1 编制背景

随着城市化进程的不断发展,城市地区不透水硬化面积逐年增长,带来雨水资源流失、地下水位下降等问题的同时,也造成城市洪涝频现,人员伤亡,经济损失严重。雨水控制与利用工程的贯彻与实施不仅可减少积水现象的发生、减轻洪涝灾害的影响,还能有效促进雨水等非传统水源的资源化利用,故全面推进和实施雨水控制与利用工程势在必行。为积极贯彻落实国务院及浙江省人民政府关于海绵城市建设的相关精神,配合“五水共治”重大举措,规范和指导雨水控制与利用的规划设计,浙江省住房和城乡建设厅组织浙江大学建筑设计研究院、浙江省城乡规划设计研究院及浙江省气候中心共同起草《民用建筑雨水控制与利用设计导则》。导则于2016年4月发布,并在全省范围内有条件实施的新开工项目中进行试行。试行3年后,编制组结合浙江省特别是嘉兴地区海绵城市建设的实践经验,经深入调查研究,参考有关国内外相关标准和规范,在广泛征求意见的基础上,完成地方标准《民用建筑雨水控制与利用设计规程(DB33/T 1167—2019》(以下简称《规程》)的编制。《规程》于2019年5月正式发布,并于10月1日起正式实施。

2 主要内容

《规程》主要研究了雨水控制与利用工程的规划控制指标及其限值，不同径流系数的适用场合，相关下垫面径流系数的取值，雨水水质指标，水量平衡计算，入渗系统在浙江省平原河网地区的适用条件，初期弃流雨水的处理方法等,并衔接浙江省海绵城市专项规划及防涝规划标准相关要求,同时采用Person(Ⅲ)极值分布函数及统计分析法对省内11地市、66个区县国家气象站30年的日降雨量数据进行了分析处理,给出了浙江省各地不同重现期(年)24 h最大降雨量、年径流总量控制率对应的设计降雨量、多年平均月蒸发量与降雨量等数据。《规程》共分9章和3个附录,主要内容包括总则、术语和符号、设计参数、雨水控制与利用系统设置、雨水收集与排除、雨水入渗、雨水储存与回用、水质处理、调蓄排放等。

3 要点解析

3.1 关于控制指标的选取与取值

浙江省民用建筑的雨水控制与利用是以年径流总量控制为核心的多指标体系,包括年径流总量控制率及雨水雨量径流系数,控制径流污染的主要指标是SS去除率；在有洪涝灾害及峰值规划要求区域则还应进行年径流峰值控制。控制指标的选取主要基于以下几点：

1) 全球气候变暖,极端性天气与气候事件频发,加上城市化进程造成的不透水硬化面积的激增,导致雨水径流的增加及洪涝的发生。另外浙江省地处我国东南沿海亚热带季风区,梅雨洪水、台风雨和局部地区的短历时强降雨等极端天气现象加重了灾害的频次及危害。为积极应对上述状况,必须对外排的年径流总量进行控制。对于受洪涝灾害影响较大的地区,还应通过消减汇流入城市管网及河道的雨水峰值流量,对径流峰值进行控制,从而达到减轻排洪压力和洪峰负荷的目的。

2) 据2018年浙江省水资源公报显示,浙江省人均年水资源占有量仅1 521 m3[1],且人口过半的浙江东部平原及滨海区水资源仅占全省总量的20%,不仅水量缺乏,而且有限的水资源还日益受到污染的威胁,其中城市雨水径流污染是重要的污染源。以浙东平原河网地区的典型城市杭州为例,有研究指出,因河网密集,雨水管道流程短,大量污染物通过地表径流进入雨水管网和城市水系之中,造成污染严重[2]。因此年径流污染控制率(以SS去除率为主)被纳入《规程》的控制指标中。

3) 径流系数与年径流总量密切相关,实际工程所控制的径流总量是在规范规定的年降雨总量控制的基础上乘以径流系数得出的[3-4],因此在规定年径流总量控制率的同时也规定外排雨水雨量径流系数。此外,年径流总量控制既包括径流体积控制,也包括污染物总量控制。满足年径流总量控制率可采用蓄存或控制下垫面径流系数的方法。

《规程》4.1.2条规定：建设用地内控制径流峰值所对应的径流系数及年径流总量控制率等应符合当地海绵城市规划控制指标要求。当无相关指标要求时,新建项目用地年径流总量控制率不得小于75%,雨水综合雨量径流系数不宜大于0.6；改扩建项目用地年径流总量控制率则适当放宽至不得小于55%,雨水综合雨量径流系数不宜大于0.7。上述条款主要依据如下：

1)新建项目用地之所以采用较高的控制率目标值,是因为新建项目在规划和方案阶段即贯彻雨水控制与利用的要求,可供选择的海绵设施及改善下垫面的措施较多,更易达到控制目标。

2)雨水的控制率目标并非越高越好,在自然状态下,雨水会通过下渗、径流以及蒸发,完成其在自然界的良性循环,而过量的收集与控制,则会影响这一循环过程,导致原有地表水体缩减或地下水位的降低。因此,雨水控制量应以雨水排放量接近开发前的自然排放量为宜(有防洪涝要求的区域除外),其雨量径流系数的控制目标值也应使得硬化后下垫面的径流系数达到开发前自然环境的水平。自然环境和条件下的径流系数一般为0.2～0.3,故要求外排雨水径流系数在项目建成硬化后不大于0.6是基本适宜的。

改扩建项目用地控制目标取值采用低值,则基于以下几点：

1)在《室外排水设计规范(GB 50014—2006)》条文说明中,列出国内一些地区采用的综合径流系数,其中杭州的综合径流系数为0.6～0.8,即市政管网的规划设计排水能力应按径流系数0.6～0.8进行控制[5]。

2)改扩建项目所处的已建成地块往往用地紧张,硬化面积占比较高,受条件所限下垫面改造的难度大,若年径流总量控制目标取值过高,将增大雨水调蓄设施的容积,增加投资,降低工程的经济性。

3)条文所规定的径流系数与浙江省《城镇防涝规划标准(DB33/1109—2015)》中的要求保持一致[6]。

对于外部地块市政设施排水能力较低的项目,外排径流峰值还需满足不超过市政管网排水能力的要求。该条款的设置主要是考虑到部分己建成区域内的市政管网设计标准较低,短时间内无法提高其排水能力,故须建设雨水调蓄设施将超过市政管网排水能力的部分雨水滞蓄在地块内。

3.2 关于渗水区厚度的取值

雨水渗透是雨水通过土壤表层的预处理(如初期弃流、土壤及植被净化等),将雨水通过自然或人工设施渗入地下的过程,其目的在于保持开发前雨水下渗状态,补充地下水,维持水在自然界的自然循环[7]。因此,雨水渗透的重要性显而易见。然而,渗透技术的不当应用将造成大气及下垫面的部分污染物进入地下,从而导致土壤及地下水污染的风险。因此，国家规范对相关土壤的渗透系数及渗水区厚度作出了详细的规定,一方面实施雨水入渗的土壤渗透系数限定在10-6～10-3m/s范围内,另一方面渗透底面距最高地下水位的高度,即渗水区厚度需尽可能的大,应满足1.0 m及以上,以保证有足够的净化效果。渗透区厚度小于1.0 m时仅能去除部分颗粒物,当厚度减小至0.5 m时,雨水中的污染物则会进入地下从而污染地下水[8]。

渗水区厚度要求虽然对浙江省大部分地区来说实施起来并不困难,但对于东部的平原河网区却很难执行。浙江省东部地势平坦,河网密集,河道常水位较高,导致地下水水位往往较高,例如杭嘉湖平原的典型城市嘉兴,地面平均标高在2.1m 左右(黄海高程,下同),自南向北微微倾斜,坡度极缓,常水位约0.8～1.2 m,而地下水位一般标高在1.1～1.8 m,渗水区厚度不足 1.0 m[9],无法满足规范的要求。同样具有高地下水位的上海地区,当地标准规定渗透设施底部与地下水季节性高水位的距离不足1.0 m时,应增设防渗膜以防止地下水污染的发生[10]。但防渗膜的大规模应用不仅阻挡了雨水的下渗通道,无法有效补充地下水,而且还会增加表层土壤的含水率从而导致径流系数的增加以及渗透能力的降低。综上,《规程》对平原河网地区渗水区的厚度做了适当放宽的规定,可按渗透面距地表水常水位(或勘察报告中的地下水位)不小于0.6 m执行。

在渗水区厚度不足的情况下,一方面要限制自然入渗技术的应用,尽量采用人工渗透设施增强对污染物的去除效果,另一方面为防止土壤及地下水的污染,应尽可能减少入渗雨水中污染物的浓度及种类。因此在进行雨水渗透规划设计阶段,应避免收集入渗容易受到污染的下垫面的径流雨水,同时减少雨水径流的路径,尽量采用就地入渗方式。

3.3 关于初期径流雨水的处理措施

地面及雨水管网中的污染物是城市水系主要污染源,而初期冲刷的径流雨水则是场次降雨中污染物浓度最高的,如果将这部分雨水不加处理直排入雨水管道,则会造成水系污染,且无法达到污染控制目标要求。

针对截留的初期径流雨水,国家规范推荐采用生态入渗、就地入渗或排入市政污水管道的措施进行处理,但由于浙江省东部平原河网地区地下水位高,加之初期雨水污染物浓度大,渗水区厚度往往无法满足污染物去除的要求,易造成土壤及地下水污染；而排入市政污水管道统一由污水处理厂处理,则一方面会造成市政污水水质波动,影响污水处理工艺的正常运行,另一方面降雨期间大量项目的初期径流雨水同时排入污水管道,又会造成污水处理厂超负荷,导致超标污水溢流,造成水体更大的污染,而且部分城市管理规定雨水不得排入市政污水管道。因此,在国家规范基础上,《规程》提出若当地排水管理部门另有规定不允许弃流雨水排入污水管道时,排入雨水管道的初期径流雨水应采取相关处理措施达到相关排放标准后排放。

初期径流雨水的处理措施可采用旋流分离装置,旋流分离装置的原理是离心力作用使水中SS向水流缓慢的中央运动,从而分离出SS。相关研究表明,采用旋流分离装置对初期径流雨水的SS去除率可达40%以上,当初期径流雨水流量减小,装置停留时间增加时,SS的去除效果则更高[11]；在旋流分离装置后续增加深度处理措施,如生态砾间接触氧化装置的情况下,处理装置甚至能有效去除初期雨水径流中的COD、TN、氨氮和TP等溶解性污染物[12]。在条件允许的情况下,也可采用生态设施(如景观水体或湿塘)对径流污染进行处理。

4 结 语

浙江省地方标准《民用建筑雨水控制与利用设计规程(DB33/T 1167—2019)》是在国家规范基础上,结合浙江省地域特点及气候特征所制定的系统性规程,《规程》的制定与实施对指导雨水控制与利用工程的规划、设计,规范相关工程的建设,具有重要意义。同时,对于提高雨水的资源化利用,减少水体治理费用，节约城市排水设施运维费用等方面,也具有一定的经济效益。随着海绵城市实践的不断推进和深入,越来越多的工程实际和经验为将来进一步丰富和完善本规程奠定基础。