鄭克白 1 徐宏慶1 康曉鹍1 李藝2 呂志成2 張書函3
(1北京市建筑設計研究院有限公司,北京 100045;2 北京市市政工程設計研究總院,北京 100082;北京市水科學技術研究院,北京 100044)
1 規范編制背景
北京市地處華北平原北端,水資源匱乏的海河流域,多年平均年降水量為595mm,人均水資源不足300m3,屬于嚴重缺水地區。同時,隨著城市化進程的不斷發展,城市地區不透水地面面積逐年增長,雨水資源流失、地下水位下降等問題日益突出,也造成城市內澇頻現,給人們的生命和財產安全造成危害。北京市政府十分重視雨洪減災與利用,自2000年起陸續出臺了一系列相關政策并于2009年組織編寫并頒布了北京市地方性規程《城市雨水利用工程技術規程》(DB11/T 685-2009)為北京市雨水利用工程建設提供了強有力的支持。
近幾年北京市強降雨頻現,雨水利用系統降低外排雨水量,減輕洪澇現象的重要性更加突出。在北京市規委組織倡導下,由北京市建筑設計研究院有限公司、北京市市政工程設計研究總院、北京市水利科學研究院為主編單位,中國建筑設計研究院、北京建筑大學、北京泰寧科創有限公司為參編單位的編制組根據京質監標發[2012]20號文件,編制《雨水控制與利用工程設計規范》(DB11/685-2013,以下簡稱“規范”)。“規范”將升格為工程建設標準,編制完成后將替代《城市雨水利用工程技術規程》(DB11/T 685-2009),成為指導北京市雨水利用工程的新的技術標準。“規范”于2014年2月1日起實施,是全國第一本強制性執行的有關雨水控制與利用的地方規范。
來源:《給水排水》雜志
2 北京市雨水利用工程介紹
2.1自然條件
北京市年可用水資源總量43.33億m3,人均水資源占有量不足300 m3,約為全國人均水資源占有量的1/8,屬資源型缺水和水質型缺水嚴重的城市。北京地區多年年降雨量統計見表1。北京地區土壤類型多樣,其地帶性土壤為褐土。北京市山地淋溶褐土所占面積最大,其次是普通褐土和潮土。北京市地下水主要接受大氣降水入滲補給、山區河谷潛流補給及地表水體入滲補給,全市平原區地下水多年平均補給量約為16.8 億m3,見圖1。從圖1 可以看出,1999 年以前北京市地下水埋深與地下水資源補給量呈良好的正相關關系,基本處于動態均衡狀態,1986~1998 年年末13年間全市累計降深僅為1.92 m,年降幅為0.15 m;但在1999 年以后,因連續遭遇枯水年,全市地下水埋深呈直線下降趨勢,1999~2009 年年末全市累計降深達到9.86 m,年降幅達0.90 m 。
北京地處大陸干冷氣團向東南移動的通道上,每年從10月到翌年5月受來自西伯利亞的干冷氣團控制,只有6~9月前后三個多月受到海洋暖濕氣團的影響,所以降水主要集中在夏季,年降水85%集中在6~9月份,尤其7月下旬~8月上旬極易出現暴雨或連續性降雨。北京地區不同月份降雨量比例見圖2。
圖2北京地區不同月份降雨量比例
2.2雨水控制與利用工程概況
北京市是中國最早提出雨水利用設想的城市之一,早在20世紀90年代初,就提出了北京城區雨洪利用的對策和技術。2000年北京市啟動中德合作“北京城區雨洪控制與利用”項目,歷經5年,共建設5種模式、6個不同雨洪利用工程示范小區和1個雨洪利用中心試驗場。隨后十年間在北京市政府的大力推動下,全市雨水控制與利用工程迅速發展,至2012年底,城鎮共建設雨水利用工程808處,年綜合利用雨水量5706.3萬m3。北京市近年雨水利用工程建設概況見表2。
2.3北京市政府相關政策
北京市政府對雨水控制與利用工程高度北京市政府對實施雨水控制與利用高度重視,近年來相關規定頻出。以經濟管理、技術管理、社會管理等行政和司法手段,促進雨水利用從而緩解水資源的需求,最終達到水資源及生態的可持續發展。
2000年北京市政府頒布了《北京市節約用水若干規定》(66號令),首次對雨水利用進行了明確的規定。以后的2003至2012的十年間,北京市人民政府及其相關管理部門:北京市規劃委員會和水利局、發改委、建委等多次下發相應規定,自2012年起雨水控制與利用工程已納入規劃審批管理體系,與總體工程同時審理。2012年北京市規劃委員會頒布了“關于加強雨水利用工程規劃管理有關事項的通知(試行)( [2012] 791號)”和“新建建設工程雨水控制與利用技術要點(暫行)的通知([2012]1316號)”,從規劃設計層面對北京市新、改、擴建工程設置雨水控制與利用工程及其設施規模提出明確要求。對北京市雨水控制與利用的工程建設起到了重要的推廣指導作用。
來源:《給水排水》雜志
3規范編制思路
3.1 編制目的
北京市早在20世紀90年代初,就開展了“北京市水資源開發利用的關鍵問題之一——雨水利用研究”課題的研究,對屋頂——滲井系統和草坪攔蓄雨洪的效果進行了初步研究。1996年在天秀小區等進行了雨水利用示范工程建設,并逐漸推廣至2008年奧運工程得到廣泛實施,經歷了近二十年,積累了豐富的經驗。經過工程回訪,凡實施了雨水控制與利用的工程在歷次強降雨中均不同程度的減輕了周邊區域積水現象,對減輕洪澇災害發揮了重要作用。目前,雨水控制與利用技術已在奧運中心區下沉花園、國家體育場、雙紫園小區、奧運中心區市政工程、東直門立交橋及京承高速公路等多項工程中得到應用。通過工程實踐,北京地區已具備了理論基礎并積累了豐富的工程經驗。因此,總結、完善雨水控制與利用工程技術體系。及時編制北京地區的雨水利用工程設計標準,對推廣雨水控制與利用工程經驗,從技術上規范、指導北京地區雨水利用工程的規劃、設計,將對雨水控制與利用工程的規劃、設計起到重要指導作用,使其做到經濟合理、安全可靠;對北京地區的雨水控制與利用工程建設,具有非常重要的意義。
3.2 主導思想
“規范”以低影響開發的理念(LID)為主導理念。強調在源頭匯水面維持和保護場地自然水文功能,降低因城市開發產生的降雨徑流對環境的污染沖擊和影響;合理利用綠地和景觀空間,采用分散、生態的雨水系統對降雨進行控制和利用;最大限度的減少場地開發對城市排水的壓力和原有水文和水生態環境的破壞。降低地面徑流水量對地表、河道水體產生不良的沖擊影響,同時減輕因此產生的面源污染對環境的影響和建成區排水管網等基礎市政設施的沖擊。低影響開發提倡雨水的源頭及分散控制,恢復場地開發前的水文狀態。“規范”的編制以該理念為基礎,提出加強雨水的滯蓄,削減暴雨峰值徑流,減少全年雨水的排放量,減輕城市內澇災害,并最終實現雨水資源化為總體目標。
雨水控制與利用是涉及全過程和全專業的系統工程,應從源頭開始加以控制,制定雨水規劃、控制地面匯水流域、高程及地面做法等各個方面。同時,根據北京地區具體情況還需要市政設施建設和管理部門的參與,這需要多專業、多部門間的協調配合才能實現合理的規劃與設計,因此,本規范并不局限于給排水專業。
“規范”從滿足工程建設需要出發,更新北京地區降雨資料和暴雨強度公式。以低影響開發為理念,通過工程實例調研、文獻整理及典型案例試算,結合北京市相關政策提出雨水控制與利用標準,整理完善雨水規劃和雨水控制與利用工程設計所需的各項參數和計算方法,歸納出入滲、儲存及調蓄等雨水控制與利用系統的設計方法。為北京市的雨水控制與利用工程建設提供技術支持。
3.3 章節設置
“規范”分為總則、術語符號、設計計算、建筑與小區、市政工程五個章節。設計計算為第三章,其中將涉及工程計算的降雨量資料、暴雨強度公式、徑流系數、水質指標、蒸發量、滲透系統等設計參數單獨編為一節為設計參數;雨水徑流總量、設計流量計算、回用水定額及水量平衡分析編為水量計算章節,便于設計人員采用?紤]到工程性質不同、條件不同、控制方法及指標不同,第四、五章按不同類別將建筑小區和市政工程雨水控制與利用分別成章,避免執行中出現不必要的分歧。
來源:《給水排水》雜志
4. 主要內容簡介
“規范”為強制性標準,共有強制性條款9條。其中:
“1.0.3北京市新建、改建、擴建建設項目的規劃和設計應包括雨水控制與利用的內容。雨水控制與利用設施應與項目主體工程同時規劃設計、同時施工、同時投入使用。”強調雨水控制與利用工程的重要性,因國家全文強制標準《城鎮給水排水技術規范》GB50788中相應有條款“城鎮給水排水系統中有關生產安全、環境保護和節水設施的建設,應與主體工程同時設計、同時施工、同時投產使用。”同時“北京水務局在《關于加強建設項目雨水利用工作的通知》京水務節【2006】42號及規劃委“關于加強雨水利用工程規劃管理有關事項的通知(試行)( [2012] 791號)”和“新建建設工程雨水控制與利用技術要點(暫行)的通知([2012]1316號)”中均明確提出相同要求。本條款設為強制性條款。
“1.0.7雨水控制與利用設施應采取保障公眾安全的防護措施。”;“4.4.2 雨水入滲場所應不引起地質災害及損害建筑物,下列場所不得采用雨水入滲系統:1 可能造成陡坡坍塌、滑坡災害的場所;2 自重濕陷性黃土、膨脹土和高含鹽土等特殊土壤地質場所。”;“4.8.9 雨水回用系統應采取防止誤飲誤用措施。雨水供水管外壁應按設計規定涂色或標識。當設有取水口時,應設鎖具或專門開啟工具,并有明顯的“雨水”標識。”等條款中涉及人民生命財產安全,身體健康列強制性條款。
4.1 主要控制參數
“規范”中涉及計算的參數主要包括典型降雨資料、徑流系數、滲透系數、回用水定額等。主要計算內容包括徑流總量計算、設計流量計算、雨水棄流量計算、回用量計算、水量平衡分析計算、滲透設施滲透量計算等。為增加《“規范”的可操作性,修編過程中編制組在已有工作經驗和計算機模型模擬的基礎上,盡量減化計算,將設計所需的計算和控制指標參數化,便于設計人員應用。如項目控制徑流系數、工程所需配建雨水調蓄設施、透水鋪裝面積等指標。
“規范”規定“雨水控制與利用工程的設計標準,應使得建設區域的外排水總量不大于開發前的水平,并滿足以下要求:1 已建成城區的外排雨水流量徑流系數不大于0.5;2 新開發區域外排雨水流量徑流系數不大于0.4;3 外排雨水峰值流量不大于市政管網的接納能力。”要求已建成城區的外排雨水流量徑流系數不大于0.5,由于在GB 50400《建筑與小區雨水利用工程技術規范》中規定“建設用地雨水外排流量徑流系數宜按扣損法經計算確定,資料不足時可采用0.25~0.4”,當溢流排水的設計重現期比雨水利用設施的降雨量設計重現期大1年以內時,取用下限值,當前者比后者大2年左右時,取高限值,當前者比后者大5年時,取0.5;按照目前北京地區按3年至5年的重現期標準,已建城區的外排徑流系數應取0.5;同時,GB 50014《室外排水設計規范》中,提出“北京市的綜合徑流系數為0.5~0.7”,即市政設施要求建設項目控制的外排雨水徑流系數為0.5~0.7;參考北京市地方規劃對已建城區的外排徑流系數規定為不大于0.55,另外,考慮到已建成區域的用地緊張,硬化程度普遍較高,加大滯蓄設施成本較高,不經濟。新開發區域外排雨水流量徑流系數不大于0.4,因為新建區域的開發前狀態為農田或綠地,綠地的流量徑流系數般為0.3,當綠地土壤飽和后,徑流系數可達到0.4。為滿足低影響開發的要求,新發區域開發后外排總量應不大于開發前的水平;規范編制初期北京市建筑設計研究院有限公司對多個已建成的新開發區域內的雨水設施進行回訪研究,并通過北京建筑大學應用SWMM模擬計算得出:從實際減排的效果來看,當區域內的雨水設施在5年重現期下能控制區域的外排雨水流量徑流系數不大于0.4時,區域內的雨水設計標準即可達到年均徑流總量控制率大于0.85,即區域內的年均外排雨水徑流系數為不大于0.15的水平;而且雨水的過量收集會導致原有水體的萎縮或影響水系統的良性循環,要使硬化地面恢復到自然地貌的環境水平,最佳的雨水控制量應以雨水排放量接近自然地貌為標準,因此從經濟性和維持區域性水環境的良性循環角度出發,徑流的控制率也不宜過大而應有合適的量。在自然地貌或綠地的情況下,徑流系數通常為0.15左右,即年均雨水徑流總量宜控制在85%左右。通過北京市建筑設計研究院有限公司對實際建設項目進行研究計算,并經北京建筑大學應用計算機模擬軟件校核驗證得出:在5年重現期標準下,外排雨水流量徑流系數控制在不大于0.4,即能達到對年均雨水徑流總量控制在85%的水平,因此對外排雨水流量徑流系數的取值不宜小于0.4這一數值。
“4.2.3雨水控制與利用規劃應優先利用低洼地形、下凹式綠地、透水鋪裝等設施減少外排雨水量,并滿足以下規定:1 新建工程硬化面積達2000 平方米及以上的項目,應配建雨水調蓄設施,具體配建標準為:每千平方米硬化面積配建調蓄容積不小于30 立方米的雨水調蓄設施;2 凡涉及綠地率指標要求的建設工程,綠地中至少應有 50%為用于滯留雨水的下凹式綠地;3 公共停車場、人行道、步行街、自行車道和休閑廣場、室外庭院的透水鋪裝率不小于70%;4 新開發區域年徑流總量控制率不低于85%;其他區域不低于70%。”本條參照市規發[2012]1316號文《新建建設工程雨水控制與利用技術要點(暫行)》中的要求作出規定。雨水調蓄對削減峰值流量起到非常重要的作用,基于控制大中型工程的雨水外排流量考慮,提出每2000平方米硬化面積以上的項目要配建雨水調蓄設施。每千平方米硬化面積配建30立方米的雨水調蓄設施,可控制33mm厚度的降雨,由統計數據可得這一數值的設計降雨量可實現年徑流總量控制率為85%,已經滿足低影響開發要求;根據北京市建筑設計研究院有限公司對多個居住小區及公建項目的雨水設施進行計算研究,當每千平方米硬化面積配建30立方米的雨水調蓄設施時,在3~5年重現期的設計降雨情況下,外排雨水峰值流量系數均能控制在不大于0.4。低影響開發是應盡可能的維持場地原有的水文狀態,每千平方米配建30 立方米的雨水調蓄設施,已經滿足了開發前的水平。雨水控制與利用不提倡多做雨水調蓄池,鼓勵利用景觀水體、收集池、下滲設施等作為調蓄空間,既有利于削減峰值流量,又兼顧雨水的收集利用。同時可根據具體情況開發雨水收集池和調蓄池作為自然災害發生時兼作城市備用水源的功能。由于僅下凹50mm的綠地只能消納自身區域的降雨,對整個區域的滯蓄作用不大,此部分下凹空間不計算在調蓄空間內。其他雨水設施如具有調蓄空間的景觀水體、降雨前能及時排空的雨水收集池、洼地及入滲設施等均對區域雨水調蓄起到作用,因此將雨水調節池容積、景觀水體的調蓄空間、雨水收集池排空后的容積、洼地及入滲設施的調蓄容積計算在調蓄空間內。由于下凹綠地及透水鋪裝不但有利于滯蓄雨水、削減峰值流量,同時對徑流面源污染截留、地下水位提高、改善周邊空氣環境等都有較明顯的作用,應大力推廣。綠地率指標要求指的是覆土深度滿足規劃綠地要求的綠地面積。本條款參照市規發[2012]1316號文《新建建設工程雨水控制與利用技術要點(暫行)》中的要求作出規定?紤]到目前建設項目用地緊張,地下建筑及下沉廣場日益增多,透水鋪裝下墊面條件不滿足要求的區域較多,因此維持50%下凹綠地及70%透水鋪裝的要求。
4.2 主要技術手段
其中包括透水鋪裝、下凹綠地、生物滯留設施、滲透池、雨水儲存池等。規范中對常見技術手段及工程方法都做了較為細致的規定。
透水鋪裝:透水鋪裝地面設計降雨量應不小于45mm,降雨持續時間為60min,透水鋪裝地面結構應符合行業標準,同時滿足當透水鋪裝設置在地下室頂板上時,其覆土厚度不應小于600mm,并應增設排水層;透水面層滲透系數應大于1×10-4m/s,當采用可種植植物的面層時,宜在下面墊層中混合一定比例的營養土;透水面磚的有效孔隙率應不小于8%,透水混凝土的有效孔隙率應不小于10%;當面層采用透水面磚時,其抗壓強度、抗折強度、抗磨長度等應符合行業標準要求。透水找平層滲透系數不小于面層,宜采用細石透水混凝土、干砂、碎石或石屑等,厚度宜為20~50mm;透水基層和透水底基層滲透系數應大于面層,底基層宜采用級配碎石、中、粗砂或天然級配砂礫料等,基層宜采用級配碎石或者透水混凝土;透水混凝土的有效孔隙率應大于10%,砂礫料和礫石的有效孔隙率應大于20%;墊層的厚度不宜小于150mm;且應滿足相應的承載力和抗凍要求。
下凹式綠地:應低于周邊鋪砌地面或道路,下凹深度宜為50~100mm,且不大于200mm;綠地植物應選用耐旱耐淹的品種;當采用綠地入滲時可設置入滲池、入滲井等入滲設施增加入滲能力。
雨水儲存池:可采用室外埋地式塑料模塊蓄水池、硅砂砌塊水池、混凝土水池等。應設檢查口或檢查井,檢查口下方的池底應設集泥坑,當有分格時,每格都應設檢查口和集泥坑,池底設不小于5%的坡度坡向集泥坑,檢查口附近宜設給水栓;當不具備設置排泥設施或排泥確有困難時,應設攪拌沖洗管道,攪拌沖洗水源應采用儲存的雨水;應設溢流管和通氣措施;兼作沉淀池時,進水和吸水應避免擾動池底沉積物。
來源:《給水排水》雜志
5小結
《雨水控制與利用工程設計規范》(DB11/685-2013)由項目立項到送審稿評審、報批,經過多次編制組工作會及專家會討論,歷經了近兩年的時間,目前已由北京市規劃委員會和北京市質量技術監督局聯合發布,于2014年2月1日起全面實施。“規范”作為工程建設標準,可以從技術上規范、指導北京地區雨水控制與利用工程的規劃和設計,推動北京地區雨水控制與利用工程建設的發展,為地區雨水綜合利用和水生態環境的改善提供有力的技術幫助。這只是“規范”推廣應用的第一步,同時,“規范”的編制工作得到了各階層人士的關注,在征求意見及送審階段收到了眾多的返饋意見,眾多技術數椐是依靠以往的工程經驗取得,得到了業內人士的鼎力支持。在此,謹代表編制組表示感謝!望業界同仁能夠給予更多的關注,并提出寶貴的意見和建議。
本文刊登于《給水排水》雜志2014年5月刊。