汉口北地铁停车场屋面雨水回用设计
摘 要 汉口北地铁停车场的中水回用系统由生产废水处理系统、屋面雨水处理系统和存储加压回用系统构成，其中，屋面雨水处理系统由屋面雨水初期弃流装置、雨水储水池、雨水处理装置构成，介绍了通过计算每场雨的可收集水量来确定雨水储水池大小的方法。雨水经处理后，出水可达回用标准，可回用于场区内洗车、绿化和道路浇洒。理论上，全年再生利用生产废水与屋面雨水合计约３３４５９ｍ３，占全年中水总需求水量的８４．５％，其中再生利用屋面雨水１６ ７０７ｍ３，占全年中水总用水量的４２．２％。
关键词 地铁停车场 屋面雨水 回用 雨水储水池
１ 工程概况
１．１ 汉口北地铁停车场概况
汉口北地铁停车场是武汉市轨道交通１号线工程的一部分，承担部分配属车的运用、停放、列检及周月检工作。停车场的总用地面积８９１１０ｍ２，场内配套建有运用库（由月检库和列车列检库组成）、洗车库、综合楼、司机宿舍、污水处理站等建筑，其中运用库屋面面积为１８ ６８６ｍ２。
停车场设计平均日用水量为２４０ｍ３／ｄ，其中生活用水为７０ｍ３／ｄ，生产用水为
６０ｍ３／ｄ，用于洗车、绿化、道路浇洒的水量为１１０ｍ３／ｄ。为节约用水，减少污水排放，实现雨、废水的资源化，降低日常运营成本，对于洗车、绿化、道路浇洒用水拟采用中水作为水源。
１．２ 中水水源
本项目可用的中水水源包括生活污水、生产废水和雨水。原水收集率按９０％考虑时，生活污水水量为６３ｍ３／ｄ，生产废水水量为５４ｍ３／ｄ。考虑中水要回用于洗车，与人体有接触，且生活污水处理难达标，易滋生细菌，因此生活污水不作为回用水水源。
生产废水水量不能满足中水用水量需求，拟采用雨水作为中水的补给水源。场区内雨水经过的下垫面主要有屋面、道路、绿化３种。根据我国城市卫生状况及对雨水水质测定的实际情况：地面径流雨水水质较差，城市道路初期雨水中的 ＣＯＤＣｒ通常高达３０００～４０００ｍｇ／Ｌ；绿地径流雨水基本以渗透为主，可收集雨量有限；屋面雨水水质较好，径流量大，便于收集利用，其利用价值最高［１］。因此，雨水收集回用系统应优先收集屋面雨水，不宜收集机动车道路等污染严重的下垫面上的雨水［２］。本项目收集运用库屋面雨水作为中水的补给水源。
１．３ 处理流程
汉口北地铁停车场的中水回用系统由生产废水处理系统、屋面雨水处理系统及存储加压回用系统等３部分组成。工艺流程如图１。
生产废水处理系统主要处理月检库、列车列检库及洗车库产生的生产废水，采用“斜板沉淀隔油池＋一体化气浮过滤设备”工艺。该工艺广泛应用于铁路系统生产废水处理中，出水符合《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（ＧＢ／Ｔ １８９２０—２００２）的规定，可满足场内回用要求［３］。
在本项目中，结合国内外屋面雨水应用现状，参考市场最新雨水弃流收集、处理装置，进行了屋面雨水回用设计。
２ 汉口北地铁停车场屋面雨水系统
汉口北地铁停车场屋面雨水处理系统由屋面雨水初期弃流装置、雨水储水池、雨水处理装置构成，见图２。
２．１ 屋面雨水初期弃流装置
屋面雨水初期弃流装置由雨水立管、电动阀、雨水收集管、控制箱、计量装置、控制线路等构成。其运行过程如下：屋面雨水沿立管下流的过程中，会经过计量装置。计量装置用于检测屋面初期径流量，并通过控制箱控制电动阀的关闭。降雨初期电动阀处于打开状态，初期径流通过弃流管排至室外雨水管网，当降雨厚度达到设定初期弃流量时，电动阀变成关闭状态，开始收集屋面的优质雨水。优质雨水通过雨水收集管进入储水池。
２．２ 雨水储水池
雨水储水池计算是雨水收集系统设计的技术难点。雨水储水池的大小对雨水收集处理系统影响很大。当雨水储水池设计偏小，则储水池排空快，利用率提高，但储存雨水量小，无雨水可利用时需要自来水进行补给；当储水池体积设计过大，则工程造价会增加，雨水停留时间增加，水体二次污染可能性大，增加加药循环处理成本。
根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》，雨水储水池的有效储水容积不宜小于积水面重现期１～２年日雨水设计径流总量扣除设计初期径流弃流量。根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范实施指南》，武汉１年一遇日降雨量为６１．３ｍｍ，２年一遇日降雨量为１０２．６ｍｍ。当屋面弃流径流厚度按２ｍｍ 考虑，重现期为１年时，计算确定的雨水储水池的有效储水容积不宜小于９９８ｍ３。据此设置雨水储水池，存在池子偏大，利用率低，投资回收期长等问题。
当资料具备时，储存设施的有效容积也可根据逐日降水量和逐日用水量经模拟计算确定，但实际降雨的时间分布有很大的不确定性，连续无雨或者连续降雨的设计天数难以确定［４］。
在本项目的雨水储水池计算中，通过考虑降雨量季节分布不均、引入降雨场次等参数，提出了一种较适合工程实际的计算方法，即通过计算每场雨的可收集水量来确定雨水储水池的大小。结合汉口北地铁停车场雨水收集处理系统储水池进行说明。
武汉市雨量充沛，多年平均降雨量为１２６１．２ｍｍ。降雨季节分配不均，多年平均逐月降雨量见表１。
武汉市降雨量主要集中在４～９月，多年的平均降雨总量为９５７．５ｍｍ，占全年的７５．９％，期间的平均降雨场次约为１５场／月。平均每场雨的可收集屋面雨水量的计算方法如下：
Ｖ ＝ΨＨＦ×１０＝０．９×８．６４×１．８７×１０＝１４５．４１（ｍ３／场）
式中Ｖ———４～９月每场雨的降雨量，ｍ３／场；
Ψ———径流系数，取０．９；
Ｈ———４～９月每场雨的设计降雨厚度，ｍｍ（经计算每场雨平均降雨厚度为１０．６４ｍｍ，屋面弃流径流厚度取２ｍｍ，则每场降雨厚度为８．６４ｍｍ）；
Ｆ———汇水面积，ｈｍ２；
１０———单位换算系数。
本项目的雨水储水池有效储水容积按１４５．４１ｍ３考虑，参照国家标准图集０５Ｓ８０４，选用Ｖ＝１５０ｍ３的矩形钢筋混凝土水池１座，作为雨水储水池。屋面雨水在雨水储水池的停留时间约为２ｄ。
２．３ 雨水处理装置
在“国家水体污染控制与治理科技重大专项”的子课题“巢湖流域城区雨污收集、处理及径流污染控制技术及示范”中，对武汉市屋面雨水水质特性进行过分析研究［５］。参照其研究成果，结合运用库屋面经过初期弃流后水质较好的情况，雨水处理装置的进水水质见表２。
根据雨水水质和雨水储水池大小选用处理水量为３０ｍ３／ｈ的雨水处理装置１台。该装置经过曝气充氧、浮选去泡、渗井精滤等流程，出水符合《城市污水再生利用城市杂用水 水质》（ＧＢ／Ｔ １８９２０—２００２）的规定，可满足场内回用要求。
２．４ 主要设备及构筑物
屋面雨水处理系统的主要设备及构筑物见表３。
３ 水量平衡分析
本项目对中水需水量、生产废水水量、屋面雨水可收集水量及自来水补给量在理论上进行了水量平衡计算分析（见表４）。
通过水量平衡分析，５～９月雨、废水的回用水量可满足中水用水量需求。全年再生利用雨、废水３３４５９ｍ３，占全年中水总用水量的８４．５％，其中全年再生利用屋面雨水１６ ７０７ｍ３，占全年中水总用水量的４２．２％。在１０月～次年４月，屋面雨水不能满足中水用水量需求，需采用自来水补给，全年补给量为６１４１ｍ３，占 全年中水总用水量的１５．５％。
４ 结语
（１）汉口北地铁停车场中水回用系统由屋面雨水处理系统、生产废水处理系统和存储加压回用系统构成。经处理达标后的水可回用于洗车，绿化和道路浇洒。
（２）屋面雨水处理系统由屋面雨水初期弃流装置、雨水储水池、雨水处理装置构成。弃流后的优质屋面雨水经雨水处理装置处理后，出水可达回用标准。
（３）根据规范，考虑武汉市降雨量季节分布不均，提出通过计算每场雨的可收集水量来确定雨水储水池大小的计算方法，结合本项目进行了具体说明。
（４）通过水量平衡分析，全年再生利用雨、废水３３４５９ｍ３，占全年中水总用水量的８４．５％，其中全年再生利用屋面雨水１６ ７０７ｍ３，占全年中水总用水量的４２．２％。
参考文献
１ 曹秀琴，车武．城市屋面雨水收集利用系统方案设计分析．给水排水，２００２，２８（１）：１３～１５
２ ＧＢ ５０４００—２００６ 建筑与小区雨水利用工程技术规范
３ 吴伟立．含油废水处理技术研究进展．大众科技，２００９，１：１０１～１０３４ 叶翠莲．建筑屋面雨水简易利用的分析探讨．给水排水，２００７，３３（增刊）：２７２～２７５
５ 沈君．武汉市屋面雨水水质特性分析：［学位论文］．武汉：武汉理工大学，２００９
京公网安备 11010202007575号