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(shè)計研究院有限公司,北京 100045;2 北京市市政工程設(shè)計研究總院,北京 100082;北京市水科學技術(shù)研究院,北京 100044)
1 規(guī)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(qū)。同時,隨著城市化進程的不斷發(fā)展,城市地區(qū)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(nèi)澇頻現(xiàn),給人們的生命和財產(chǎn)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(xù)出臺了一系列相關(guān)政策并于2009年組織編寫并頒布了北京市地方性規(guī)程《城市雨水利用工程技術(shù)規(guī)程》(DB11/T 685-2009)為北京市雨水利用工程建設(shè)提供了強有力的支持。
近幾年北京市強降雨頻現(xiàn),雨水利用系統(tǒng)降低外排雨水量,減輕洪澇現(xiàn)象的重要性更加突出。在北京市規(guī)委組織倡導下,由北京市建筑設(shè)計研究院有限公司、北京市市政工程設(shè)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(shè)計研究院、北京建筑大學、北京泰寧科創(chuàng)有限公司為參編單位的編制組根據(jù)京質(zhì)監(jiān)標發(fā)[2012]20號文件,編制《雨水控制與利用工程設(shè)計規(guī)范》(DB11/685-2013,以下簡稱“規(guī)范”)。“規(guī)范”將升格為工程建設(shè)標準,編制完成后將替代《城市雨水利用工程技術(shù)規(guī)程》(DB11/T 685-2009),成為指導北京市雨水利用工程的新的技術(shù)標準。“規(guī)范”于2014年2月1日起實施,是全國第一本強制性執(zhí)行的有關(guān)雨水控制與利用的地方規(guī)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(zhì)型缺水嚴重的城市。北京地區(qū)多年年降雨量統(tǒng)計見表1。北京地區(qū)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(qū)河谷潛流補給及地表水體入滲補給,全市平原區(qū)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(guān)關(guān)系,基本處于動態(tài)均衡狀態(tài),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(xù)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(xiàn)暴雨或連續(xù)性降雨。北京地區(qū)不同月份降雨量比例見圖2。
圖2北京地區(qū)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(shè)想的城市之一,早在20世紀90年代初,就提出了北京城區(qū)雨洪利用的對策和技術(shù)。2000年北京市啟動中德合作“北京城區(qū)雨洪控制與利用”項目,歷經(jīng)5年,共建設(shè)5種模式、6個不同雨洪利用工程示范小區(qū)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(fā)展,至2012年底,城鎮(zhèn)共建設(shè)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(shè)概況見表2。
2.3北京市政府相關(guān)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(guān)規(guī)定頻出。以經(jīng)濟管理、技術(shù)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(tài)的可持續(xù)發(fā)展。
2000年北京市政府頒布了《北京市節(jié)約用水若干規(guī)定》(66號令),首次對雨水利用進行了明確的規(guī)定。以后的2003至2012的十年間,北京市人民政府及其相關(guān)管理部門:北京市規(guī)劃委員會和水利局、發(fā)改委、建委等多次下發(fā)相應規(guī)定,自2012年起雨水控制與利用工程已納入規(guī)劃審批管理體系,與總體工程同時審理。2012年北京市規(guī)劃委員會頒布了“關(guān)于加強雨水利用工程規(guī)劃管理有關(guān)事項的通知(試行)( [2012] 791號)”和“新建建設(shè)工程雨水控制與利用技術(shù)要點(暫行)的通知([2012]1316號)”,從規(guī)劃設(shè)計層面對北京市新、改、擴建工程設(shè)置雨水控制與利用工程及其設(shè)施規(guī)模提出明確要求。對北京市雨水控制與利用的工程建設(shè)起到了重要的推廣指導作用。
來源:《給水排水》雜志
3規(guī)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(fā)利用的關(guān)鍵問題之一——雨水利用研究”課題的研究,對屋頂——滲井系統(tǒng)和草坪攔蓄雨洪的效果進行了初步研究。1996年在天秀小區(qū)等進行了雨水利用示范工程建設(shè),并逐漸推廣至2008年奧運工程得到廣泛實施,經(jīng)歷了近二十年,積累了豐富的經(jīng)驗。經(jīng)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(qū)域積水現(xiàn)象,對減輕洪澇災害發(fā)揮了重要作用。目前,雨水控制與利用技術(shù)已在奧運中心區(qū)下沉花園、國家體育場、雙紫園小區(qū)、奧運中心區(qū)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(qū)已具備了理論基礎(chǔ)并積累了豐富的工程經(jīng)驗。因此,總結(jié)、完善雨水控制與利用工程技術(shù)體系。及時編制北京地區(qū)的雨水利用工程設(shè)計標準,對推廣雨水控制與利用工程經(jīng)驗,從技術(shù)上規(guī)范、指導北京地區(qū)雨水利用工程的規(guī)劃、設(shè)計,將對雨水控制與利用工程的規(guī)劃、設(shè)計起到重要指導作用,使其做到經(jīng)濟合理、安全可靠;對北京地區(qū)的雨水控制與利用工程建設(shè),具有非常重要的意義。
3.2 主導思想
“規(guī)范”以低影響開發(fā)的理念(LID)為主導理念。強調(diào)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(fā)產(chǎn)生的降雨徑流對環(huán)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(tài)的雨水系統(tǒng)對降雨進行控制和利用;最大限度的減少場地開發(fā)對城市排水的壓力和原有水文和水生態(tài)環(huán)境的破壞。降低地面徑流水量對地表、河道水體產(chǎn)生不良的沖擊影響,同時減輕因此產(chǎn)生的面源污染對環(huán)境的影響和建成區(qū)排水管網(wǎng)等基礎(chǔ)市政設(shè)施的沖擊。低影響開發(fā)提倡雨水的源頭及分散控制,恢復場地開發(fā)前的水文狀態(tài)。“規(guī)范”的編制以該理念為基礎(chǔ),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(nèi)澇災害,并最終實現(xiàn)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(yè)的系統(tǒng)工程,應從源頭開始加以控制,制定雨水規(guī)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(jù)北京地區(qū)具體情況還需要市政設(shè)施建設(shè)和管理部門的參與,這需要多專業(yè)、多部門間的協(xié)調(diào)配合才能實現(xiàn)合理的規(guī)劃與設(shè)計,因此,本規(guī)范并不局限于給排水專業(yè)。
“規(guī)范”從滿足工程建設(shè)需要出發(fā),更新北京地區(qū)降雨資料和暴雨強度公式。以低影響開發(fā)為理念,通過工程實例調(diào)研、文獻整理及典型案例試算,結(jié)合北京市相關(guān)政策提出雨水控制與利用標準,整理完善雨水規(guī)劃和雨水控制與利用工程設(shè)計所需的各項參數(shù)和計算方法,歸納出入滲、儲存及調(diào)蓄等雨水控制與利用系統(tǒng)的設(shè)計方法。為北京市的雨水控制與利用工程建設(shè)提供技術(shù)支持。
3.3 章節(jié)設(shè)置
“規(guī)范”分為總則、術(shù)語符號、設(shè)計計算、建筑與小區(qū)、市政工程五個章節(jié)。設(shè)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(shù)、水質(zhì)指標、蒸發(fā)量、滲透系統(tǒng)等設(shè)計參數(shù)單獨編為一節(jié)為設(shè)計參數(shù);雨水徑流總量、設(shè)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(jié),便于設(shè)計人員采用?紤]到工程性質(zhì)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(qū)和市政工程雨水控制與利用分別成章,避免執(zhí)行中出現(xiàn)不必要的分歧。
來源:《給水排水》雜志
4. 主要內(nèi)容簡介
“規(guī)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(shè)項目的規(guī)劃和設(shè)計應包括雨水控制與利用的內(nèi)容。雨水控制與利用設(shè)施應與項目主體工程同時規(guī)劃設(shè)計、同時施工、同時投入使用。”強調(diào)雨水控制與利用工程的重要性,因國家全文強制標準《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》GB50788中相應有條款“城鎮(zhèn)給水排水系統(tǒng)中有關(guān)生產(chǎn)安全、環(huán)境保護和節(jié)水設(shè)施的建設(shè),應與主體工程同時設(shè)計、同時施工、同時投產(chǎn)使用。”同時“北京水務局在《關(guān)于加強建設(shè)項目雨水利用工作的通知》京水務節(jié)【2006】42號及規(guī)劃委“關(guān)于加強雨水利用工程規(guī)劃管理有關(guān)事項的通知(試行)( [2012] 791號)”和“新建建設(shè)工程雨水控制與利用技術(shù)要點(暫行)的通知([2012]1316號)”中均明確提出相同要求。本條款設(shè)為強制性條款。
“1.0.7雨水控制與利用設(shè)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(zhì)災害及損害建筑物,下列場所不得采用雨水入滲系統(tǒng):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(zhì)場所。”;“4.8.9 雨水回用系統(tǒng)應采取防止誤飲誤用措施。雨水供水管外壁應按設(shè)計規(guī)定涂色或標識。當設(shè)有取水口時,應設(shè)鎖具或?qū)iT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(chǎn)安全,身體健康列強制性條款。
4.1 主要控制參數(shù)
“規(guī)范”中涉及計算的參數(shù)主要包括典型降雨資料、徑流系數(shù)、滲透系數(shù)、回用水定額等。主要計算內(nèi)容包括徑流總量計算、設(shè)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(shè)施滲透量計算等。為增加《“規(guī)范”的可操作性,修編過程中編制組在已有工作經(jīng)驗和計算機模型模擬的基礎(chǔ)上,盡量減化計算,將設(shè)計所需的計算和控制指標參數(shù)化,便于設(shè)計人員應用。如項目控制徑流系數(shù)、工程所需配建雨水調(diào)蓄設(shè)施、透水鋪裝面積等指標。
“規(guī)范”規(guī)定“雨水控制與利用工程的設(shè)計標準,應使得建設(shè)區(qū)域的外排水總量不大于開發(fā)前的水平,并滿足以下要求:1 已建成城區(qū)的外排雨水流量徑流系數(shù)不大于0.5;2 新開發(fā)區(qū)域外排雨水流量徑流系數(shù)不大于0.4;3 外排雨水峰值流量不大于市政管網(wǎng)的接納能力。”要求已建成城區(qū)的外排雨水流量徑流系數(shù)不大于0.5,由于在GB 50400《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定“建設(shè)用地雨水外排流量徑流系數(shù)宜按扣損法經(jīng)計算確定,資料不足時可采用0.25~0.4”,當溢流排水的設(shè)計重現(xiàn)期比雨水利用設(shè)施的降雨量設(shè)計重現(xiàn)期大1年以內(nèi)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(qū)按3年至5年的重現(xiàn)期標準,已建城區(qū)的外排徑流系數(shù)應取0.5;同時,GB 50014《室外排水設(shè)計規(guī)范》中,提出“北京市的綜合徑流系數(shù)為0.5~0.7”,即市政設(shè)施要求建設(shè)項目控制的外排雨水徑流系數(shù)為0.5~0.7;參考北京市地方規(guī)劃對已建城區(qū)的外排徑流系數(shù)規(guī)定為不大于0.55,另外,考慮到已建成區(qū)域的用地緊張,硬化程度普遍較高,加大滯蓄設(shè)施成本較高,不經(jīng)濟。新開發(fā)區(qū)域外排雨水流量徑流系數(shù)不大于0.4,因為新建區(qū)域的開發(fā)前狀態(tài)為農(nóng)田或綠地,綠地的流量徑流系數(shù)般為0.3,當綠地土壤飽和后,徑流系數(shù)可達到0.4。為滿足低影響開發(fā)的要求,新發(fā)區(qū)域開發(fā)后外排總量應不大于開發(fā)前的水平;規(guī)范編制初期北京市建筑設(shè)計研究院有限公司對多個已建成的新開發(fā)區(qū)域內(nèi)的雨水設(shè)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(qū)域內(nèi)的雨水設(shè)施在5年重現(xiàn)期下能控制區(qū)域的外排雨水流量徑流系數(shù)不大于0.4時,區(qū)域內(nèi)的雨水設(shè)計標準即可達到年均徑流總量控制率大于0.85,即區(qū)域內(nèi)的年均外排雨水徑流系數(shù)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(tǒng)的良性循環(huán),要使硬化地面恢復到自然地貌的環(huán)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(jīng)濟性和維持區(qū)域性水環(huán)境的良性循環(huán)角度出發(fā),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(shù)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(shè)計研究院有限公司對實際建設(shè)項目進行研究計算,并經(jīng)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(xiàn)期標準下,外排雨水流量徑流系數(shù)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(shù)的取值不宜小于0.4這一數(shù)值。
“4.2.3雨水控制與利用規(guī)劃應優(yōu)先利用低洼地形、下凹式綠地、透水鋪裝等設(shè)施減少外排雨水量,并滿足以下規(guī)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(diào)蓄設(shè)施,具體配建標準為:每千平方米硬化面積配建調(diào)蓄容積不小于30 立方米的雨水調(diào)蓄設(shè)施;2 凡涉及綠地率指標要求的建設(shè)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(fā)區(qū)域年徑流總量控制率不低于85%;其他區(qū)域不低于70%。”本條參照市規(guī)發(fā)[2012]1316號文《新建建設(shè)工程雨水控制與利用技術(shù)要點(暫行)》中的要求作出規(guī)定。雨水調(diào)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(diào)蓄設(shè)施。每千平方米硬化面積配建30立方米的雨水調(diào)蓄設(shè)施,可控制33mm厚度的降雨,由統(tǒng)計數(shù)據(jù)可得這一數(shù)值的設(shè)計降雨量可實現(xiàn)年徑流總量控制率為85%,已經(jīng)滿足低影響開發(fā)要求;根據(jù)北京市建筑設(shè)計研究院有限公司對多個居住小區(qū)及公建項目的雨水設(shè)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(diào)蓄設(shè)施時,在3~5年重現(xiàn)期的設(shè)計降雨情況下,外排雨水峰值流量系數(shù)均能控制在不大于0.4。低影響開發(fā)是應盡可能的維持場地原有的水文狀態(tài),每千平方米配建30 立方米的雨水調(diào)蓄設(shè)施,已經(jīng)滿足了開發(fā)前的水平。雨水控制與利用不提倡多做雨水調(diào)蓄池,鼓勵利用景觀水體、收集池、下滲設(shè)施等作為調(diào)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(jù)具體情況開發(fā)雨水收集池和調(diào)蓄池作為自然災害發(fā)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(qū)域的降雨,對整個區(qū)域的滯蓄作用不大,此部分下凹空間不計算在調(diào)蓄空間內(nèi)。其他雨水設(shè)施如具有調(diào)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(shè)施等均對區(qū)域雨水調(diào)蓄起到作用,因此將雨水調(diào)節(jié)池容積、景觀水體的調(diào)蓄空間、雨水收集池排空后的容積、洼地及入滲設(shè)施的調(diào)蓄容積計算在調(diào)蓄空間內(nèi)。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(huán)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(guī)劃綠地要求的綠地面積。本條款參照市規(guī)發(fā)[2012]1316號文《新建建設(shè)工程雨水控制與利用技術(shù)要點(暫行)》中的要求作出規(guī)定?紤]到目前建設(shè)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(qū)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(shù)手段
其中包括透水鋪裝、下凹綠地、生物滯留設(shè)施、滲透池、雨水儲存池等。規(guī)范中對常見技術(shù)手段及工程方法都做了較為細致的規(guī)定。
透水鋪裝:透水鋪裝地面設(shè)計降雨量應不小于45mm,降雨持續(xù)時間為60min,透水鋪裝地面結(jié)構(gòu)應符合行業(yè)標準,同時滿足當透水鋪裝設(shè)置在地下室頂板上時,其覆土厚度不應小于600mm,并應增設(shè)排水層;透水面層滲透系數(shù)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(yǎng)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(yè)標準要求。透水找平層滲透系數(shù)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(shù)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(shè)置入滲池、入滲井等入滲設(shè)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(shè)檢查口或檢查井,檢查口下方的池底應設(shè)集泥坑,當有分格時,每格都應設(shè)檢查口和集泥坑,池底設(shè)不小于5%的坡度坡向集泥坑,檢查口附近宜設(shè)給水栓;當不具備設(shè)置排泥設(shè)施或排泥確有困難時,應設(shè)攪拌沖洗管道,攪拌沖洗水源應采用儲存的雨水;應設(shè)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(jié)
《雨水控制與利用工程設(shè)計規(guī)范》(DB11/685-2013)由項目立項到送審稿評審、報批,經(jīng)過多次編制組工作會及專家會討論,歷經(jīng)了近兩年的時間,目前已由北京市規(guī)劃委員會和北京市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合發(fā)布,于2014年2月1日起全面實施。“規(guī)范”作為工程建設(shè)標準,可以從技術(shù)上規(guī)范、指導北京地區(qū)雨水控制與利用工程的規(guī)劃和設(shè)計,推動北京地區(qū)雨水控制與利用工程建設(shè)的發(fā)展,為地區(qū)雨水綜合利用和水生態(tài)環(huán)境的改善提供有力的技術(shù)幫助。這只是“規(guī)范”推廣應用的第一步,同時,“規(guī)范”的編制工作得到了各階層人士的關(guān)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(shù)數(shù)椐是依靠以往的工程經(jīng)驗取得,得到了業(yè)內(nèi)人士的鼎力支持。在此,謹代表編制組表示感謝!望業(yè)界同仁能夠給予更多的關(guān)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。