雨水地区（共4篇）
雨水地区 篇1
20世纪90年代高速公路沥青路面才开始起步。目前在沥青路面的设计修筑技术有了长足进步的同时, 也存在不少的问题, 比如:裂缝、车辙等沥青路面的通病在高速公路许多路段都有出现, 同时由于路面在雨水和荷载的相互作用下造成的沥青路面出现的唧浆、龟裂、破碎和坑洞的现象也较为普遍。种种现象造成了沥青路面的使用寿命很难达到设计使用寿命。如何提高公路沥青路面设计及施工质量, 并将路面受雨水侵害降到最低, 从而保证公路沥青路面的使用寿命和使用品质, 是必须关注和研究的问题。
1 路面结构防水与排水设计
1.1 路面结构防水设计
在进行沥青面层结构设计时, 应将其中一层按照不透水层来考虑, 或专门设置一层隔水层用以防水。此外, 一切有利于减轻沥青路面裂缝的设计要求和措施, 均应视为对路面结构进行防水设计的要求和措施。
1.2 路面结构排水设计
1) 在干净的基层表面上设置一层沥青薄膜, 一方面将基层封闭起来, 使之避免直接受到水的冲刷, 另一方面形成一个光滑的界面, 利于水的排泄。
2) 在硬露肩的结构设计当中, 应考虑使路基层表面排出的水能迅速向路基外排泄。为此, 可设置碎石 (砾石) 垫层或盲沟等措施, 达到上述目的。
3) 在有中央分隔带时, 同样应考虑界面水的排出问题。弯道处的中央分隔带必须设置纵向排水通道, 既排路表水, 又排下渗水。
4) 地处软土地基或高填土路基上的路面, 因路基受沉降作用影响而使路面横坡随时间推移变小, 严重时会出现平坡或倒坡, 故建议此类路面横坡度的设计取值应在规范值的基础上增加0.5%～1%的预拱度, 以抵消路面横坡度的损失, 使渗入面层结构的水能沿基层较大的横坡向外顺利排泄。
2 材料的配比及设计控制
根据预先设计结构层材料要求, 运用不同的配合比进行施工。在合理选配之前, 集料的选取尤为关键。集料选取应做到洁净、含水量低、无风化、杂质含量小 , 具有足够的强度、耐磨耗性。
2.1 采用空隙率小的沥青混合料类型
密级配沥青混凝土 , 所用矿料的各种料径颗粒极配连续、相互嵌挤严密, 压实后空隙率小。尤其是 I型密式沥青混凝土, 压实后空隙率很小, 一般在5%以下, 密水性好, 可有效阻止雨水侵渗。
2.2 采用优质沥青材料和矿料
选用优质沥青材料, 防止沥青面层产生料质性病害。高速公路、一级公路、城市快速路、主干路的沥青面层, 应选用符合交通道路石油沥青技术要求的优质沥青, 以及经过试验论证、行之有效的改性沥青。其他道路的沥青面层, 可采用符合中、轻交通道路石油沥青技术要求 的沥青或改性沥青。
选用优质矿料。矿料质量的好坏, 对保证沥青面层的使用品质 和性能同样至关重要。矿料的各项质量技术要求, 在现行的沥青路面施工及验收规范中有着详尽的规定, 应严格遵照执行。这里着重强调的是, 应尽可能提高矿料与沥青的粘附性要求, 以改善沥青混凝土的水稳性。建议沥青路面表面层5级, 其他4级 。当使用属于酸性岩石的矿料时, 应采取有效的抗剥离措施。
2.3 集料的采集必须注意的事项
1) 沥青混凝土路面集料应清洁、干燥, 无风化, 不含杂质, 规格标准, 棱角分明, 无针片状, 并具有足够的强度和耐磨性。
2) 碎石与沥青材料的粘附性对沥青混合料的强度和耐久性有极大的影响。为保证集料与沥青有良好的粘附性和抗剥落性能, 应优先选用碱性集料。对酸性材料应采取抗剥离措施以增强其对沥青的粘附性。
3) 控制好集料的来源, 集料宜自采或采用集中生产的方式。
4) 集料应堆放于清洁、干燥、地基稳定、排水良好的长堤上。所有材料应该采取防雨措施。
3 作业过程质量控制
在完成材料的选择和配合比设计之后, 就开始进入沥青混合料的摊铺和压实, 这个阶段是公路路面施工质量控制的关键所在, 在施工技术的使用上, 必须符合工程的实际需要, 各工序必须按规定顺序完成。
3.1 做好摊铺的准备工作
首先, 沥青面层摊铺前必须对中面层进行清理, 要保证面层的干净清洁, 然后再进行喷洒粘层油。在这期间, 要合理控制喷油量, 尽量做到准确、均匀, 如果过多, 就会影响到上面层的油石比。其次, 摊铺前必须要对烫平板进行加热, 温度要保持70℃以上, 为保证混合料的及时摊铺, 施工现场的等候料车应不少于5辆。
3.2 控制好沥青混合料的摊铺
在做好施工准备后, 开始正式进入摊铺阶段。在这一阶段, 必须合理的运用相关技术, 保证技术符合施工的规范。首先, 在温度的控制上, 普通沥青混合料摊铺温度不低于130～150℃, 但不要超过 180℃。而改性沥青、SMA、Superpave等混合料应提高10～20℃左右。其次, 在施工动作的控制上, 摊铺过程中要保持速度的稳定和动作的连续性, 摊铺速度要根据拌和机的产量及摊铺层厚度宽度的要求来决定, 应基本控制在2～5m/min。在整个摊铺过程中, 摊铺机螺旋送料器应不停顿地转动, 两侧应保持有不少于送料高度的2/3的混合。
3.3 提高压实度控制标准
增设现场压实后剩余空隙率检测指标碾压是沥青面层施工的最后关键工序。碾压不充分, 会使沥青混凝土面层的压实后剩余空隙率偏大, 导致雨水入渗。因此, 沥青混凝土面层施 工时, 应进行充分压实, 尽量减小压实后的剩余空隙率, 并在施工过程中现场对这一指标进行跟踪检测。
对于沥青混凝土面层的压实度标准, 应适当提高沥青混凝土面层 施工过程中的压实度控制标准, 尤其是表面层的压实度控制标准, 以使沥青面层在施工过程中得到更充分压实, 尽量减小剩余空隙率。建议沥青混凝土面层施工过程中的压实度控制标准, 在原来的基础上再提高1个百分点 , 表面层提高两个百分点。
沥青面层施工过程中, 应增设现场压实后剩余空隙率这一检测指标。关于这一指标的控制标准, 建议按照所采用沥青混合料类型的马歇尔试验技术指标中空隙率的规定高限值来控制表面层。
4 及时修复沥青路面局部破损, 有效处治各种病害
沥青路面在使用过程中, 会出现裂缝、麻面、松散、坑槽、泛油、油包、拥包, 脱皮、啃边等破损病害。若不能及时有效地处治修复, 将导致病害加重扩散 , 并引发路面渗水破坏 , 从而形成恶性循环 , 加速沥青路面破坏。针对路面使用 过程中出现的不同类型的破损病害, 应认真调查研究, 分析病害形成的原因与后果, 采取行之有效的技术措施, 及时处治修复, 以保持路面的完好状态 。
5 结语
总之, 雨水地区沥青路面的质量控制和防水, 必须从设计, 材料采选, 施工过程, 建成后的养护修复等方方面面做起, 才能建成能为人民的交通事业服好务的质量过硬的公路。
参考文献
[1]JTGD 50-2004, 公路沥青路面设计规范[S].
[2]JTJ014—97, 公路沥青路面设计规范[S].
[3]JTGF40-2004, 公路工程沥青路面施工规范[S].
[4]JTG E42-2005, 公路工程集料试验规程[S].
[5]公路沥青路面施工技术规范实施手册[Z].
雨水地区 篇2
我国是水资源严重短缺的国家, 水资源的匮乏和水环境的严重污染, 已成为制约我国经济社会发展的重要因素, 对我国的可持续发展构成了直接的威胁。目前全国有300多个城市缺水, 50多个城市严重供水不足, 不得不超采地下水和跨流域、跨地区引水, 每年造成直接经济损失达数千亿元。与此同时, 雨水作为一种长期被忽视的经济而宝贵的水资源, 一直未得到很好地利用。
雨水综合利用, 也被称为雨水资源化, 是指人们通过各种技术措施或手段将雨水资源转化为能够直接利用的水资源的过程, 也是雨水资源转化为其它形式水资源过程。在这个过程中, 雨水对人类产生了经济效益和生态效益。国外发达国家对雨水综合利用技术的研究早在很多年前就已经起步, 至今积累了丰富的运行经验。具体表现在:制定完善了一系列有关雨水综合利用的法律法规;建立了完善的屋顶蓄水和由入渗池、入渗井、入渗草地、透水地面组成的地表回灌系统;收集的雨水主要用于冲厕所、洗车、浇庭院、洗衣服和回灌地下水, 从不同程度上实现了雨水的利用。我国在近些年来已经意识到了研究开发雨水综合利用技术的必要性和紧迫性, 并且提出一些较为可行的雨水综合利用技术。
1 干旱地区变电站雨水综合利用技术研究
以榆林地区某750k V变电站为例:
榆林地区暴雨强度公式如下:
式中:i-暴雨强度 (mm/min) ;
p-设计重现期 (a) ;
t-暴雨历时 (min) 。
变电站设计场地铺设有厚度约100mm~150mm的碎石层, 有很好的蓄水作用。一般情况场地设计时地坪要求低于道路50mm~100mm, 每块场地尽量平整。因场地竖向设计平均坡度为0.005, 故在场地沿等高线方向每隔10m设挡水墙, 档水墙为外粉12砖墙。为了站区美观, 要求档墙顶标高和碎石地坪一致。碎石空隙率按30%设计, 100mm厚碎石层可储水22.5mm, 150mm厚碎石层可储水37.5mm。
根据某750k V变电站成果初步设计阶段岩土成果勘察报告书, 设计地坪下2m~3m以内土质属细砂, 且0.25mm~0.5mm粒径占23%~34%, 其属性接近中砂。
《建筑与小区雨水综合利用成果技术规范》 (GB500400-2006) , 第6.3.2条推荐细砂渗透系数值在1.16×10-5 (m/s) ~5.79×10-5 (m/s) , 即4.176~20.844 (cm/h) 。中砂渗透系数值在5.79×10-5 (m/s) ~2.31×10-4 (m/s) , 即20.844~83.16 (cm/h) 。
给排水设计手册推荐的渗透系数, 细砂渗透系数值在5 (m/d) ~10 (m/d) 之间, 即20.8~41.6 (cm/h) 。中砂渗透系数值10- (m/d) ~25 (m/d) 之间, 即41.6~104 (cm/h) 。
某750k V变电站岩土成果勘察报告书推荐渗透系数6×10-4~6×10-3 (cm/s) , 既2.16~21.6 (cm/h) 。
我们进行了场地雨水模拟渗透实验。为了保证实验的可靠性, 实验地点选在挖方区, 位于拟建主控通信楼附近, 离现场取水井约20m。半个小时模拟降雨总计169mm, 雨水完全渗透。渗透井 (井底距地面2.3m) 渗透实验9h, 平均渗透量为0.67m3/ (h·m2) 。
站区雨水主要渗透层为地坪下2m~3m土层, 该层土质属性接近中砂, 且砂质纯净。经咨询专家, 查阅资料, 认真分析研究, 结合雨水入渗时间短, 达不到渗透平衡的特点, 综合以上资料并考虑碎石对渗透面积的影响, 场地雨水渗透系数按21.6 (cm/h) 设计, 下渗率按216mm/h设计。
经计算, 重现期为100年, 最大1小时的降雨总量为68.9mm, 加上接受的道路雨水 (最大按道路场地面积比30%考虑) 20.0mm, 相当于场地内最大1小时降雨量为89.6mm。设计场地蓄水厚度最小为22.5mm, 每小时平均可渗透雨水216mm。完全可满足任何设计降雨历时总雨量的入渗要求。
3 本研究成果与同类先进成果技术指标比对分析情况简述
在干旱地区变电站采用雨水综合利用技术, 有效地解决了变电站站外排水问题, 节省了投资费用, 并且节约了宝贵的土地资源, 同时涵养地下水, 有利于改善生态环境, 具有明显的社会效益和经济效益。国外发达国家对雨水综合利用技术的研究早在很多年前就已经起步, 至今积累了丰富的运行经验。我国在近些年来已经意识到了研究开发雨水综合利用技术的必要性和紧迫性, 并且提出一些较为可行的雨水综合利用技术。虽然雨水综合利用技术在国内有一些应用的案例, 但作为一项较新型的技术在干旱地区变电站还未得到大力的推广, 只有少部分变电站将少量的雨水处理并回用于站内冲洗绿化等。
如提前规划, 可简化纵向布置, 节省土方量, 减少管道埋深, 并有利于电气设备布置。
雨水综合利用技术作为一种较新型设计技术, 需要不断总结经验, 不断研究优化工艺, 并结合成果实际情况, 对本系统进行持续改进, 从而实现变电站安全运行和环境保护的双赢局面。
4 推广应用情况及前景
经调研及现场渗透实验, 多种方案比较, 并结合变电站水文、地质资料, 设计变电站雨水系统采用场地洼地渗透系统处理场地和周边道路雨水, 渗透井分散入渗系统处理站前区屋面道路及广场雨水。该技术具有施工简单, 布置灵活, 可操作性强等优点。首次在国内750k V变电站及330k V变电站采用雨水渗透技术, 取消站外排水管建设, 减少站内排水管线, 节省投资共800余万元, 并且节约了宝贵的土地资源, 同时涵养地下水, 有利于改善生态环境, 具有明显的社会效益和经济效益。采用“就地渗透+分散渗透”方式将站内雨水进行渗透, 具有良好的应用推广前景。该成果已应用于多项750k V及330k V变电站中。
今后在类似地质条件的变电站推广应用, 提前规划, 以简化纵向布置, 节省土方量, 减少管道埋深, 并有利于电气设备布置。
5 经济及社会效益情况
雨水地区 篇3
为满足该理念在宁波地区的应用,通过试验找出满足要求并且来源丰富的土料,建立模型模拟生态滤水带的渗流过程,对生态滤水带的作用机制和优越性进行研究。试验检验所选土样渗透能力能否满足设计要求,各层土样能否很好地相互保护。
1 生态滤水带作用机制
生态滤水带采用过滤、延长停留时间和利用生物吸收营养物质达到处理雨水的效果。该系统能使水流减速滞后,对于脱氮和去除其他可溶性及小颗粒污染物特别有效。
生态滤水带的作用在于当地表径流向下渗流时,将通过一层细的介质层过滤地表径流。经处理过的水由穿孔管收集起来流向下游储存,以便再利用。在滤料层上通过产生积水提高处理效果,同时增加了径流的过滤时间,提高径流的容量。
滤料层上生长的植物可提高生态滤水带的功能。植物不仅能防止滤料层流失,而且植物生长时连续分裂土壤能防止系统被阻塞。
此外植物根系上生长的生物膜可吸附污染物,植物越密越高,过滤效果越好。生态滤水带构造图见图1。
2 生态滤水带模型设计
2.1 生态滤水带模型的宽度
根据生态滤水带设计要求,模型按照1∶1的比例,宽度为2.3 m,长度为5.0 m。
2.2 生态滤水带模型的横截面
生态滤水带的横截面包括扩展的植物储水层、滤料层、过渡层和排水层。
1)滤料层。滤料层主要用于去除污染物。它既是过滤器,也是生物膜生物降解营养物和橡胶颗粒的场所。过滤器越深,其去除能力越高,但是滤料层的深度受到当地的地形和雨水管道系统的控制。为使滤料层深度满足下游雨水管道的要求,滤料层采用0.5 m深。
滤料层需高传导率以提高处理水的容量和提供适宜细颗粒及有机物作为基质帮助植物生长。因此,选用砂黏土,其渗透系数为50～200 mm/h。
滤料层应敷设所需的厚度,能保持植物的生长和提供设计的饱和水力传导率。慈城新区生态滤水带的饱和水力传导率为100 mm/h,在达到设计饱和水力传导率时保证生态滤水带的设计完整性。试验材料放入、轻微地压实后,避免了沉降和不均匀排水。确保材料周期性地饱和浸透和完全排水。
2)过渡层。过渡层是介于细沙滤料层和砾石排水层之间0.1 m厚的砂层,过渡层有助于防止细砂和淤泥进入排水层。
3)排水层。为0.35 m厚砾石大小的颗粒层,内敷4根穿孔管。排水层的作用在于保护穿孔管不被由滤料层下来的细颗粒和砂子阻塞。排水层应有充分的空间以便能敷设下4根直径150 mm的穿孔管。
4)临时扩展植物储水层。在滤料层表面以上是一个深0.3 m的临时扩展植物储水层,其深度可提供蓄水能力以增加被过滤水的容量,把粗颗粒截留在表面。其深度越大,能处理水的容量也越大。但是总的深度受地形和邻近小区地面标高的限制。
3 试验方法与步骤
3.1 试验方法的选择
渗透系数为水力梯度=1时的渗透速度,是直接衡量土的透水性强弱一个重要的力学指标,只能通过试验测定。
渗透系数的测定方法分为常水头试验和变水头试验2种。前者适用于透水性强的无黏性土,后者适用于透水性弱的黏性土。各种土适宜的渗透试验方法见表1。
根据要求,材料的渗透系数为50～200 mm/h,我们选择变水头渗透试验。
3.2 试验步骤
渗透试验严格按照SL 237—1999《土工试验规程》中变水头试验进行。土样在饱和状态下进行试验。变水头试验示意图见图2。
1)开进水阀,待试验箱充满水后关闭进水阀。
2)开进水阀时启动秒表,测计试验箱时间t=t2-t1内的水位值H1与H2,h1=H1-H,h2=H2-H。
3)用KT=2.3aL/Atlg(h1/h2)得渗透系数。
4 材料选取
根据SL 265—2001《水闸设计规范》选取宁波地区的几种土样和砂进行试验,先对所选的土样和砂进行颗分曲线和级配进行分析,根据规范中滤层的设计要求,将土样按不同的组合分箱进行试验、配比计算,找出满足设计要求的过渡层砂样。根据试验证明,这些砂样通过排水层保护滤料层,从而得出合理的滤料层、过滤层级排水层的材料及配比。
滤料层根据试验确定为沙黏土,其土壤混合物组成:沙土(0.05～2.00 mm)50%～70%;粉沙土(0.002～0.050 mm)5%～30%;黏土(<0.002 mm)5%～15%;有机物含量5%～10%;土壤混合物pH值6.0～7.5。
过渡层的材料应为砂/粗砂材料,典型的颗粒尺寸分布:1.0～1.4 mm,20%;0.7～1.0 mm,36%;0.5～0.7 mm,35.6%;<0.5 mm,8.4%。
排水层厚350 mm,由大小均匀的砾石(粒径为2～10 mm)、内敷直径150 mm的透水管铺设而成。排水层的作用是保护透水管不被过滤层下来的细颗粒和沙子阻塞。
利用前期试验的土样进行4个月种植试验,观察测算不同的配比。
1)试验土样上种植植物,植物易于生长,经过一段时间的养护,根系生长发达、长势很好。
2)所选土样从观察窗口看各层分界线十分明显,下层均起到保护上层的作用,且各箱渗透系数的变化趋势一致。充分说明所选的滤料层、排水层土样尚好。
3)所测渗透系数比没有种植植物前大了许多,说明模型箱中种植植物后,植物根系打通了很多渗流通道,使得水流流速加快。
4)生态带的滤料层内种植植物,不仅能防止滤料层的流失,而且植物生长时连续性的分裂土壤能防止系统被阻塞,此外植物根系上生长的生物膜可吸附污染物。
(1)生态带中占主导地位的植物应是地被植物或草本植物,其要求:具有广泛的根系组织,扩散而不是丛生的生长方式;垂直向上生长且成熟后的高度应高出储水层顶部;能承受沙质土壤,承受较长的干旱期和偶尔的浸泡;具有稠密的线状叶子和抗霜性。如栗褐苔草、长穗苔草、中华苔草、式子苔草、倭竹、狼尾草、天竹、美人蕉、鸢尾等。
(2)生态带中占非主导地位的植物应是灌木或行道树,其要求:临近地面具有稀疏的叶子使地被植物能在其树枝下良好生长;四季常绿,对树木周期性落叶需要及时清除;应能经受旱期和雨季。如水腊树、含笑、木芙蓉、十大功劳、珍珠绣线球、珊瑚树等。
5 生态滤水带的试验结果
经过近半年的时间,完成了从设计试验方案、选样、建立模型、试验观察到结果分析等整个试验过程,试验结果令人满意。
1)所选土样经过多次的渗透试验,3层土样间(滤料层、过渡层和排水层)相互保护能力较好,没有出现堵塞等不良现象。
2)渗透率一直控制在50～300 mm/h,所选土样开始在松散状态下,随着试验的进行,在渗透力与天然自重的作用下被逐渐压实,其渗透系数逐渐减小,最后趋于稳定。种植植物以后,开始阶段植物的根系没有发挥作用,故其渗透系数与没有种植植物的相差不大。随着植物根系的生长,被压实的渗透通道又被打通,其渗透系数逐渐增大,最后又趋于稳定。渗透系数与试验次数关系见图3。
3)对生态带过滤净化效果进行验证,在进水箱内充入比较混浊的水,从出水口接水,结果发现出水比较清澈,与进水比较,混浊程度有明显改善。采用光电测光仪测得所取水样的消光值与透光度见表2。
6 结语
本次试验为宁波慈城新区雨水生态带的设计施工提供了详细规范性的指导意见。生态滤水带的应用研究是一个前瞻性较强的课题,它积极响应了我国“注重生态和环境保护”的方针政策,具有良好的环境效益和社会效益,各地可根据本区域的地方材料提出相应的材料组成及配比进行实施,提高城市品位和社会及环境效益。
摘要：结合宁波地区的实际情况,进行了雨水生态滤水带的适用性研究。分析探讨了生态滤水带的作用机制、模型设计、试验方法与步骤、材料选取及试验结果,为雨水生态滤水带在宁波地区的推广应用提供了详细且规范性的指导意见。
关键词：试验,生态,过滤
参考文献
雨水地区 篇4
关键词：雨水,海绵城市,生态表皮,人工湿地
0前言
随着能源和资源的逐渐枯竭,能源逐渐影响到人们的生活。建筑建设会消耗大量资源和能源,大约占社会能源总消耗的30%,建筑运行对能源和资源再次形成高消耗。从建筑的整个使用周期分析,面对资源和能源的日趋短缺,如何在建筑中减少非可再生资源的消耗,提高可再生资源的利用水平,成为建筑设计中日趋重要的内容。建筑设计开始从粗犷的建设模式转向“建筑·环境·设计”,将建筑与环境的关系作为重要点结合于设计中。
我国淡水资源丰富,但人均占有量仅为世界人均占有量的1/4左右,耕地占有量仅为设计占有量的3/4。雨水作为除中水、海水之外的另一类大量性非传统水资源,其自身的净化成本相对于中水和海水,具有一定的经济优势。但我国雨量分布的不均衡导致雨量大的地方雨水直接排走,缺水地方无雨水可用。如何充分发挥雨水的使用价值,成为节约资源的一大问题。重庆地处我国西南地区,属亚热带季风性湿润气候,常年降水量1 000~1 450 mm,大部分降雨集中在夏季。重庆城区建筑密度大,尤其老城区,大部分降水建筑屋顶或道路路面收集后的雨水直接通过市政管道排出城市。这样存在的问题是,该地区的降水一是没能被有效利用,二是雨水的直接排放导致该区域地表水无法补充,形成热岛效应,三是容易在城市形成洪涝灾害。面对这几个问题,本文以重庆大学城树人幼儿园为例,结合“海绵城市”理论对重庆市雨水的利用进行新的尝试和可行性分析。
重庆大学城树人幼儿园紧邻树人小学,建筑用地面积8284 m2,建筑面积6 122.23 m2。建筑占地面积2 552.20 m2,道路及硬化面积3 075 m2,其余部分为绿植。该幼儿园有15个教学班级,使用人数多,对用水量上具有较高的要求。树人幼儿园已经建设完成,且基本符合当时的节能要求。但为了增加幼儿园绿色节能率,提高教室使用的舒适度,进行了节能概念性设计(见图1),并通过软件进行了部分模拟对比。在建筑的节水方面,现状是建筑中虽有部分对雨水的使用设计,但没有系统和深入研究,因此,本次以雨水利用设计为专题,深入研究该幼儿园在雨水节能设计方面的可行性。
1雨水的收集与储存设计
雨水利用成为全球普遍重视的课题,国外在城市的雨水利用较早,且已形成一定规模。目前德国新建小区中,如果没有设计雨水利用设施,政府将会收取雨洪排放设施费和雨水排放费。发达国家的雨水利用设计为我国雨水系统提供好的参考与示范作用。结合目前技术和重庆本地的地理、气候等条件对树人幼儿园的雨水收集和利用进行新的设计,雨水利用系统如图2所示。
树人幼儿园以年降雨量1 200 mm计算,幼儿园用地范围降水量为9 940.8 m3,日均27.23 m3,数量可观。经过粗略处理后可以用于绿化灌溉、卫生间冲刷等方面。因此做好雨水收集是设计的第一步。
1)屋顶雨水收集。屋顶的雨水收集分为平屋面的雨水收集和屋顶构架的雨水收集。屋面雨水收集利用比道路雨水回收利用复杂,主要包括雨水收集系统、过滤系统、贮存系统、回用系统等。屋面的雨水收集在节能改造后并没有增加难度。屋顶增设的种植屋面部分可以在蓄水种植屋面中通过溢水口排到檐沟,进而通过落水管排进地下设备区,经过过滤池过滤后存到蓄水池中待用。上人的屋面通过铺装的落雨设施经过汇水后排到落水管。屋顶构架和阳光间玻璃屋面的雨水收集则采用屋顶收集、处理、储存全部流程,便于利用重力势能为局部提供供水。为了不影响屋顶造型,屋顶构架中间的挖空部分放置太阳能电池板和板式集热器,图2中,倾斜太阳板从水平投影上可以看出,太阳板可以全截面接收雨水,再通过水槽收集到卫生间上部的过滤池和储水箱中。而阳光间顶面的双坡玻璃顶将雨水分流到两侧后,经过水管同样送到屋顶蓄水池中。
2)地面雨水集蓄。针对直接降落到绿地的雨水,除植物正常生长需求外的过量水通过下渗作用渗入地下。从设计角度,绿地略低于地面,形成下凹式绿地。周边高程高于绿地高程时,雨水通过重力作用汇聚到绿地中。过量雨水进入绿地后,通过滞蓄入渗作用,将过量的雨水收集,并透过土壤的渗透作用下渗,补充土壤层水量。植物通过根系再利用下渗雨水,可以减少灌溉用水和延长灌溉周期。降落到硬质地面的雨水一部分通过透水砖的下渗作用渗透到土地中,维持土壤的含水量稳定。部分雨水通过表面径流有组织的排到绿地中。暴雨降雨量超过绿地可容纳极限时,可将雨水排到人工水池中进行蓄洪,调节微气候。
2雨水的再利用途径设计
由于雨水在降落过程中与空气中的悬浮物及溶解性气体接触,并在形成径流过程中受到屋面材料、道路路面等因素的影响而影响水质。在地面和屋顶上收集的雨水,质量上略有区别。而使用目的不同,对雨水的洁净程度要求也不同,因此,可以区别对待,减少复杂性设备的投入,降低成本。在幼儿园节水设计中,雨水的收集主要是屋顶部分。屋顶雨水水质相对于地面,受到更少的人为污染。同时屋顶的雨水收集后可以利用雨水的重力作用进行输送,减少动力能源的消耗。考虑到屋顶集水面积较大,对屋面荷载要求高,因此,屋顶收集的雨水除部分留在卫生间顶部,大部分雨水需输送到地面蓄水池中。
屋面雨水收集作为主要存储来源,本次设计主要有四种利用方式:绿化灌溉、渗水陶管构筑的生态表皮、冲洗用水、人工水池和人工湿地调节等。使用功能的不同,对水质的要求也不同,渗水陶管对水质要求最高。
1)绿化灌溉。绿化灌溉分为屋顶绿化灌溉、墙体绿化和地面绿地灌溉。屋顶绿化为屋顶附加,从结构层上设计有蓄水层,蓄水层水量充足后,会通过泄水口将过量的雨水通过落水管输到地下蓄水池中,以备枯水期使用。地面绿地在地面雨水集蓄上具有较高的保水能力,通过根系对土壤中存储水量的吸收可以基本维持,在降水较少时期同样可以通过地下蓄水池进行灌溉。在墙体垂直绿化上的灌溉对供水的要求较高。在东西墙体的垂直绿化中采用与垂直方向10°夹角的方式减少绿植与结构的固定难度,绿植以3.0 m×2.6 m尺寸板块,并采用0.2 m×0.2 m作为格构网将绿植分块固定,而结构层内部采用滴灌技术和高保水土质层,保持一定的水分。滴灌技术的供水管道对水质要求较高,且供水频率较高,因此,采用屋顶蓄水池供水可以减少供水能耗。东西墙体的绿化,除避免太阳直射到建筑墙体起到遮挡作用外,绿植的蒸腾作用以及种植土中水的蒸发都将带走热量。东西墙体绿化与建筑墙体之间有300mm的间隙,夏季因墙体上下之间的热压差形成气流,带走墙体表面的热量。
2)渗水陶管构筑的生态表皮。渗水陶管类似于植物的蒸腾作用,植物通过根系吸收地表水,经过树叶,以蒸腾作用来降低树叶周围环境的温度,保持自身较好的光合作用活性。树叶周边低于室外干球温度,实现本身周边的纳凉。同时,树叶本身吸收周围的热辐射,释放冷辐射。在降温的作用方面,水的降温分为显热和潜热两种,水不通过相变产生的吸热或散热称为显热,通过水的蒸发或溶解等产生的吸热或散热称为潜热。1 m L水通过显热大约只能控制最多1 cal里的热量变化,而潜热的话,同样1 m L水大概能控制594 cal热量,二者相差约600倍。日本索尼大厦采用渗水陶管技术,利用水的蒸发在建筑表皮带走热量,产生冷辐射。建筑表皮降温4~10℃。在幼儿园的阳光间和卫生间的墙体部分安装渗水陶管,降低建筑表皮温度,同时冷辐射能够降低教室内和室外的温度。渗水陶管通过屋顶水箱提供供水,考虑到渗水陶管对水质要求高,因此屋顶收集的雨水需要过滤和膜技术系统净化。该系统用水为持续性,自重供水成为最佳无能耗策略。
3)冲洗用水。冲洗用水分为幼儿园卫生间冲洗用水和普通清洁用水。幼儿园卫生间冲洗用水需要考虑水的洁净且无异味,收集的雨水经过过滤沉淀储存到存储池,虽然悬浮颗粒等可以过滤,但微生物和细菌很难过滤掉,因此,经过紫外线的杀菌处理后输送到卫生间作为冲洗用水。而卫生间冲洗用水经过中水管道进行二次过滤后,粪便可制沼气,提供厨房作燃料,污水经过净化输送到西侧的人工湿地净化。硬质地面的冲洗等保洁用水可以使用地下蓄水池水,对硬质地面的冲洗可再次将雨水渗透到地面以下。
4)人工水池和人工湿地调节。人工水池和人工湿地不同,人工水池可以直接接受降雨,储存在水池中,并种植荷花等观赏性植物提高环境质量。人工水池因水分蒸发水位降低时,可以通过地下蓄水池提供水源补给。而人工湿地主要来自卫生间污水和盥洗用水,经过过滤和沉淀后排至人工湿地,人工湿地种植的植物以净化能力强的植物为主,通过植物的净化,改善水质后可以直接排放到学校紧邻的河道中,补充河水,参与水的地表流动循环。而在净化过程中,人工湿地中的水分通过水的汽化循环到大自然中,这与现在正在提倡的“海绵城市”理念相符合,雨水以最大的可能性在所降区域实现利用后返还,提高该区域水环境的稳定性,在蓄洪和避免热岛效应作用方面效果明显。
3总结
建筑作为环境中的固定元素,其自身的非可移动性决定其运行周期中会对环境产生影响。在重庆大学城树人幼儿园再设计中,从水的角度可以看出,除自来水的供应之外,雨水作为该区域的第二主要水来源,其资源的丰富性和清洁性决定雨水利用的可行性。从城市角度分析,对雨水的节流和截留能够实现与野外的雨水循环相似的模式,通过地表植物和设备共同作用,实现雨水多次利用,能最大可能维持原始生态模式。雨水的利用在我国城市发展中仍处于初级阶段,与德国、日本相比,还有很大的差距,本次设计的目的是通过个别建筑的实验形成成熟的适用技术,为雨水利用的探索和发展做出可行性模拟,为其地域性雨水利用设计提供理论支持。
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