２０１１年第３７卷第１期 工业安全与环保 Ｊａｎｕａｒｙ ２０１１ Ｉｎｄｕｓｔｉｒａｌ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ・４ｌ ・ 镇江市雨水利用示范工程水量平衡计算及效益分析＊ 黄勇强 吴涛 杨飚 厉晶晶 （１．江苏大学安全与环境工程中心实验室江苏镇江２１２０１３；２．镇江市城区节约用水办公室江苏镇江２１２０１３） 摘要针对镇江市某医院雨水利用示范工程，结合该医院绿化和景观用水状况及过去２０年的日降雨量、蒸发量资 料，建立相应的水量平衡方程，对区域内雨水利用系统收集和利用的雨水量进行核算。结果表明，示范工程雨水收集量能够 满足该区域内绿化用水、道路喷洒用水、水面蒸发和其他损失的水量，不需要补充自来水。该系统雨水利用率达到８１％，每 年可节约自来水１２ ５２６ ｍ３。经济效益分析表明，系统运行６年即可收回基建投资。 关键词镇江水量平衡雨水利用经济效益 Ｔｉｌｅ Ｗａｔｅｒ歌 Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｂｅｎｅｆｉｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆｌ￣ｉｎｗａｔｅｒ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｎ删ｉａｎｇ ＨＵＡＮＧ Ｙｏｎｇｑｉａｎｇｔ ｗＵ Ｔａｏ ＹＡＮＧ Ｂｉａ０ ＬＩ Ｊｉｎｇｊｉｎｇｔ （１．Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅ￣ｎｇ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｊｉｏ￣ｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｚｈｅｎｊｉｏ￣，Ｊｉａ￣ｕ ２１２０１３） Ａｂｓ恻Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｅｅｎｉｎｇ ａｎｄ ｌａＩ１ｄ８ｃａｐｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｄａｉｌｙ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ｄａｔａ ｏｆｔｈｅｌａｓｔ ２０ ｙｅａｒｓ，ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｂａｌａｎｃｅ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆｗａｔｅｒ ｖｏｌｕｍｅｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｏｒｔｈｅ ｒａｉｎｗａｔｅｒ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｊ，￣ｔ ｉｎ ａ ｈｏｓｐｉｔａｌｏｆ２￣ｌｅｎｊｉａｎｇ，ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆｒａｉｎｗａｔｅｒ，ｔｈａｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚｅｄｉｎｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｒｅｖｅａｌｓｔｈａｔｔｈｅ ｃｏｌｌｃｅｔｄｅｗａｔｅｒｏｆｔｈｉｓ ｄｅｓｉｇｎ ｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｗａｔｅｒｄｅｍａｎｄｓｏｆｇｒｅｅｎｉｎｇ。ｒｏａｄ ｓｐｒａｙｉｎｇ。Ｓｌｌｌ＇ｆａｅｅ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｋｉｎｄｓ ｏｆＷａｔｅｒｌｏｓｓ．Ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｓａｖｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｒｅａｃｈａｓ ｈｉｇｈ ａｓ ８１％。ａｎｄ１２ ５２６ｍ３ｏｆｔａｐｗａｔｅｒ ｃＡＩｎ ｂｅｓａｖｅｄ ｅｖｅｒｙ ｙｅａｒ．Ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｎａａｌｙｓｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ ｏｆｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａ｜ｌ ｂｅ ｒｅｃｏｖｅｒｅｄｉｎ ｓｉｘ ｙｅａｒｓｍｎｎ／ｎｇ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ ｗａｔｅｒ ｂａｌａＩｌｃｅ ｒｌａｎｗａｔｅｒ ｕｔｌｉｉｚａｔｉｏｎ￣ｏｎｏｍｉｅ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ０引言 ２雨水净化和收集 雨水是地球上一切可更新水资源的源泉，就我国来说， 该项目雨水收集范围包括：楼屋面雨水、部分硬化道路 多年平均降雨总量为６．１９×１０抡ｒｎ３，但其中约有５６％消耗于 路面雨水、门诊楼前广场地面雨水和人工湖水面接收的雨 陆地蒸发和植物蒸腾，即降雨资源转化为地表径流的水资源 水，按径流系数不同划分的各部分组成与比例见表１。经计 利用率仅为４４％…。开源节流是解决水资源短缺问题的基 算，包括人工水体在内的综合径流系数为０．９３￣引。 本途径，雨水利用符合当前建设节约型社会的要求。２０世 表１区域用地状况及径流参数 纪６ｏ年代以来，美国、日本、德国等先后开展了雨洪资源化 利用研究与实践，取得了较为丰富的经验与成果［２－４］。在我 国，雨水利用方面虽然有一些传统技术和方法，但在城市中 应用不多，还没有形成规模效益【５ ］。笔者通过对镇江某医 院雨水利用示范工程进行年均水量平衡计算和月均水量平 衡计算及效益分析－７】，为我国南方城市住宅小区、学校、公园 整个系统的设计和布置，结合了院内建筑物、道路、绿地 等建筑场所雨水资源化利用提供依据。 和用水点的分布特点，同时考虑到各雨水收集单元的受污染 １工程概况 程度和雨水利用点对水质的要求。建筑屋面的雨水一般受 镇江市雨水利用示范工程设在某医院办公区，东西呈三 污染程度较低Ｌ９Ｊ，经初期弃流后直接收集于设置有生态浮床 角形，占地约５ ｈｍ２，其中建筑占地５９％，绿化占地２２％，人 的生态净化池；硬化道路和广场地面收集到的雨水污染物相 工水体占地面积为１９％。该医院排水采取雨污分流制，由 对较多，Ｓａｎｓａｌｏｎｅ等人在路面径流的研究中提出，初期２０％ 于医院规划建设时没有从雨水资源利用的角度加以考虑，造 径流中的污染负荷占整场降雨的８０％【】 ，因此本系统引入 成了水资源的大量流失。为了配合镇江市生态环境建设和 了水力旋流器，经初期弃流后的雨水，沿管道以自流的形式 可持续发展的总体思路，有效地保护和利用宝贵的雨水资 经过水力旋流器的分离作用后，流人生态净化池，最后汇人 源，改善生活景观和环境，提高社会影响力，决定在该院内实 人工湖。考虑到医院内人工湖水面比路面地理位置较低而 施雨水利用示范工程。目标是将院内的雨水进行贮存、净 设计的水力旋流器，在收集雨水过程中不需要外加动力，同 化，然后用于补充水景湖水、绿化等。 时对雨水中的Ｓｓ有较高的去除能力 ｌ“。浇洒绿地用水对 ＊镇江市社会发展项目（ｓ￣０ｏ６００７）。 ・４２・ 水质的要求不高，可直接从人工湖取水。由于此人工湖面积 ３．１计算依据 （１）１９８０～２０００年镇江市月均降雨量及长江水面多年月 均蒸发量统计数据如表２所示。镇江市常年平均降雨量 １ ０７４．１ ｉｎｒｎ，市区为１ ０６３．Ｉ ｍｍ。镇江市濒临长江，年均水面 蒸发量８４６．３ ｒｎｎｌ。 较大，在降雨较少的季节能够维持院内景观和绿化用水，暴 雨期人工湖中的水通过溢流口排入市政雨水管网。具体工 艺流程如图１所示。 （２）按照《室外给水设计规范》（ＧＢ５０ｏ１３—２ＯＯ６）的规定， 浇洒绿地的用水定额为１～３ Ｌ／（ｄ・ｍ２）。由于镇江市雨量充 沛，空气潮湿，浇洒绿地用水定额选为：４—９月１．５ Ｌ／（ｄ・Ｉ玎２）； ３、１０月１ Ｌ／（ｄ・ｒｎ２）；其他月份植物处于休眠期，不需要浇洒。 喷洒道路和门前广场的用水量均按１５ ｒａｍ／月计算，喷洒时间 为每年３～１０月。 （３）径流雨水量的计算【１２］。计算公式为： Ｖｌ＝ ×Ｈ×Ａ×口×卢 图１雨水利用工艺流程 （１） 式中， 为径流系数； 为降雨量，ｍ；Ａ为径流面积，ｆＨ２；ａ 为季节折减系数，取０．８５； 为初期雨水弃流系数，取０．８７。 ３水量平衡 表２镇江市降雨量及长江水面多年月均蒸发量 （４）其他损失量按用水量的１０％计。 （５）径流雨水利用率的计算［１３】。计算公式为： ＝３．２水量平衡计算结果 ３．２．１年均水量平衡计算 （２） Ｖｍ／ Ｘ １００％ 医院内雨水收集利用年均水量平衡计算见表３。计算 结果表明，院内每年收集到的雨水量除水面蒸发等损失水量 之外，完全可以满足医院内部的绿化用水需要，富余雨水可 用作景观用水或外排至市政雨水管网。 式中，聃为区域内年径流雨水利用率，％；Ｖｍ为通过雨水利 用调蓄设施提供的年径流雨水利用量，ｍ３／ａ； 为确定了雨 水汇水面积后可能利用的年径流雨水量，Ｔｎ３／ａ。 表３年均水量平衡计算结果 ３．２．２月均水量平衡计算 ４效益分析 医院内雨水收集利用月均水量平衡计算见表４。从表中 ４．１经济效益分析 本雨水利用系统是对该医院原有的雨水管网进行改造， 与原有雨水收集系统相比，本系统主要增加了初期雨水弃流 井、水力旋流器、生态净化池、水泵等，总投资增加约２０万元。 的数据可以看出，除４月、９月和１Ｏ月外，其他月份收集到的 ４．１．１成本分析 雨水均能满足当月总用水量的需要，而且还有一部分富余 量，其中６月和７月的富余量都超过了２ ０００ｍ３。如果４月和 ８月的富余水量可以完全被收集，足够弥补５月、９月和１Ｏ月 的用水缺口。因此，从理论上讲，此雨水利用系统不需要自 来水补充。 运行成本主要包括水力旋流器、初期雨水弃流池、生态 浮床池的清理维修费用，回用运行所需电费等。根据北京市 水利局中德合作雨洪利用项目办公室的研究，１ ｍ３雨水的运 ３．３人工水体调蓄能力分析 医院内人工湖起到了雨水蓄水池的作用。该湖面积 行费用为０．１元／ａ；绿化用水泵选用Ｐ＝１．１ ｋＷ、Ｑ＝２０ｍ３／ｈ 为９ ４００ ｍ２，水深０．５ １．８ Ｉｌ＇ｌ，可调蓄量为０．３ ｍ，调蓄容量为 的潜水泵，院内绿化用水量２ ３１０ ｍ３，水泵共运行１１６ ｈ，电耗 ２ ８２０ ｍ３。考虑到工程后期将把院内其他屋面雨水收集起 １２７．６ ｋＷ・ｈ，电价按０．８元／（ｋＷ・ｈ）计算，因此每年运行电费 来，可以适当增大湖的调蓄能力。当人工湖内水量超过设计 １０２元，结合该院可利用雨水量计算出该院雨水资源化利用 能力时通过溢流管外排。在现有设计调蓄容量下，由式（２） 每年的运行费用为１８ ９３１×０．１＋１２＝１０ ９９５元。 计算可得年径流雨水利用率为８ｌ％。 ４．１．２经济效益核算 ・４３・ 降雨量／ｎｕｎ ５１．５ 屋匾收集量／ｍ３ ３０２ 广场收集量／ｍ３ １６４ 路面收集量／ｍ３ ９３ 水面收集量／ｍ３ ３５８ 瑚 瑚啪 总收集量／ｍ３ ９１７ 蒸发量／ｎｕｎ ２７ 仍 啪姗 似 啪 水面蒸发量／ｍ３ ２５７ 绿化用水量／ｍ３ 喷洒用水量／ｍ３ Ｍ Ⅲ 加 搬 巧 ｍ ｍ ｍ圳 其他损失水量／ｍ３ ２６ ４５ ３３ 总用水量／ｍ３ ２８３ ３６２ 雨水富余量／ｍ３ ６３４ 如 ｍ伽 埘 ｍ ｍ 嘏 ４９９ ５９３ １５０ 瑚啪姗 １ １ ３ 聊ｓ｛附 ｍ ｌ ２ 伽掰 医院内年总用水量（包括绿化用水，喷洒道路用水，水面 ［５］孙晓英，牛争鸣，赵廷红．城市雨水资源化问题研究［Ｊ］．西安理工 蒸发和其他损失水量）为１渤蛳说伽 ！ ２ ５２６ ｍ３，１』雨水收集利用后，ｑ Ⅲ １ ｍ 绿化用 ∞ １ ２ 大学学报，２００１（１）：２０３—２０７． 水和喷洒道路用水不需要自来水补充，相当于每年可以节约 ［６］曹连海，马莎，陈南祥，等．论城市雨水资源化的发展现状与对策 自来水１２ ５２６ ｍＪ，自来水水价以３元／ｍ３计，每年可节约水费 ［Ｊ］．华北水利水电学院学报（社科版），２ｏＱ５（３）：】１０—１１２． ３７ ５７８元。因此，系统运行６年（假设自来水不涨价，６年节 ［７］余占环。丁志斌，俞杰．苏州某厂区雨水收集利用方案［Ｊ］．给水排 约的水费共约２２．５万元）即可收回基建投资。舷 饿ｍ吲ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ麟鲫 鲫 水，２００８。３４（５）：４２—４６． ４．２环境效益和社会效益 ［８］车伍，程文静，李海燕．雨水利用与水量平衡分析在城市园区水景 ２）：６２—６５． 雨水的利用可以解决暴雨时院内的积水问题，ｌＳ 泓 减少地面 硎 设计中的应用［Ｊ］．中国园林，２０ｏ６（１［９］李贺，李田，于学珍．上海市屋面雨水回用处理技术研究［Ｊ］．环境 径流和洪水量，降低排水系统的压力，减少向接纳水体排放 科学与技术，２ＯＯ６，２９（３）：９７—９９． 的雨水量和污染负荷，对暴雨起到汇集和调蓄作用。此外，ｍ ｍ酊瑚鲫 抛ｍ ［１０］Ｓａｎｓａｌｏｎｅ Ｊ Ｊ，Ｂｕｃｈｂｅｒｇｅｒ ＳＧ．Ｐａｒｔｉｉｔｏｎｉｎｇ ａｎｄｆｉｒｓｔｔｌｕｓｈ ０ｆｍｅｔａｌｓｉｎ 能有效地利用雨水，将排水、用水、景观和水景观生态环境作 ｕｒｂａｎ ｒｏａｄｗａｙ ｓｔｏｒｍ ｗａｔｅｒ［Ｊ Ｊ．Ｊ Ｅｎｖｉｒｏｎ Ｅｎｇ，１９９７，１２３（２）：１３４— 为一个整体来考虑（１４］。如果在该院进行雨水的资源化利用 姗 Ⅲ 钙饼 １４３． 能起到较好的示范作用，不仅可以应用于其他医院，而且可 ［１１］王升贵，陈文梅，褚良银．水力旋流器分离理论的研究与发展趋 在住宅小区、停车场、学校和公园等场合广泛应用。 势［Ｊ］．流体机械，２００５，３３（７）：３６—４ｏ． ５结论 抛 ［１２］李俊奇，李宝宏，张洁，等．住区雨水利用与景观水体水质保障工 （１）通过年均水量平衡计算和月均水量平衡的计算，镇 程设计［Ｊ］．中国给水排水，２ＯＯ６，２２（２４）：５７—６０． 江市某医院的雨水收集利用是可行的，绿化和喷洒道路用水 ［１３］吴鹏，陈少华，颜昌宙，等．基于日水量平衡设计城市小区雨水利 完全可以使用该系统收集到的雨水。 用调蓄容量［Ｊ］．中国给水排水，２００８，２４（１６）：４３—４７． （２）水力旋流器的使用原理简单，造价低，对雨水中的Ｓｓ ［１４］车伍，李俊奇，章北平．生态住宅小区雨水利用与水景观系统案 例分析［Ｊ］．城市环境与城市生态，２００２，１５（５）：４３—３６． 去除率高，采用生态设计以保证水景水质，并减少向接纳水 作者简介黄勇强，男。１９６８年生．江西石城人，硕士．现任江苏大学 体排放的雨水量和污染负荷。 环境学院副院长。副。副教授，主要从事污染控制方面的研究。 （３）经济效益分析结果表明，该雨水收集利用系统是可 （收稿１３期：２ｏ１０—０１—１２） 行的。 参考文献 ［１］宋志斌，黄明君，马建军．城市雨水资源的合理利用［Ｊ］．水科学与 工程技术，２００８（５）：２１—２３． ［２］Ｚ￣ｚｅ．Ｍ，Ｕｒａｋａｗａ Ｔ，Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ Ｙ。Ｔｈｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆｒａｉｎｗａｔｅｒ ｆｒｏｍ ｄｏｍｅ ｓｔａｄｉｕｍｓ ｉｎ Ｊａｐａｎ［Ｊ］．Ｕｒｂａｎ Ｗａｔｅｒ，１９９９（１）：３５５—３５９． ［３］Ｔｈｉｌｏ Ｈｅｒｒｍａｎｎ，Ｕｗｅ Ｓｃｈｍｉｄａ．Ｒａｉｎｗａｔｅｒ ｕｔｉｌｉｚａｉｔｏｎ ｉｎ Ｇｅｒｍａｎｙ：Ｅｍ－ ｄｅｎｅｙ，ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｉｎｇ，ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｓｐｃ￣Ｉｓ［Ｊ】．Ｕｒｂａｎ Ｗａ・ ｔｅｒ，１９９９（１）：３０７—３１６． ［４］Ｅｎｅｄｉｒ Ｇｈｉｓｉ，Ａｎｄｒｅｍ￣Ｍｏｎｔｉｂｅｌｌｅｒ。Ｒｉｃｈａｒｄ Ｗ Ｓｃｈｍｉｄｔ．Ｐｏｔｎｅｔｉａｌ ｆｏｒ ｐｏｔａｂｌｅ ｗａｔｅｒ ｓａｖｉｎｇｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｒａｉｎｗａｔｅｒ：Ａｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｖｅｒ ６２ ｃｉｔｉｅｓ ｉｎ 今年我值班 ｓｏｕｔｈｅｍＢｒａｍｌ［Ｊ］．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｎａｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２００６（４１）：２０４—２１０． （赵天奇）
