摘要：根据新加坡和马来西亚地区雨水回用系统的应用，文章详细阐述了英标体系下雨水回用系统的组成及设计参数，以及在地铁领域内雨水回用系统的应用，为从事雨水回用系统设计人员提供参考。
关键词：雨水回用；英标；地铁
Abstract：Aiming at the application of rainwater harvest system in Singapore and Malaysia，this paper elaborates the composition and design parameters of rainwater harvest system under the British standard system，as well as the application of rainwater harvest system in the subway field，providing reference for designers of rainwater harvest system.
Key words：rainwater harvest British standard subway
1 引言
改革开放以来，我国城市基础设施建设取得举世瞩目的成就，但是水质型缺水和资源型缺水的城市正在成为困扰生态城市发展的重要因素。发展雨水回用技术，实现雨水的资源化，已经变得刻不容缓。城市雨水利用技术在发达国家已开展几十年，如日本、欧洲、美国等。日本建设省在1980年起就开始在城市中推行储留渗透计划，美国在20世纪70年代就制定了雨水控制及利用方面的条例，德国1989年出台了雨水控制及利用设施标准（DIN1989），规定新建或改建区域必须考虑雨水控制及利用系统，国外城市雨水控制及利用的开展充分证明了该技术的必要性和有效性。作为城市建设的参与者我们要学习西方国家先进的雨洪回用理念，尽力构建低影响开发雨水利用系统，推进海绵城市建设。
2 英标雨水回用系统介绍
2.1系统介绍
雨水回用系统是将雨水根据需求进行收集并进行处理后用来清洗、灌溉、冷却等非直接饮用的系统，按供水方式分为三种基本类型，一是通过水泵供水给卫生器具，二是通过重力流供水给卫生器具，三是通过水泵把雨水从水池抽到高位水箱后重力供水给卫生器具，按功能分为专用雨水回用系统和调蓄加回用系统，本文主要介绍专用雨水回用系统。
2.2系统组成
专用雨水回用系统都有5个基本部分组成，分别是：屋顶或者不透水路面的汇流区域、从收集点到贮水池的汇水管网、去除初期污水或者碎屑的初期冲刷装置（First Flush Device）、用来储存收集雨水的储水池、通过水泵或者重力把水运送到用水点的配水系统。
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图1：雨水回用流程图
2.3系统设计
专用雨水回用系统设计的规模主要有三个因素确定，a）暴雨流量和暴雨强度，b）汇水区域的尺寸和类型，c）用水点卫生器具的数量和类型。
2.3.1计算用水当量和设计秒流量
卫生器具用水当量参考英标规范BS 6700-2006表格D.1，查表可得用水点不同卫生器具的用水当量。
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表1：BS6700表格D.1中部分卫生器具的用水当量
根据总用水当量查询用水当量-设计秒流量曲线可得到用水点的设计秒流量，该曲线是用当量法和百分数法绘制的用水当量-设计秒流量曲线方便查询使用，如果卫生器具中有带有冲洗阀的大便器或者小便器则查询得到的设计秒流量需要单独加上冲洗阀所需的最低设计流量n×0.15L/s，其中n为带冲洗阀卫生器具的数量。
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2.3.3蓄水池容积确定
英标BS 8515-2009给出了水池的蓄水容量三种计算方法，简易计算法、普通计算法和详细计算法。简易计算法适用于有固定用水量的居住建筑，可以根据规范中提供的暴雨强度和汇水面积对应的图表直接查询获得水池的容积，但当场地汇水面积较大或位于年降雨量较多的地区时，应根据建筑的使用人数来计算水池容积。对于调蓄加雨水回用系统还需要设置备用水箱，其容积计算应该根据规范BS 8515-2009中图表A.1确定。
普通计算法适用于公共建筑和工业建筑，蓄水池容积取汇水面积内年降雨量的5%和系统内卫生器具年非饮用水需水量的5%二者中的较小值。
年降雨量的5%计算公式为：Yr=A×e×h×ɳ×0.05 公式2-2
年需水量的5%计算公式为：Dn=Pd×n×365×0.05 公式2-3
其中Yr年降雨量（L）；A是汇水面积（m2）；e是径流系数；h是暴雨强度（mm）；ɳ是过滤系数.Dn年非饮用水需水量（L）；Pd是人均每天用水量（L）；n是人数.
同样的，对于调蓄加雨水回用的系统还需要设置备用水箱，其容积计算应该根据规范BS 8515-2009中图表A.2确定。
详细计算适用于用水量无规律和降雨资料不确定的情况，需利用计算机模型进行模拟计算，通常应用于规模宏大或者非常复杂的多功能建筑。
2.3.4水泵选型
水泵可以选用离心泵或者往复泵，水泵的流量可以根据用水点的设计秒流量确定，扬程的计算根据水泵在系统中的位置有所不同，对于直接采用水泵加压的雨水回用系统，其扬程根据静压差和水力损失及自由水头计算确定，其中的水力损失计算方法同样采用海曾威廉公式计算得到。
3 雨水回用系统在地铁中的应用
轨道交通中可以收集高风亭或者冷却塔下硬化路面、露天广场等场所的雨水进行回收再利用，用来冲洗卫生间或者灌溉出入口附近的绿化带，本文以吉隆坡地铁二号线大马城北站为例，对雨水回用系统在地铁中的应用进行阐述。
3.1用水当量和设计秒流量
根据设计报告和业主下发设计输入文件的要求，车站公共卫生间大便器和小便器及地面绿化带采用雨水回用系统供水，根据卫生间排水系统图统计得到卫生间共有大便器8个、小便器3个、地面绿化带水龙头4个，查询规范BS 6700：2006表D.1可知冲洗龙头用水当量为4×3=12，查图表D.1得对应的设计流量为0.3L/s，另根据规范BS 6700：2006条文5.5中表格3，查询得带冲洗阀的每个卫生器具最小流量为0.15L/s，则带冲洗阀卫生器具设计流量为0.15*11=1.65L/s，取安全系数为1.2，则设计秒流量为2.34L/s.
3.2水泵及管径计算
根据Thomas-Box公式，计算得到管径为DN32，根据设计秒流量和管径，利用海曾威廉公式计算得到水头损失2m。根据场地需要，蓄水池设置在靠近风亭和冷却塔的绿地内，采用地下蓄水池。水池最低有效水位比最不利用水点高差低5m，考虑2m的自由水头，则水泵扬程取9m。
3.3确定储水池和初冲装置的容积
大马城北站需要收集冷却塔地面和高风亭顶部的雨水，其面积之和约为500平方米。马来西亚位于赤道附近，属于热带雨林气候和热带季风气候，常年雨量充沛，短历时暴雨频繁。根据马来西亚城市洪水管理手册MSMA-2，查询吉隆坡50年一遇的短历时暴雨强度为400mm/h。根据BSBS8515-2009，地铁属于公共建筑，其蓄水池的有效容积需采用普通计算方法，取年降雨量的5%和年需水量的5%中的最小值。
Yr=A×e×h×ɳ×0.05=500×0.8×400×0.9×5%=7.2m3
Dn=Pd×n×365×0.05=4×300×365×5%=21.9m3
所以储水池容积取Yr和Dn二者中的最小值为7.2m3。
马来西亚城市洪水管理手册MSMA-2也给出了一种蓄水池的容积的计算方法如下：水池的有效容积由汇水区域的面积决定，根据汇水面积确定储水池和初冲装置的容积。即水池的容积应满足每100平方汇水面积储存10mm的降雨量，公式如下：
St=0.01Ar； 公式3-1
其中，St=水池容积（m3）；Ar=汇水面积（m2）.
由于风亭和冷却塔硬化地面的汇水面积为500m2，则蓄水池的有效容积为5m3，和英标规范的计算结果基本一致。
初步冲洗装置是用来阻止初期污染雨水或者树叶杂草进入水池的装置，同时马来西亚城市洪水管理手册MSMA-2也给出了初步冲洗装置的有效容积规定如下表：
表2：MSMA-2规定的初冲装置的有效容积
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注意：如果汇水区域表面含有大量的土壤、灰尘或碎片，初次冲洗装置的最小容积为5 m3。
由上图表可知初冲装置（First Flush Device）的有效容积为0.05×5=0.25 m3，并在0.05-2.5 m3范围内可适当调节。
4 结论及注意事项
我国已开通轨道交通的城市已超过40个，但是很少有城市的轨道交通引入了雨水回用技术。根据国内地铁设计规范GB 50157有关用水量的规定，以深圳地铁9号线香梅站为例，工作人员生活用水量50L/班•人计，乘客用水量按6L/人•计，时变化系数2.5，运营时间18小时，使用卫生间客流约3000人，该站每天卫生间用水量约16立方，冲洗用水每天约为10立方，如果卫生间冲洗用水采用雨水回用系统，则一年可以节水3650吨。尤其是南方多雨的城市可以借鉴马来西亚、新加坡等英联邦国家关于绿色建筑、节能环保、雨水回用等理念在轨道交通工程中的应用。
值得注意的是我国干旱少雨的北方城市轨道交通如果采用雨水回用系统，需要接入自来水补水系统，通过液位计控制补水时间和补水量，保证在长期干旱情况下系统能够正常使用，由于篇幅有限本文仅介绍了专用雨水回用系统的有关参数，而采用雨水回用加防洪调蓄合用的系统更能发挥雨水回用系统的效用，尤其是当计算需求量Dn大于年降雨量Yr时，则很可能出现储水池有部分时间段储水不足，需要车站给水系统补水的情况。但当采用雨洪调蓄和雨水系统合用时，洪水调蓄池就相当于为雨水回用系统提供了一个巨大的备用水源，大大提高雨水回用系统的灵活性和经济性。我国国务院在2015年也出台了关于海绵城市建设的指导意见，把防洪调蓄和雨水回用系统结合起来不仅仅需要建设方和设计方的配合，还需要城市规划部门做好顶层设计，政府建设主管部门做好监督和推广，才能使我们的城市建设既有“面子”，更有“里子”。
参考文献：
[1] BS 8515：2009 Rainwater Harvesting Systems Code of Practice.
[2] BS 6700：2006+A1：2009 Design，Installation，Testing and Maintenance Of Services Supplying Water For Domestic Use Within Buildings And Their Curtilages Specification
[3] MSMA-2 Urban Stormwater Management Manual MSMS 2nd Edition
[4] BS EN 12056-3 Gravity drainage systems inside buildings - Roof drainage，layout and calculation
作者简介：
李献航，本科，工程师。
论文作者:李献航
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/18
标签：雨水论文; 系统论文; 汇水论文; 容积论文; 用水论文; 当量论文; 流量论文; 《基层建设》2019年第27期论文;