第4章　建筑水资源利用

4.1　非传统水源利用

地球上的水主要受太阳辐射和地心引力的两种作用而不停地运动，在太阳热能的作用下，不断蒸发而成水汽，上升到高空，随大气运动而散布到各处。这种水汽如遇适当条件和环境，则凝结而成降水，下落到地面。到达地面的雨水，除部分为植物截留并蒸发外，一部分沿地面流动成为地面径流，一部分渗入地下沿含水层流动成为地下径流，最后，它们之中的大部分都流归大海。然后，又重新蒸发，继续凝结形成降水，运转流动，往复不停。这种过程，称为自然界的水文循环，如图4-1所示。

水文循环中蕴含着丰富的可供人们利用的水资源，除了传统意义上的地表水源和地下水源外，还包括雨水、海水等非传统水源。

近年来，随着城市化进程的加快，导致开发建设区域急剧扩大，从而产生了大量不透水地面，雨水下渗量急剧减少，土壤含水量减少，地下水补给不足，水位逐年下降，雨水径流增加，城市内涝现象严重，人为地破坏了传统意义上的水文循环，致使淡水资源大幅度减少，同时人们对水资源需求也在持续增加，单纯依靠传统水源已然满足不了人们的用水需求。对于非传统水源的开发和利用可以在缓解人们的用水需求的同时，改善水文的良性循环，实现水资源的可持续利用。

4.1.1　雨水资源利用

我国水资源分布严重不均：占全国陆地面积约2/3的西北地区水资源占有量仅为全国的4.6%，而面积相对较小的南方地区却拥有全国4/5的水资源量，这种分布不均严重制约了我国经济的可持续发展。并且，水资源分布还与矿产资源和耕地分布组合不相协调：北方水资源短缺但矿产资源多，耕地面积大；而南方水资源丰富，但矿产资源少，耕地面积小。其中，西北地区是人口密集的地方，人均水资源占有量仅为几百立方米，远低于世界贫水国家的平均水平。

据估算，我国多年平均降水量为6.19万亿立方米，年降水量最大的地方超过6000mm，而约有1/3的面积降雨量低于200mm。根据历史降雨资料统计，我国降雨较多的区域是：台湾东北部，喜马拉雅山东南坡。年降雨量的最高纪录是台湾的火烧寮，年最大降雨量多达8409mm，年平均降雨量6558mm：年降水量最少的地方是吐鲁番盆地西部的托克逊，年平均降雨量仅5.9mm。可见，我国降雨总量丰富，但分布不均且差异悬殊。中国城市化进程及其部分水量预测见表4-1。

雨水是一种最根本、最直接、最经济的水资源，已经得到世界各国的认可，雨水作为一种补充水资源越来越受重视。随着城市不断扩大和完善，不透水面积逐年增加，造成大量的雨水资源流失。如果能够将雨水合理、充分地利用，将成为解决城市与水资源短缺的有效措施之一。人们逐渐重视对各种再生水资源的开发，其中包括对雨水资源的利用，目前已初步显示出雨水资源开发利用的巨大潜力。

场地未开发前，约80%降雨被地面截留，约20%降雨由地表径流排出。城市化建设改变了这一自然循环，60%以上的降雨随地表径流排出，被截留的雨水急剧减少，地下水补给量减少，城市用水量严重不足，周边水源枯竭，需要建设引水工程解决用水短缺问题，耗费了巨大的人力和财力。雨水资源利用应遏制这种改变，维持原有自然水文循环，保证水资源的可持续利用。

建筑小区占据着城市70%的面积，并且是城市雨水产生的源头。建筑小区的雨水利用是城市雨水利用工程的重要组成部分，对城市雨水利用的贡献效果明显，并且相对经济。城市雨水利用先要解决好建筑区的雨水利用，可以有效地减少城市内涝和城市水资源短缺的问题。对于一个多年平均降雨量600mm的城市来说，建筑区拥有300mm左右的降雨可以利用，而以往这部分资源直接排走并未被有效利用。

建筑小区的雨水利用，是通过土壤入渗调控和地表（包括屋面）径流调控，实现雨水资源化，使水文循环向着有利于城市生活的发展方向发展。雨水利用有几个方面的功能：①维护自然界原有的水循环环境；②节水功能，用雨水冲洗厕所、浇洒路面、浇灌草坪、水景补水，甚至用于循环冷却水和消防水，可节省城市自来水；③水及生态环境修复功能，强化雨水的土壤入渗增加土壤的含水量，甚至利用雨水回灌提升地下水的水位，可改善水环境乃至生态环境；④雨洪调节功能，土壤的雨水入渗量增加和雨水径流的储存，都会减少进入雨水排除系统的流量，从而提高城市排洪系统的可靠性，减少城市洪涝。

雨水资源利用中，应根据降雨、气候、地质等自然条件选择雨水收集回用系统、雨水入渗系统、调蓄排放系统或其组合来实现对雨水资源的利用。

雨水收集回用系统是对雨水进行收集、储存、处理，将雨水用于可供人们使用的供水资源。

雨水入渗系统是通过一系列措施将雨水进行就地入渗，如采用透水铺装、渗水管渠、景观绿化等把雨水转变土壤水，保持地下水土涵养量。

调蓄排放系统是通过储存调节设施延缓洪峰时间，降低洪峰流量。

4.1.1.1　雨水量计算

（1）雨水设计径流总量按下式计算：

W=10ψchyF　　（4-1）

式中　W——雨水设计径流总量，m3；

　ψc——雨量径流系数；

　hy——设计降雨厚度，mm；

　 F——汇水面积，hm2。

（2）雨水设计流量应按下式计算：

Q=ψmqf　　（4-2）

式中　Q——雨水设计流量，m3；

ψm——流量径流系数；

　q——设计暴雨强度，L/（s·hm2）。

雨水设计总量为汇水面上在设定的降雨时间段内收集的总径流量，雨水设计流量为汇水面上降雨高峰历时内汇集的径流流量。

（3）径流系数

雨量径流系数和流量径流系数按表4-2采用，汇水面积的综合径流系数按地面种类加权平均计算。

（4）汇水面积

雨水汇水面积应按地面、屋面水平投影面积计算。高出屋面的毗邻侧墙，应附加其最大受雨面正投影的一半作为有效汇水面积计算。窗井、贴近高层建筑外墙的地下汽车库出入口坡道应附加其高出部分侧墙面积的1/2。

雨量总量计算时只需按水平投影面积计，不附加竖向投影面积和侧墙面积，因总雨量的计算不涉及排水安全问题，不需考虑最不利风向的情况。

（5）暴雨强度

设计暴雨强度应按式（4-3）计算：

Q=［167A1（1+ClgP）］/（t+b）n　　（4-3）

式中　　　　 　Q——设计暴雨强度，L/（s·hm2）；

　　　　 　 t——降雨历时，min；

　　　　 　P——设计重现期，a，见表4-3；

A1、b、C、n——参数，根据统计方法进行计算确定。

向各类雨水利用设施输水或集水的管渠设计重现期，应不小于该类设施的雨水利用设计重现期。

（6）雨水管渠的降雨历时

应按式（4-4）计算：

t=t1+t2　　（4-4）

式中　t——降雨历时，min；

　t1——地面集水时间，min，应根据汇水距离、地形坡度和地面种类计算确定，一般采用5～15min，在地面平坦、地面种类接近、降雨强度相差不大的情况下，地面集水距离是决定集水时间长短的主要因素，地面集水距离的合理范围是50～150m，采用集水时间为5～15min；

　t2——管渠内雨水流行时间，min。

4.1.1.2　雨水收集回用

近几年来国家出台了一系列政策法规，推动雨水回收利用。在绿色建筑标准中，雨水回收利用已经成为必选的项目。

（1）雨水收集回用限制条件

根据《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》（GB 50400—2016）中规定，雨水收集回用系统，宜用于年均降雨量400mm以上的地区。就这项技术本身而言，只要有天然降雨的城市，这种技术都可以采用，但是雨水收集回用应考虑多方面的可行性。对于降雨量较少的城市，应考虑对雨水的过量收集对地下水和河流的径流补给是否会减少，破坏原有的生态平衡同时应考虑经济适用性，如果投资大、水价高，显然这种技术不合理；如果投资少、收集水量少，这种技术可实施亦然降低。

（2）雨水收集回用系统

雨水收集系统是将雨水根据需求进行收集后，经过对收集的雨水进行处理后达到符合设计使用标准的系统。目前多数由弃流过滤系统、蓄水系统、净化系统组成。各不同的雨水收集流程都具有针对性，可以有效处理不同汇水面的雨水。雨水收集回用系统既可以有效收集雨水，又可以合理节约成本，兼顾系统的雨水预处理、雨水蓄水、雨水深度净化、雨水供水、补水和系统控制，全面科学。采用大量新型专利、专业装置，材料，可以方便地解决雨水收集中特殊问题，如弃流、蓄水、供水等。收集设计中尽可能避免电气设备的使用，更多利用雨水自流的特点完成污染物的自动排放、净化、收集，做到真正节能、环保、高使用寿命、低成本的特点。整套系统都由雨水控制器进行控制，完成收集、净化、供水、补水、安全保护等功能。雨水收集回用系统如图4-2所示。

（3）雨水收集系统分类

雨水收集系统根据雨水源不同，可粗略分为两类（表4-4）。

①屋面雨水收集　屋面是住宅建筑中常用的雨水收集面，屋面雨水收集除了通常的屋顶外，根据建筑物的特点，有时候还需要考虑部分垂直面上的雨水。屋面雨水的利用是开源节流的重要途径，技术经济分析显示，屋面雨水利用方案设计简单、便于实施、效益显著。屋面雨水利用是对传统雨水直接排放设计的变革，并且能有效缓解地下水位下降、控制雨水径流污染等。屋面的水收集系统如图4-3所示。

a.屋面雨水收集方式分为重力流集水沟收集系统、半有压屋面雨水收集系统、虹吸式屋面雨水收集系统三种方式。

b.普通屋面雨水外收集系统由檐沟、收集管、水落管、连接管等组成。其优点是可减少甚至不设室内雨水悬吊管，是经济可靠的屋面雨水集水形式。

半有压屋面雨水收集系统是该系统中的雨水斗采用半有压式雨水斗，65型、87型属于半有压雨水斗，该斗具有优良的排水性能，典型标志是排水时掺气量小。半有压屋面雨水系统的设置规则以这些雨水斗基础而建立。

虹吸式屋面雨水收集系统一般由虹吸式雨水斗、无坡度悬吊管、立管和雨水出户管（排出管）组成。屋面雨水在管道内负压的抽吸作用下以较高的流速被排至室外。虹吸式屋面雨水排放系统，排水管道均按满流有压状态设计，因此虹吸排水系统中雨水悬吊管可做到无坡度铺设。同时，当产生出虹吸作用时管道内水流流速很高，因此系统具有较好的自清作用。而重力式排水设计计算不按满流计算，雨水悬吊管的铺设坡度不得小于0.005。虹吸排水系统中排水管泄流量要远大于重力排水系统中同一管径排水管的泄流量，也即排除同样的雨水流量，采用虹吸排水系统的排水管管径要小于采用重力排水系统的排水管管径。

c.为了使屋面雨水收集取得良好的效果，屋面表面应采用对雨水无污染或污染较小的材料，不宜采用沥青或沥青油毡，也可以在居住建筑屋面进行屋顶绿化设计。在实际工程中，进行屋顶绿化有以下几点优势：能够延缓各种防水材料老化，增加了屋面的使用寿命；削减雨水径流量，减少雨水资源的流失，调节雨水的自然循环和平衡；削减雨水污染负荷，其产生的径流具有良好水质，有利于后续的收集利用。

d.雨水收集注意事项。除种植屋面外，雨水收集回用系统均应设置弃流设施，屋面雨水收集系统应独立设置，严禁与建筑污、废水排水连接，严禁在室内设置敞开式检查口或检查井，阳台雨水不应接入屋面雨水立管。为了确保屋顶不漏水和屋顶排水的通畅，可以考虑双层防水和排水系统，即除了建筑物屋顶原设的防水、排水系统外，在种植层底部再增加一道防水和排水措施。种植区的排水通过排水层下的排水管或排水沟汇集到排水口，再通过雨水管排入地面雨水池或雨水渗透设施。在靠近雨水收集管的种植区表面还要考虑溢流口，遇到暴雨，超出土壤渗透能力的降雨可通过溢流口直接下排，不会造成屋顶过量积水。

②地面雨水收集系统　地面雨水收集主要是收集硬化地面上的雨水和屋面排到地面的雨水。收水场地要在坡度和标高上对雨水进行有组织排放并通过雨水管渠进行收集，最终排入雨水收集池，雨水经处理后进行回收利用。

（4）雨水储存和回用

雨水储存回用前，应进行初期弃流，水质应根据回用需求进行适当的处理，处理后的雨水进入储水设施用于回用（如图4-4所示）。雨水收集回用系统可采用物理法、化学法或多种工艺组合等。根据原水水质和回用水的用途，雨水处理工艺一般选用以下三种。

第一种，收集雨水→初期径流弃流→景观水体。此工艺的出水当达不到景观水体的水质要求时，考虑利用景观水体的自然净化能力和水体的处理设施对混有雨水的水体进行净化。当所设的景观水体有确切的水质指标要求时，一般有水体净化设施。

第二种，收集雨水→初期径流弃流→雨水蓄水池沉淀→消毒→雨水清水池。此处理工艺科用于雨水较清洁的城市，比如环境质量较好或雨水频繁的城市。

第三种，收集雨水→初期径流弃流→雨水蓄水池沉淀→过滤→消毒→雨水清水池。当原水CODCr在100mg/L左右时，此工艺对于原水CODCr的去除率一般可达到50%左右。

①初期弃流　屋面雨水污染物主要来源为屋面材料分解、大气中的沉积物和天然降水。由于屋面径流雨水经常表现出初期冲刷效应，初期径流雨水中污染物浓度较高，水质混浊，随着降雨的持续，一旦冲刷效应完成，径流雨水的水质将明显提高。所以要对初期雨水采用弃流措施。如图4-5所示，初期屋面径流雨水流入分水井后，经弃流器进入弃流池，弃流器中的浮球随着弃流池中的水位提高而逐步上升，当弃流池中的水位到达设计水位时，浮球也上升至弃流器顶部，堵住了弃流器的进水口，之后产生的径流雨水便改道流入储水池。从而完成初期弃流过程。

初期径流弃流量应按照下垫面实测收集雨水的CODCr、SS、色度等污染物浓度确定。当无确切资料时，屋面弃流可采用2～3mm径流厚度，地面弃流可采用3～5mm径流厚度。

初期径流弃流量按式（4-5）计算：

Wi=10δF　　（4-5）

式中　Wi——设计初期径流弃流量，m3；

　 δ——初期径流厚度，mm。

②储存设施　雨水储存设施的有效储水容积不宜小于集水面重现期1～2年的日雨水设计径流总量扣除设计初期径流弃流量。当资料具备时，储存设施的有效容积也可根据逐日降雨量和逐日用水量经模拟计算确定。

当雨水回用系统设有清水池时，其有效容积应根据产水曲线、供水曲线确定，并应满足消毒的接触时间要求。在缺乏上述资料时，可按雨水回用系统最高日设计用水量的25%～35%计算。

4.1.1.3　雨水渗透利用

（1）雨水渗透利用限制条件

雨水入渗技术的应用限制主要考虑的是环境卫生的约束，对经济方面的约束未进行深入的研究。它不适用于土壤渗透系数小于10-6m/s和大于10-3m/s的场所，也不适用于地下水位高、距渗透面小于1.0m的场所。另外，需防止陡坡坍塌、滑坡灾害的危险场所，对居住环境以及自然环境造成危害的场所，重湿陷性黄土场地也不可采用土壤渗透技术。

（2）雨水入渗设施

雨水入渗设施包括绿地入渗、透水铺装入渗、浅沟和洼地入渗、浅沟渗渠组合入渗、渗透管沟、入渗井、入渗池、渗透管-排放系统等方式。

绿地（包括非铺砌地面）和铺砌的透水地面的使用范围广，可优先采用；当地面入渗所需要的面积不足时采用浅沟入渗；浅沟渗渠组合入渗适用于土壤渗透系数不小于5×10-6m/s时；当采用浅沟入渗所需要的面积不能满足要求时，一般可采用渗透管入渗。

我国黄河以北地区年降雨量小于600mm，月降雨极度不均匀，每年雨季集中在6～9月份，鉴于以上特点，对大部分建筑物及小区而言，雨水收集利用的成本高、效率较低，投资回报周期较长。因此采用雨水就地入渗是较好的雨水利用方式。北方地区连年缺水，地下水位下降明显，大部分城市地下水位较深，有利于雨水渗透。

雨水渗透设施距建筑物基础边缘不应小于3m，并对其他建筑物、管道基础不产生影响。

①绿地入渗　小区内路面宜高于路边绿地50～100mm，并应确保雨水顺畅流入绿地。绿地入渗可分为狭义和广义下沉绿地两类。狭义的下沉式绿地指低于周边铺砌地面或道路在200mm以内的绿地（如图4-6所示）；广义的下沉式绿地泛指具有一定的调蓄容积（在以径流总量控制为目标进行目标分解或设计计算时，不包括调节容积），且可用于调蓄和净化径流雨水的绿地，包括生物滞留设施、渗透塘、湿塘、雨水湿地、调节塘等。

绿地雨水入渗设施应与景观设计结合，边界应低于周围硬化面。在绿地植物品种选择上，根据有关试验，应选择耐盐、耐淹、耐旱的乡土植物。下沉式绿地内一般应设置溢流口（如雨水口），保证暴雨时径流的溢流排放，溢流口顶部标高一般应高于绿地50～100mm。

②透水铺装　根据垫层材料的不同，透水地面的结构分为透水面层、找平层和透水垫层三层。透水铺装地面结构形式见表4-5。透水面层可采用透水混凝土、透水面砖、草坪砖等。

透水地面面层的渗透系数均应大于1×10-4m/s，找平层和垫层的渗透系数必须大于面层。透水地面设施的蓄水能力不宜低于重现期为2年的60min降雨量（如图4-7所示）。

面层厚度宜根据不同材料、使用场地确定，孔隙率不宜小于20%；找平层厚度宜为20～50mm；透水垫层厚度不小于150mm，孔隙率不应小于30%。

铺装地面应满足相应的承载力要求，北方寒冷地区还应满足抗冻要求。

③浅沟与洼地　浅沟与洼地入渗系统是利用天然或人工洼地蓄水入渗（如图4-8所示）。通常在绿地入渗面积不足，或雨水入渗性太小时采用洼地入渗措施。洼地的积水时间应尽可能短，因为长时间的积水会增加土壤表面的阻塞和淤积。一般最大积水深度不宜超过300mm。进水应沿积水区多点进入，对于较长及具有坡度的积水区应将地面做成梯田形，将积水区分割成多个独立的区域。积水区的进水应尽量采用明渠，多点均匀分散进水。

④渗透管沟　建筑区中的绿地入渗面积不足以承担硬化面上的雨水时，可采用渗水管沟入渗（图4-9）或深水井入渗。

渗管/渠开孔率应控制在1%～3%之间，无砂混凝土管的孔隙率应大于20%。

渗透层宜采用砾石，砾石外层应采用土工布包覆。

渗透管沟不宜设在行车路面下，设在行车路面下时覆土深度不应小于0.7m。

地面雨水进入渗透管前宜设渗透检查井或集水渗透检查井。

⑤入渗塘　当不透水面的面积与有效渗水面积的比值大于15时可采用渗水塘（图4-10）。边坡坡度不宜大于1∶3，表面宽度和深度的比例应大于6∶1；植物应在接纳径流之前成型，并且所种植物应既能抗涝又能抗旱，适应洼地内水位变化。一般要求池底渗透系数K≥1×10-5m/s，当渗透系数太小时会延长其渗水时间与存水时间。对于不设沉淀区的池塘在设计时应考虑1.2的安全系数，以应对由于沉积造成的池底透水性的降低，但池壁不受影响。

⑥入渗井　入渗井底部及周边土壤渗透系数应大于5×10-6m/s；渗透面应设过滤层，井底滤层表面距地下水位的距离不应小于1.5m。入渗井一般用成品或混凝土建造，其直径小于1m，井深由地质条件决定。井底距离地下水位的距离不能小于1.5m。辐射渗井构造如图4-11所示。

（3）渗透设施计算

渗透设施的渗透量应按下式计算：

Ws=αKJAsts　　（4-6）

式中　Ws——渗透量，m3；

　　α——综合安全系数，一般可取0.5～0.8；

　　K——土壤渗透系数，m/s；

　　J——水力坡降，一般可取J=1.0；

　 As——有效渗透面积，m2；

　 ts——渗透时间，s。

水力坡降J是渗透途径长度上的水头损失与渗透途径长度之比，其计算式为：

　　（4-7）

式中　Js——渗透面到地下水位的距离，m；

　 Z——渗透面上的存水深度，m。

当渗透面上的存水深度Z与地面到地下水位的距离Js相比很小时，则J≈1。为安全计，当存水深度Z较大时，一般仍采用J=1。

土壤渗透系数应以实测资料为准，在无实测资料时，可参照表4-6选用。

4.1.1.4　典型建筑雨水收集模式

学校用水特点是：冲厕、室外绿化、室内消防用水量较大，且用水量变化有很大的季节性，寒暑假用水量最小。雨水可收集区域较大，除了能收集建筑屋面雨水外，运动场因为雨水水质相对较好，也可作为雨水收集区域。屋面雨水采用管道收集系统，运动场雨水则可用渗透或运动场周围环沟收集雨水，雨水经初期弃流后进入蓄水池，经沉淀、过滤、消毒后回用于校区内绿化浇洒、室内冲厕。

办公楼用水特点是：冲厕、盥洗、室外绿化、消防用水量较大，用水量大小随季节变化较小。因此，办公楼雨水回用量相对较大，雨水利用率较高。办公区屋顶采用管道收集系统，路面雨水采用渗透或植被浅沟收集，经初期弃流后的雨水进入蓄水池，经沉淀过滤后进入清水池，消毒后回用、绿化浇洒、道路冲洗、景观用水、室内冲厕等。

场馆拥有雨水收集面积大且集中的优势，使得雨水具有水质好、收集处理简单、回用方便等优点，非常适合雨水的回收利用。

场馆收集的雨水主要用于冲厕、绿化、景观、道路等冲洗用水。可采用管道系统收集建筑屋顶雨水，当雨水量不够时考虑回收绿地、道路等雨水。

商业区人流量大，污染物类型复杂，用水主要集中在室内冲厕和盥洗。

收集回用系统：建筑屋面雨水采用管道系统收集，回用于室内冲厕，广场、停车场采用透水铺装，绿地雨水采用下凹式渗透浅沟。屋面面源污染控制可采用绿化屋顶，绿地面源污染可采用生物滞留带控制。

4.1.1.5　雨水收集利用成本计算

（1）固定资产投资C

固定资产投资包括土建工程费用、管道费用、设备及安装费用以及其他费用等。

①土建工程费用　土建工程费用主要指雨水利用工程中的构筑物的建造费用，主要构筑物有地下式蓄水池、清水池、渗透式构筑物、弃流和动力等辅助设施。

a.地下式蓄水池、清水池。采用国标图集05S804-矩形钢筋混凝土蓄水池中方形覆土1.0m的蓄水池，进行造价计算，并进行曲线拟合，可得到地下存储池的造价公式为：

Cv=3339（V蓄+V清）0.7326　　（4-8）

式中　　　Cv——总造价，元；

V蓄，V清——雨水水池，雨水清水池容积，m3。

b.渗透式构筑物。渗透式构筑物的造价可参照公式进行估算。

（a）渗透井。渗透井根据覆土的厚度不同，采取的造价计算公式也不同。

当覆土深1m时，造价采用公式（4-9）计算：

Cs1=2.826D-214.54　　（4-9）

当覆土深1.5m时，造价采用公式（4-10）计算：

Cs2=3.1869D-85.2　　（4-10）

式中　Cs1，Cs2——单座渗透井的造价，元；

　　　　 D——渗透井内径，mm，取值范围700～5000mm。

（b）渗透沟。渗透沟的造价可采用公式（4-11）计算：

Cs3=774.64L　　（4-11）

式中　Cs3——渗透沟的造价，元；

　　L——渗透沟的长度，m。

（c）渗透管。渗透管的造价可采用公式（4-12）计算：

Cs4=4.2692D×0.8758L　　（4-12）

式中　Cs4——渗透管的造价，元；

　　L——渗透管管长，m；

　　D——中心管内径，mm，取值范围300～1000。

②雨水收集管道费用　建筑小区雨水收集利用管道分为单体建筑雨落管、埋地雨水收集管和雨水回用管道。影响管道造价的主要因素是管材和管径，其中雨落管的费用应计入小区建设费用中。

a.埋地雨水收集管。埋地雨水收集管道通常采用钢筋混凝土管。

b.雨水回用管道。雨水回用管一般采用PVC塑料管。

（2）年运行成本C'

运行成本包括动力费用、药剂费用、维护管理费用等。

①动力费用　动力费用主要是指水泵运行电费。

C1=∑NTD　　（4-13）

式中　C1——水泵运行产生电费，元/年；

　 N——水泵功率，kW；

　 T——水泵年运行时间，h；

　 D——电费单价，根据《关于公布居民阶梯电价和峰谷电价价目表的通知》，元/（kW·h）。

②药剂费用

C2=Q×∑ab　　（4-14）

式中　 Q——处理水量，m3/a；

a，b——药剂量与药剂单价。

③维护管理费用C3　雨水利用系统的管理费用参照设备维护管理条例，人工费视当地工资而定。清淤费按300元/次。

年运营成本：C总费用=C1+C2+C3

4.1.2　中水回用技术

4.1.2.1　中水系统概念

建筑中水即再生水是指污水经适当处理后，达到一定的水质指标，满足某种使用要求，可以进行有益使用的水。建筑物应设有完善的污水收集和污水排放等设施，靠近或在市政排水管网的公共建筑，其生活污水可排入市政污水管网与城市污水集中处理；远离或不能接入市政排水系统的污水，应进行单独处理（或分散处理），处理后排放至附近受纳水体，其水质应达到国家相关排放标准，缺水地区还应考虑再生水利用（如图4-12所示）。

4.1.2.2　中水系统的水源及水质要求

（1）中水系统水源来源

①中水水源选择应根据原水水质、水量、排水状况和中水回用的水质水量来确定。例如原水和回用水的水量不仅要平衡，原水还应有10%～15%的余量；原水水源要求供水可靠；原水水质经处理后能达到回用水的水质标准等。

②中水水源一般为生活废水、生活污水、冷却水等。医院污水（尤其是传染病和结核病医院的污水）、生产污水等由于含有多种病菌病毒或其他有毒有害杂质，成分较为复杂，不宜作为中水水源。

③中水水源按污染程度不等一般可分为下述六种类型。选择中水水源时可以根据处理难易程度和水量大小按照下列顺序进行排列。

a.冷却水。

b.沐浴排水。

c.洗排水。

d.洗衣排水。

e.厨房排水。

f.厕所排水。

实际中水水源一般不止单一水源，多为上述六种原水的组合。一般可以分为下列三种组合。

a.盥洗排水和沐浴排水（有时也包括冷却水）组合。该组合称为优质杂排水，为中水水源水质最好者，应优先选用。

b.盥洗排水、沐浴排水和厨房排水组合，该组合称为杂排水。比冷却水、洗排水和洗衣排水三者组合水质差一些。

c.生活污水，即所有生活排水之总称。这种水水质最差。

（2）中水系统水质要求

中水不同于生活饮用水，根据中水水质标准的规定，中水只能在一定范围内使用。目前在国内中水主要回用于冲洗厕所、绿化、洗车、浇洒道路和冷却用水等作杂用水使用。中水回用除了满足水量要求外，还应符合下列要求。

a.首先应满足不同的用途，选用不同的水质。

b.卫生标准是中水回用的重要指标，卫生上要安全可靠，必须达标。卫生指标有大肠菌群数、细菌总数、悬浮物、生化需氧量、化学需氧量等。回用水的水质必须在安全可靠的前提下，达到《城市污水再生利用分类》（GB/T 18919—2002）、《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920—2002）和《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T 18921—2002）的水质要求。

c.中水还应符合人们的感官要求，即无不快感觉，以解除人们使用中水的心理障碍。主要指标有浊度、色度、臭味、表面活性剂、油脂等。

d.中水回用的水质不应引起设备和管道腐蚀和结垢。主要指标有pH值、硬度、蒸发残渣、溶解性物质等。

4.1.2.3　中水系统分类

建筑中水系统主要包括源水系统、处理系统和供水系统三个部分，是三部分组成一体的系统工程，不可分割。因此，中水工程是一个系统工程，是给水技术、排水技术、水处理技术和建筑环境技术的有机综合，是在建筑物或小区内运行上述技术，实现使用功能、节水功能及建筑环境功能的统一。它既不是污水处理厂的小型化搬家，也不是对排水设备和水处理设备的简单连接，而是工程上的有机系统。绿色建筑中水系统按照系统的服务范围可分为以下三类。

①建筑单循环中水系统　建筑单循环中水系统是单栋建筑物或几栋相邻建筑物所形成的中水系统。这种系统宜采用生活污水单独排入城市排水管网或者化粪池，以优质杂排水作为中水水源的完全系统形式。建筑单循环中水系统具有流程简单、投资少、见效快的特点，主要适用于宾馆、饭店、大型公共建筑及办公楼等。建筑单循环中水系统如图4-13所示。

②建筑小区中水系统　小区循环方式是以建筑小区、学校、宾馆、机关单位等大型公共建筑为重点建设的小区中水回用系统，将小区产生的各种生活废水等进行综合处理、消毒以达到所需的中水回用水质标准，由中水供水系统进行供水。建筑小区中水系统具有工程规模较大、水质和管道较复杂、集中处理费用较低等特点。

③城镇中水系统　城镇中水系统属于城镇污水处理厂，出水已经达到中水回用水质要求，城镇建有中水回用管道，建筑或小区可以直接接入中水的半完全系统。此种系统运转费用低，日常管理方便，但是一次性投资大，主要适用于那些需设计中水管道的严重缺水城市。

4.1.2.4　中水管道系统

（1）中水水源的集流方式

当中水水源来自生活排水，根据建筑物所排放污水的水质、水量和中水用途所需水量，可采用不同集流方式。污水集流方式有以下三种可供选用。

①全集流、全回用方式　全集流系统是把建筑物所排放的污水全部集流，经水处理后达到中水水质标准后回用。

全部集流回用系统因集流水中含粪便而且水质很差，因而中水工程费用大、水价较高，中水建设初步阶段可采用全集流、全回用的简易系统，即中水不进居民的房内，中水只在地面绿化、喷洒道路、地下车路、地面冲洗和汽车冲洗等过程中使用。由于中水不用上楼，使楼内的管网设计更为简化，投资也比较低，居民易于接受，但限制了中水的使用范围，降低了中水的使用效益。该系统使住宅内的管线仍维持原状，适用于增设中水工程的建筑小区或区域性中水工程。

②全集流、部分回用方式　当建筑物内的污水采用合流管道排放，根据中水用水量情况，仅使用部分合流的排水量即可满足需要时，可以采用这种系统。系统的优点是增设一套中水供水管网，但集流的水质差，适用于增设中水工程的建筑小区，可根据投资情况，分期分批改建或扩建。采用生活污水为中水水源，可省去一套污水收集系统，但是中水仍要单独的供水系统。

③部分集流、部分回用方式　这种方式系统集流的污水中，一般不含粪便冲洗后的排水和厨房排水。

这部分优质杂排水或杂排水因不含粪便，水质较好，因而工程造价低、水费低，但是需要双管排水管网和双配水管网，即自来水和中水系统、杂排水收集系统和其他排水收集系统，管线上比较复杂，给设计施工增加的难度，也增加管线投资。在缺水比较严重或水价比较高的地区是可行的，适用于办公楼、宾馆、饭店、综合商业大厦等新建工程或者高档住宅区，尤其适用于中水建设的起步阶段。

（2）中水水源的集流管网

以民用或建筑小区中人们生活过程中用过的或生产活动中属于生活排放的污水、冷却水等为中水水源时，集流管网一般由以下几部分组成：①建筑物室内分流污水集流管道和设备；②建筑小区集流污水管道；③污水泵站及有压污水管道；④中水处理设施。建筑物室内分流污水的集流管道和设备作用是将建筑物内的污废水集流到室外集流管道，经建筑物中水处理设施或小区中水处理站处理达标后，经中水配水管供建筑物本身或小区应用。

建筑小区内集流污水管道可布置在庭院道路或绿地下，尽可能靠重力流把污水送到中水处理站。污水泵站及污水压力管道是当排水管网的重力流管段不能自流到建筑小区中水站时而设置的，泵站用来提升压力，泵站至中水处理设施间的集流污水管往往设计压力管道。中水工程中的水处理设施，在小区范围内一般设在地形较低处，单栋建筑物多设在该建筑物地下室内。

（3）中水配水系统的用途

中水配水管网中配水管网的任务是把处理达标的中水从中水处理站输送到各个用水点。中水管网系统按其用途可分为两类。

①生活杂用水管网系统供民用、公共建筑和工厂生活间冲洗便器、洗涤、浇洒路面绿化、水景工程和冷却水补充等杂用。

②消防管网系统供建筑小区、大型公共建筑独立的消防系统的消防设备用水。

上述两种中水管网也可组成共用系统，即生活杂用、消防共用中水系统。

4.1.2.5　中水回用方式

合理的建筑中水回用方式应根据建筑物高度、室外中水配水管网可靠压力、室内管网所需压力等因素确定。其中，最主要的因素是室内中水系统所需总水压H和室外中水配水管网所具有的水压H0。当H0>H时，表明室外中水管网水压能够满足室内中水管网所需水压。反之，当H0<H时，室内中水管网应设加压设备。中水的供水方式一般有以下几种。

①简单的供水方式　当H0>H时，而且水量在任何时间都能满足室内中水管网需要时，可采用简单的供水方式，如图4-14所示。该供水方式具有设备少、维护简单、投资少等一系列优点。这种供水方式的水平干管可布置在首层地下、地沟内或地下室天花板下，也可布置在建筑物最高层的天花板下、吊顶内或技术层中。

②设置水泵和屋顶水箱的中水供水方式　这种供水方式适用于室外中水管网的水压经常低于室内管网所需水压，而用水泵提升到屋顶水箱供水，应设吸水井或中水储水池。

③单设屋顶水箱的中水供水方式　当室外储水配水管网的压力大部分时间（一日内）能够满足室内管网需要的水压，仅在一日高峰时间，由于水量的增加，使室外中水管网压力下降，不能保证室内供水，这时可采用单设屋顶水箱的供水方式。在室外中水配水管网压力高时，可供水到室内中水管网及水箱。当室外中水管网水压由于用水高峰而降低时，满足不了室内最高层用水，则可由水箱供水。应注意，这种方式的进户管除设置必要的闸门外，一定要设置单向阀。

分区供水的中区供水方式对于多层和高层建筑，为减缓管中供水压力过高，常将建筑物竖向分为两个或两个以上供水区，较低区域直接由室外中水配水管网供水，上面各区由水泵、水箱联合供水。

4.1.2.6　中水处理技术

目前，我国中水处理系统一体化设施应用较少，多数城市污水处理系统类似，都是在城镇市政污水处理厂的研究基础之上，将城市污水处理中成熟的工艺运用于中水处理。中水系统主要是包括预处理（一级处理）、主处理（二级处理）和后处理（三级处理）三个部分，其中，预处理主要是去除污水中的漂浮物和呈悬浮状态的固体物质，减轻管道和后续处理构筑物的工作负荷，包括筛滤截留和重力分离两种方法，主要的手段包括格栅、毛发聚集、调节沉淀和隔油等；主处理通过物化、生物、膜分离和土地处理等方法处理污水中呈胶体和溶解状态的有机物质；后处理是采用过滤、吸附和消毒等措施，去除水中残留的有机物、无机物和细菌、病毒等，进一步提高中水水质。

中水处理一般采用的方法见表4-7。

另外，值得一提的是膜生物反应器工艺（MBR工艺），是现代膜分离技术与生物技术有机结合的一种新型废水生物处理技术，它利用膜分离装置将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质有效截留，替代二沉池，使生化反应池中的活性污泥浓度（生物量）大大提高；实现水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）的分别控制，将难降解的大分子有机物质截留在反应池中不断反应、降解。

4.1.2.7　中水处理的运行控制

（1）控制目的

中水处理站控制的目的是在保证满足设计流量、水质、水压的前提下，使设备设施正常运行，努力降低水处理成本，减轻劳动强度，而且充分利用能源。另外，保证水处理过程中产生的废料、废渣实现无害化和可再用资源化。

（2）控制内容

中水处理站控制内容由设备设施的种类和设备设施所要求的运行参数来决定。由于设备设施种类繁多，其运行参数也各不相同，控制内容也不相同。

（3）控制方法

中水处理站控制类型有三种。

①就地手动　在中水处理站内，操作人员根据站内装设的就地指示仪表对阀门、机电设备进行手动操作。这种控制投资较小，但耗费的人力较多。

②现场监控　信号通过各种自控仪表显示并输送到中水处理站的监控中心，采用自动或手动对阀门、机电设备进行控制。

③远程监控　信号通过各种远程自控仪表显示并输送到中水处理站的监控中心，通过可编程（PLC）和系统网网络（SCADA）对远端设备阀门进行遥控、遥测。

现场监控和远程监控自动化程度较高，给管理带来方便，同时也使运行系统的可靠性提高。

4.1.3　海水利用技术

地球表面2/3的面积被水覆盖，但水储量的97%为海水和苦咸水。如果能将海水的资源有效地利用，全球淡水资源紧缺的问题将会迎刃而解。海水利用的主要技术是海水淡化，目前海水淡化的主要技术方法有蒸馏法、电渗析法、反渗透法等。目前因为海水淡化技术技术含量、成本高，并未大规模普及。海水淡化不仅可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，水质好，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。

截至2009年，全球海水淡化日产量为3500万立方米左右，其中80%用于饮用水，解决了全球1亿多人的供水问题，及世界上的1/50的人口靠海水淡化提供饮用水；全球直接利用海水作为工业冷却水总量每年约为6000亿立方米，替代了大量宝贵的淡水资源；海水淡化事实上已成为世界许多国家解决缺水问题普遍采用的一种战略选择，其有效性和可靠性已经得到越来越广泛的认同。

截至2012年底，我国海水淡化产能约为75万立方米/日，距2015年目标220～260万立方米/日仍存在巨大提升空间。从全球来看，我国目前已建成的海水淡化装机容量占比在1%左右，而同期沙特占22%、美国占13%、欧洲占15%，表明我国海水淡化仍有较大发展空间。

《中国海水淡化产业深度调研与投资战略规划分析报告前瞻》显示，我国已建和即将建成的工程累计海水淡化能力约为60万吨/日，从政策规划来看，未来十年内行业市场容量有5倍以上的成长空间，前景较为乐观。淡化海水成本已降到4～5元/吨，经济可行性已经大大提升，考虑到未来技术进步带来的成本下降，以及政策扶持等因素，未来海水淡化产业有望出现爆发式增长。