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[摘要]上海自然博物馆屋面雨水通过集中回收，经净化处理后，达到100％的雨水回用效果，作为自然博物馆中央景观水体补水及屋顶绿化浇灌水源，实现节约和循环利用水资源的目的。
[关键词]上海自然博物馆 雨水收集及回用
1、自然博物馆项目概况
上海自然博物馆是我国历史最悠久的自然博物馆，具有141岁的历史，是我国最有影响力的自然博物馆之一。2007年根据市政府统一规划建设上海自然博物馆新馆，新馆的总建筑面积45086m2。其中，地上三层，高18m；地下两层，深15m。
2、屋顶雨水收集、回用技术
2.1 雨水收集、回用的必要性
我国具有丰富的雨水资源，年平均降水总量达6，2X104亿m3，除自然蒸发和渗透外，城市雨水收集利用的潜力巨大。充分利用雨水资源，把雨水作为城市第二水源加以开发利用，缓解城市水资源短缺，改善城市生态环境势在必行。
上海市地处北亚热带南缘季风盛行的滨海地带，四季分明，冬夏长、春秋短，受海洋气候影响较为明显。雨量充沛，年平均降雨量日为132天，六月中旬至七月上旬为梅雨季节，五月至九月为汛期。降水的年内分布不均匀，降水主要集中在夏秋季，汛期降雨总量占全年的60％以上，而且出现暴雨灾害的机率也高，年平均暴雨天数为29天。最大暴雨量基础数据参考官方网站描述，上海最大降雨量为：24小时最大降雨量581.3mm、12小时最大降雨量567.6mm；1小时最大降雨量147.3mm。
降雨作为一种可持续再生的水资源，如能被有效利用，势必为工程生态节能技术的综合能效添砖加瓦。
一方面为了解决绿化浇灌、洗车等用水短缺问题，另一方面为了解决暴雨季节雨水泛滥所引起一系列的矛盾，雨水的收集和利用正好可以合理地缓解这两大矛盾，不仅可节约水源，还可减轻城市排水设施的负担。
2.2 雨水回用系统及工艺流程
雨水收集、回用系统一般包括雨水收集区、输水管系、截污净化装置、储存和供水等几部分。另外还设有溢流设施，使超过储存容量的雨水部分溢流到市政污水管。在回用前，需要对收集的雨水进行沉淀、过滤、消毒等处理。
2.2.1 虹吸式雨水收集
在降雨初期，屋面雨水高度未超过雨水斗高度时，整个排水系统工作状况与重力排水系统相同。随着降雨的持续，当屋面雨水厚度超过雨水斗空气挡板高度时，经科学设计的防漩涡雨水斗，控制进入的雨水流量和调整流态减少漩涡，从而减少了雨水进入排水系统时所夹带的空气量，使得系统中排水管道呈满流状态，利用建筑物屋面的高度和雨水所具有的势能，在雨水连续流经过雨水悬吊管转入雨水立管跌落时形成虹吸作用。屋面雨水在管道内负压的抽吸作用下快速排到室外，最终汇集到雨水收集管道。该系统的特点是天沟无需汇水坡度，悬吊管无需坡度，立管可连接的雨水斗可达数十个，因而可大大减少立管数目，并且立管的位置不受限制，可灵活布置。
本系统按照“上海市降雨历时5min的10年暴雨强度6.121／s.100m2来设计，客观上已经考虑到溢流设计，即天沟虹吸系统加上溢流系统的排放能力应能满足设计的暴雨强度。
2.2.2 初期雨水弃流
由于降水淋洗了大气污染物(主要为SS、COD、硫化物、氮氧化物等)和屋面积累的大气沉积物以及屋面材料产生的污染物。致使初期雨水污染程度较高(其中，平顶沥青油毡屋面污染较重)。屋面初期雨水中所含的主要污染物有COD、SS，还有极少量的铅、磷和氮。同时屋面雨水可生化性差，BOD5：COD通常只有0.1～0.15，如果不抛弃，它会严重污染所收集到的雨水。
根据这种状况，通过专业的雨量式初期雨水弃流装置，利用重力作用排掉前期污染严重的少量雨水，以降雨量作为弃流标准，当雨量超过设定值，排污管关闭，雨水将被迫流向出水管。在出水管上设置不锈钢过滤网，可以对雨水进行预过滤，过滤留下的污物将在下次降雨时通过排污管冲走，从而实现弃流、过滤、自动排污等多种功能。经初期雨水弃流后的雨水水质则较稳定，如COD为80～120mg／L，SS为20～40mg／L，色度为10～40。弃流后的雨水可以在很大程度上降低雨水利用的难度、提高净化系统效率，对减少面源污染、改善城市水环境，保证雨水利用、渗透设施的安全运行有着积极的作用。
2.2.3 生态过滤器
生态过滤器是利用特殊的滤料将水体中悬浮物去除的一种水处理设备。滤料作为清除污染物的介质，被装在生态过滤器的腔体内；雨水经过生态过滤器，微小的悬浮物被沙床截留滤除。过滤后的清水由生态过滤器底部管道流入清水池。
2.3 雨水的回用方式
2.3.1 可回用雨水量
2003年2007年上海国家气象观测站对于雨水观测的调查表明：上海年平均降水量1100-1200mm左右，雨日110-120天(近年开始有所增多)，降水主要出现在梅雨和春雨阶段。
根据调查自然博物馆集雨总面积约为6910m2，通过对雨水水量、水质分析，以及经验系数，屋面雨水径流的年可利用量可按下式进行粗略估算。
若以年降水1200mm计算：
Q＝p×a×b×A×(H×10-3)
＝0.9×0.78×0.9×6910×(1200×10-3)
＝5238.89m3
式中：Q——屋面年平均可利用雨量，m3：
p——径流系数(通常取0.9)：
a——季节折减系数(通常取0.78)；
b——初期弃流系数；
A——集水面水平投影面积(m2)：
H——年平均降雨量，mm。
其中季节折减系数a考虑了当地气候、季节等因素对有效径流量的影响，可选择0.78。初期弃流系数b根据当地降雨和水质资料确定。根据上海市的降雨特点，按2nun弃流量考虑，b建议选取0.9。
2.3.2 景观水系的补水
4～9月、8～10月份蒸发和降水量之差在水位降到允许变化水位之下时，利用液位控制计自动补水，补水水源为雨水回用部分水量，不足部分用自来水进行补充。具体补水量将根据地下二层设计的景观水位进行补给。
根据《上海志一大事记》所记载的，“1988年8月26至12月31日，共计92天，总降水量为10.7mm，蒸发量为241mm。”此记录是上海蒸发量与降雨量差值的极大值。
水体水量损失主要由蒸发引起。按以上数据计算。
(241－10.7)／92mm=2，50mm，即景观水体水面蒸发量每日平均2，5mm。
该水体日失水量约为1634*2.5*10－3＝4.085m3。据估算年失水量约为4.085*365=1491.025m3。
屋面年雨水径流量约5238.89 m3，可以满足景观水体因蒸发而损失的水量。
2.3.3 绿化浇灌用水
根据《建筑给排水设计手册》的要求，绿化的用水定额为1，5－2L／m2次，1－2次／日。
所收集到的雨水需作为屋顶的绿化浇灌用水。屋顶的绿化植物约6000m2，用水定额取1.6L／m2次，2次／日。
日所需最大水量=1.6*6000*2＝19200L＝19.2m3。
2.4 雨水的调节储存
由于降水的不确定性，雨水作为回用水水源具有不稳定性。当清水池中回收的雨水量无法满足景观补水、绿化浇灌、洗车等的用水量时，需设置自来水作为补水水源。
3、結 论
雨水回用的主要特点是将雨水收集、有效利用并改善生态环境。虽然初期投资较大，但可以充分利用雨水资源，其长期效益和社会效益是不可估量的。主要优点为：第一，基本可保持汇集雨水与用水的平衡，节约水资源，减少管网负荷和污染负荷，减少处理费用。按当地多年月平均降雨量平衡分析，年可利用6910m2的雨水。水费按2.5元／m3计，年节约水费约17275元。第二，可减小洪峰流量，调节储存池等就可调节洪峰流量，使自然博物馆具有较大的防洪能力。第三，能有效地利用雨水，将排水、用水、景观和水景观生态环境作为一个整体来考虑。采用生态设计以保证水景水质，并减少向接纳水体排放的雨水量和污染负荷。
[关键词]上海自然博物馆 雨水收集及回用
1、自然博物馆项目概况
上海自然博物馆是我国历史最悠久的自然博物馆，具有141岁的历史，是我国最有影响力的自然博物馆之一。2007年根据市政府统一规划建设上海自然博物馆新馆，新馆的总建筑面积45086m2。其中，地上三层，高18m；地下两层，深15m。
2、屋顶雨水收集、回用技术
2.1 雨水收集、回用的必要性
我国具有丰富的雨水资源，年平均降水总量达6，2X104亿m3，除自然蒸发和渗透外，城市雨水收集利用的潜力巨大。充分利用雨水资源，把雨水作为城市第二水源加以开发利用，缓解城市水资源短缺，改善城市生态环境势在必行。
上海市地处北亚热带南缘季风盛行的滨海地带，四季分明，冬夏长、春秋短，受海洋气候影响较为明显。雨量充沛，年平均降雨量日为132天，六月中旬至七月上旬为梅雨季节，五月至九月为汛期。降水的年内分布不均匀，降水主要集中在夏秋季，汛期降雨总量占全年的60％以上，而且出现暴雨灾害的机率也高，年平均暴雨天数为29天。最大暴雨量基础数据参考官方网站描述，上海最大降雨量为：24小时最大降雨量581.3mm、12小时最大降雨量567.6mm；1小时最大降雨量147.3mm。
降雨作为一种可持续再生的水资源，如能被有效利用，势必为工程生态节能技术的综合能效添砖加瓦。
一方面为了解决绿化浇灌、洗车等用水短缺问题，另一方面为了解决暴雨季节雨水泛滥所引起一系列的矛盾，雨水的收集和利用正好可以合理地缓解这两大矛盾，不仅可节约水源，还可减轻城市排水设施的负担。
2.2 雨水回用系统及工艺流程
雨水收集、回用系统一般包括雨水收集区、输水管系、截污净化装置、储存和供水等几部分。另外还设有溢流设施，使超过储存容量的雨水部分溢流到市政污水管。在回用前，需要对收集的雨水进行沉淀、过滤、消毒等处理。
2.2.1 虹吸式雨水收集
在降雨初期，屋面雨水高度未超过雨水斗高度时，整个排水系统工作状况与重力排水系统相同。随着降雨的持续，当屋面雨水厚度超过雨水斗空气挡板高度时，经科学设计的防漩涡雨水斗，控制进入的雨水流量和调整流态减少漩涡，从而减少了雨水进入排水系统时所夹带的空气量，使得系统中排水管道呈满流状态，利用建筑物屋面的高度和雨水所具有的势能，在雨水连续流经过雨水悬吊管转入雨水立管跌落时形成虹吸作用。屋面雨水在管道内负压的抽吸作用下快速排到室外，最终汇集到雨水收集管道。该系统的特点是天沟无需汇水坡度，悬吊管无需坡度，立管可连接的雨水斗可达数十个，因而可大大减少立管数目，并且立管的位置不受限制，可灵活布置。
本系统按照“上海市降雨历时5min的10年暴雨强度6.121／s.100m2来设计，客观上已经考虑到溢流设计，即天沟虹吸系统加上溢流系统的排放能力应能满足设计的暴雨强度。
2.2.2 初期雨水弃流
由于降水淋洗了大气污染物(主要为SS、COD、硫化物、氮氧化物等)和屋面积累的大气沉积物以及屋面材料产生的污染物。致使初期雨水污染程度较高(其中，平顶沥青油毡屋面污染较重)。屋面初期雨水中所含的主要污染物有COD、SS，还有极少量的铅、磷和氮。同时屋面雨水可生化性差，BOD5：COD通常只有0.1～0.15，如果不抛弃，它会严重污染所收集到的雨水。
根据这种状况，通过专业的雨量式初期雨水弃流装置，利用重力作用排掉前期污染严重的少量雨水，以降雨量作为弃流标准，当雨量超过设定值，排污管关闭，雨水将被迫流向出水管。在出水管上设置不锈钢过滤网，可以对雨水进行预过滤，过滤留下的污物将在下次降雨时通过排污管冲走，从而实现弃流、过滤、自动排污等多种功能。经初期雨水弃流后的雨水水质则较稳定，如COD为80～120mg／L，SS为20～40mg／L，色度为10～40。弃流后的雨水可以在很大程度上降低雨水利用的难度、提高净化系统效率，对减少面源污染、改善城市水环境，保证雨水利用、渗透设施的安全运行有着积极的作用。
2.2.3 生态过滤器
生态过滤器是利用特殊的滤料将水体中悬浮物去除的一种水处理设备。滤料作为清除污染物的介质，被装在生态过滤器的腔体内；雨水经过生态过滤器，微小的悬浮物被沙床截留滤除。过滤后的清水由生态过滤器底部管道流入清水池。
2.3 雨水的回用方式
2.3.1 可回用雨水量
2003年2007年上海国家气象观测站对于雨水观测的调查表明：上海年平均降水量1100-1200mm左右，雨日110-120天(近年开始有所增多)，降水主要出现在梅雨和春雨阶段。
根据调查自然博物馆集雨总面积约为6910m2，通过对雨水水量、水质分析，以及经验系数，屋面雨水径流的年可利用量可按下式进行粗略估算。
若以年降水1200mm计算：
Q＝p×a×b×A×(H×10-3)
＝0.9×0.78×0.9×6910×(1200×10-3)
＝5238.89m3
式中：Q——屋面年平均可利用雨量，m3：
p——径流系数(通常取0.9)：
a——季节折减系数(通常取0.78)；
b——初期弃流系数；
A——集水面水平投影面积(m2)：
H——年平均降雨量，mm。
其中季节折减系数a考虑了当地气候、季节等因素对有效径流量的影响，可选择0.78。初期弃流系数b根据当地降雨和水质资料确定。根据上海市的降雨特点，按2nun弃流量考虑，b建议选取0.9。
2.3.2 景观水系的补水
4～9月、8～10月份蒸发和降水量之差在水位降到允许变化水位之下时，利用液位控制计自动补水，补水水源为雨水回用部分水量，不足部分用自来水进行补充。具体补水量将根据地下二层设计的景观水位进行补给。
根据《上海志一大事记》所记载的，“1988年8月26至12月31日，共计92天，总降水量为10.7mm，蒸发量为241mm。”此记录是上海蒸发量与降雨量差值的极大值。
水体水量损失主要由蒸发引起。按以上数据计算。
(241－10.7)／92mm=2，50mm，即景观水体水面蒸发量每日平均2，5mm。
该水体日失水量约为1634*2.5*10－3＝4.085m3。据估算年失水量约为4.085*365=1491.025m3。
屋面年雨水径流量约5238.89 m3，可以满足景观水体因蒸发而损失的水量。
2.3.3 绿化浇灌用水
根据《建筑给排水设计手册》的要求，绿化的用水定额为1，5－2L／m2次，1－2次／日。
所收集到的雨水需作为屋顶的绿化浇灌用水。屋顶的绿化植物约6000m2，用水定额取1.6L／m2次，2次／日。
日所需最大水量=1.6*6000*2＝19200L＝19.2m3。
2.4 雨水的调节储存
由于降水的不确定性，雨水作为回用水水源具有不稳定性。当清水池中回收的雨水量无法满足景观补水、绿化浇灌、洗车等的用水量时，需设置自来水作为补水水源。
3、結 论
雨水回用的主要特点是将雨水收集、有效利用并改善生态环境。虽然初期投资较大，但可以充分利用雨水资源，其长期效益和社会效益是不可估量的。主要优点为：第一，基本可保持汇集雨水与用水的平衡，节约水资源，减少管网负荷和污染负荷，减少处理费用。按当地多年月平均降雨量平衡分析，年可利用6910m2的雨水。水费按2.5元／m3计，年节约水费约17275元。第二，可减小洪峰流量，调节储存池等就可调节洪峰流量，使自然博物馆具有较大的防洪能力。第三，能有效地利用雨水，将排水、用水、景观和水景观生态环境作为一个整体来考虑。采用生态设计以保证水景水质，并减少向接纳水体排放的雨水量和污染负荷。