雨水收集系统介绍及成本分析

引  言

雨水收集系统，就是将雨水根据需求进行收集后，并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。 

广义的雨水利用是指经过一定的人为措施,对自然界中的雨水径流进行干预，使其就地入渗或汇集蓄存并加以利用，包括雨水集流的家庭利用，农业灌溉和养殖利用，水源涵养，城市集雨利用和生态环境改善等水资源利用的各个方面，甚至人工增雨等。这种雨水利用的概念其外延几乎囊括了水的所有利用方式，内涵极为广泛。

狭义的雨水利用一般是指对雨水的原始形式和最初转化为径流或地下水、土壤水阶段的利用,概括起来包括两方面：

一是雨水径流汇集利用，包括：

（1）集流补灌的农业雨水利用

（2）用于洗车、消防、冲厕、景观、城市保洁、城市绿地灌溉等的城市雨水利用

（3）解决人蓄饮水的农村生活利用等" 

二是雨水入渗作为储备水资源利用。

出于绿色环保、节能减排考虑，现在越来越多的开发项目会要求做雨水收集系统，今天我们就分享一下雨水收集系统以及其成本情况

目录

01 雨水收集系统现状

02 雨水收集系统原理

03 雨水收集系统分类

04 雨水收集系统成本

1. 雨水收集系统技术发展历史

最初暴雨的收集以疏导为主,城市雨水处理在快速、高效的工程排水原则下,着眼于快速将雨水从城市范围内排除,扩大雨水管道和城市河道横断面、减少糙率或开发分洪渠道等被认为是解决雨洪问题的最有效方法。

随着城市化进程加快,城市地表不透水面积增加,地表径流量增加,洪峰流量增大且时间提前,城市的防灾能力减弱,暴雨洪水灾害发生的几率都有较大的增加,暴露了原有城市排水系统的弊端,反映了原有雨水处置理念与快速城市化进程的不相适应,严重干扰了城市原有水文生态系统,破坏了自然的水文循环过程。

因此从 20 世纪70 年代以来,国际雨水资源管理的理念发生了显著变化,雨水蓄渗、缓排、利用等已成为雨水管理的重要内容,很多国家致力于雨水利用技术的研究和开发,使用法律、经济、技术等多种手段,从水量和水质管理两个角度,通过工程以及非工程的多种措施实行“生态排水”，使降水尽可能地进入自然水循环,尽量减少进入城市排水系统的雨水量,促进雨水的资源化利用,减轻城市洪涝灾害、降低城市污水处理负荷和建设费用,维护城市水循环的生态平衡。

近二十年来，在坦桑尼亚、南非、巴西、中国西北等国家和地区，修建了数以千计的雨水收集利用系统。

美国、加拿大、德国、澳大利亚、希腊、新加坡和日本等许多发达国家也开展了不同规模、不同用途的雨水利用的研究和实施计划。 

德国长期致力于雨水利用技术的研究与开发，目前已经成为世界上最先进的国家之一，从规划、设计到应用，不但形成了完善的技术体系，而且制定了配套的法规和管理规定。如在新建小区之前，无论是工业、商业还是居民小区，均要设计雨水利用设施，若无雨水利用措施,政府将征收雨水排放设施费和雨水排放费。

其雨水利用的理念为：

屋顶的雨水首先通过雨漏管进入楼寓周围绿地，经过天然土壤渗入地下，若雨水大于土壤的入渗能力，则进入小区的入渗沟或洼地；道路及停车场的雨水径流直接进入小区的入渗沟或洼地。入渗沟或洼地根据绿地的耐淹水准设计，标准内降水径流可全部入渗，遇超标准降水，则通过溢流系统排入市政污水管道。 

日本对雨水利用研究也很多。早在 1980 年日本建设省就开始推行雨水贮留渗透计划。利用公园、绿地、庭院、停车场、道路和建筑物等场所，设置渗透井、管、池和渗透性覆盖等收集雨水的设施，将收集的雨水用于消防、洗车、冲厕所，也可以经过处理后供居民饮用。 

美国的雨水利用常以提高天然入渗能力为目的。在芝加哥市兴建了地下隧道水系统，以解决城市防洪和雨水利用问题。其它很多城市还建立了屋顶蓄水和入渗池、井、草地、透水地面组成的地表回灌系统。美国不但重视工程措施而且还制定了相应的法律法规对雨水利用给予支持，如针对城市化引起河道下游洪水泛滥问题，科罗拉多州、佛罗里达州和宾夕法尼亚州分别制定了《雨水利用条例》。 

国外城市雨水利用设施齐全，利用方法多样，并且制定了一系列政策法规，建立了比较完善的雨水收集和雨水渗透系统。城市雨水利用技术日趋成熟,取得了较好的经济效益和环境效益。 

进入 90 年代，雨水利用在我国各地兴起，我国的雨水利用主要偏重于严重缺水地区，例如甘肃实施的“121 雨水收集工程”、内蒙古实施的“112 集雨节水灌溉工程”、宁夏实施的“窖水工程”都促进雨水集蓄措施的研究，产生了明显的经济效益、社会效益和生态效益。

近几年来，北京、上海等许多大城市相继开展雨水利用的研究，由于缺水，北京开展的步伐较快。2008 年北京奥运场馆中 100%的雨水得到有效利用，可见北京市城市雨水利用己进入实施阶段。

2. 雨水利用工程实例 

日本的国技馆雨水利用工程是最有特色的工程之一。该工程采用降雨强度计来控制雨水弃流量,收集屋顶雨水，采用微细网过滤器，除去直径约为 100μm 以上的污染物。

为了防止处理后的水质腐败和有机物繁殖，定期将水在贮流槽内循环，并重新加入次氯酸盐。该工程保证了一定的水质和水量可供防灾、消防或灾害时饮用水的使用。悉尼奥运会主会场，将整个场区的雨水收集和处理系统根据地形和地势分为三个系统收集。

雨水处理上充分利用自然条件，通过水力学设计使雨水在流动过程中泥沙得到有效沉淀，然后进入氧化塘自然净化，塘内与人工景观相结合，种植水生植物，水形成了一个整体的自然生态保护地。北京国家体育场雨水处理，设计采用弃流初期雨水，将雨水收集储存在五个雨水蓄水调节池内。

处理工艺采用物理法，即采用不同性能的过滤实现净化，主要流程为：雨水蓄水调节池→砂滤池→超滤池→纳滤池→消毒池→消防中水合用水池，其中砂滤池的反冲洗水经二级砂滤池回到雨水蓄水调节池。 

近年来，雨水利用技术的发展已经扩展了很多方面，如初期雨水弃流技术、小型雨水处理设备开发、雨水渗透设备技术、小型雨水处理设备技术、雨水利用综合评价等方面，涉及到多个领域相关技术的开发，使城市雨水利用技术更为广阔的发展空间

1. 城市雨水资源利用的原则

1.1 经济、社会、生态环境综合效益最大原则 

城市雨水资源利用与径流污染控制,在技术措施上应尽可能采用生态化和自然化的措施,符合可持续发展的原则。

在经济上应兼顾近期目标和长远目标，资金等条件有困难时可以分阶段实施。方案比选和决策时不应仅限于经济效益，还应考虑到环境效益、社会效益等方面。 

1.2工程措施和非工程措施相结合的原则 

由于雨水具有很强的随机性，所以仅靠工程措施不一定能解决城市雨水问题。应坚持工程措施与非工程措施并重的指导思想，防治结合，才能多层次、多渠道地进行控制。 

1.3 因地制宜、合理开发的原则 

不同的区域有不同的径流水质、水量特征，应根据区域特点优先选用适合该区域的技术方法，包括自然环境条件、经济技术水准、公众意识等。

如在城中居住区，可以优先选用道路清扫和垃圾管理、禁止污染物倾倒等措施。而在新开发城乡交界地区，可以选用雨水湿地、低势绿地、渗透铺装等技术。具体设计时应对各种备选措施的适用性、效果等进行全面的技术、经济比较，优化组合，最终确定最佳方案。 

1.4 保障城市防洪排涝安全的原则 

城市雨水资源利用是以保障城市防洪排涝安全为前提的，否则，城市雨水资源利用就失去了意义。 

2. 城市雨水利用的基本途径 

雨水利用是一个集雨水收集、净化、贮存、运输和利用一体的复杂的系统，可直接利用，也可间接利用，还能直接和间接结合利用。下表列出了常见雨水利用的分类、方式及用途。

各国、各地区都根据不同的城市地形、地貌、气候、城市形态和环境特征，因地制宜的建造雨水直接利用和间接利用工程，并且制定了雨水利用的法规、政策、标准和技术细节，以达到充分利用城市雨水、提高雨水利用能力和效率的目的。总体上，从工程角度来看可以分以下几种

3. 雨水收集技术原理 

雨水收集流程：雨水粗分，初雨抛弃，在线过滤，雨水收集，雨水存储，分质供水。 

雨水粗分：雨水从屋顶汇集后进入落水管，与雨水同时进入落水管的树叶，树枝等粗大杂物被过滤网阻挡，雨水进入收集器。 

初雨抛弃：屋顶是露天的，容易受到污染，雨水冲洗了房顶等受雨的灰尘，以及可溶的与不可溶的杂物，因此这部分雨水被称为初雨，应被抛弃。这类水一直直接排放。 

雨水分质收集：当降雨继续进行，雨水经过无动力在线过滤器，进入收集器的雨水在流经过程中完成了在线过滤，去除了雨水中 2mm 以上的杂质进入第一个收集器，这类雨水可以用于浇花，进入第二个收集器，这类水可以用于生活杂用，如冲厕所，洗澡，洗衣服等

4. 雨水收集技术相关图纸 

4.1 雨水收集 

雨水收集直接利用小区雨水管道收集雨水。由雨水水落管收集屋面雨水，雨水口收集路面和绿地雨水.小区屋面防水材料为非沥青防水屋面，以避免造成雨水水质的污染，选用坡屋顶结构，天沟和水落管采用 UPVC 塑料管材；小区道路两侧雨水口采用水篦，以拦截大块杂质，保持管道通畅。小区内的停车场占总面积的三分之二，利用车库顶部的排水板（管）收集雨水，经管道汇入雨水系统。

 4.2 雨水的调蓄容积 

一般情况下，雨水的调蓄主要采用设置钢筋混凝土水池的方式。鉴于雨水水源补给具有一定的随机性，所以，不论水池建多大，都无法贮存所有的降水。

因此，结合景观水池的溢流容积贮存调蓄雨水可能是较好的贮水方式。本项目采取二个措施进行雨水水量调节，其一，设置了一个储水容积为 394m3 的调节池、150 m3 的清水池；其二，景观水面面积有 1244 m2，利用溢流水位空间作为调节构筑物，争取贮水不少于 381 m3，降低工程造价，同时，减少占地空间。

5. 雨水的处理工艺 

水处理系统具有三种工作模式，兼有雨水和景观用水循环处理的双重功能。第一种模式：需要补给雨水时，可以从调节池将雨水提升，进入水处理系统，将雨水进行处理，达到水质标准的雨水进入景观水池；第二种模式：不用补充雨水时，可以进行景观水的循环处理，以保证景观用水的水质和景观效果；第三种模式：绿化用水时，直接启动专用绿化泵，经处理后的雨水直接进入绿化管网。

1. 虹吸式雨水收集 

虹吸式雨水收集系统是屋面雨水排水的一种形式，是在设计条件下利用雨水斗至排出管之间的有效位差为动力，使系统内部产生负压的雨水排水系统，其水力计算依据为流体力学的伯努利方程。

在降雨初期，屋面雨水高度未超过雨水高度时。整个排水系统的工作原理和重力排水系统相似。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，由于采用了科学设计的防漩涡雨水斗，通过控制进入雨水斗的雨水流量和调整流态减少漩涡，从而极大的减少雨水进入系统时所夹带的空气量。是系统中排水管呈满流状态。利用建筑的屋面高度和雨水具有的势能，在雨水连续流经雨水悬吊管转入雨水立管跌落时形成虹吸作用。虹吸式屋面雨水收集系统的选用主要控制内容包括雨水斗流量、雨水斗材质、系统管材材质。

2. 无动力式雨水收集系统 

该系统的工作原理是利用屋面雨水本身的重力作用油屋面雨水斗排水管自流排放。系统工作实际情况表明中重力排水系统中，当屋面雨水由雨水斗进入排水系统时，由于地球磁场作用过水断面收缩形成旋涡，水流夹带着空气进入整个雨水排放系统；系统收集流程为：雨水粗分→初雨抛弃→在线过滤→雨水收集→雨水储存→分质供水。

3. 模块雨水箱雨水收集系统 

该品是主要用作渗透、收集雨水资源以及防洪、排涝的管理系统，该系统是由具有 95%的空间的由聚丙烯制成组成的产品；他们具有 95%的有效集水空间，并且具有很高的承载能力

4. 渗透式雨水收集 

雨水经多孔透水路面的表层直接渗入到集料层，然后逐渐渗入周围土壤或地下集水设施。其中，集料是指在混合料中起骨架或填充作用的粒料，包括岩石天然风化而成的砾石（卵石）、砂以及各种尺寸的碎石和石屑等。集料层比路面略宽。

典型的雨水渗透系统见下图。研究表明，雨水经路面直接渗透减少了地面径流，同时经过路面和土壤的截留、吸附、生物降解等作用后，雨水中的溶解性污染物和某些重金属离子被去除，成为水质相对较好的地下水补充水源。雨水渗透又多种不同的技术做法，可利用自然设施渗透（如绿地、天然河沟等），更多的采用人工渗透设施进行雨水渗透。

渗透式收集的优点:

（1） 能就地部分去除雨水中的污染物。研究表明土壤过滤对溶解性污染物特别是营养盐和重金属离子的去除效果优于雨水截留池。

（2） 雨水经土壤渗透至地下储水层，可涵养地下水，抑制暴雨径流，减轻城市排水设施的负荷。这可解决目前许多城市因大量开挖地下水而引发的地面下降、地下水减少的问题。目前许多地方拟建的地下水库，其水源之一就是渗透后的雨水。这主要是充分利用了此类雨水污染物较少，能补充水源的特点。

（3） 雨水能迅速渗透而排除，路面积水，出现水膜的几率小了，增强了交通的安全性和顺畅度。

渗透-排放一体系统是一种雨水渗透-排放一体化装置，兼具雨水渗透、收集、排放多重功效，是一种综合性雨水利用设施。由渗透雨水口、渗透检查井、渗透管等渗透设施组成。 

渗透式收集利用的设计要点： 

渗透弃流井：国家标准 GB50400—2006《建筑与小区雨水利用工程设计规范》2.1.17 中规定：渗透弃流井是具有一定储存容积和过滤截污功能，将初期径流渗透到地下的成品装置（见图 2-2）。上述定义有如下含义：（1）井室有一定储存容积，可以储存一定量的初期径流雨水，超量的雨水从井的另一端溢出。（2）井室具有渗透功能，即井室侧壁和底部有穿孔，可使雨水顺利渗入地下。（3）为避免雨水中的杂质进入土壤中，渗透弃流井内应设有滤除雨中杂质的设施。（4）渗透弃流井的截污能力有限，不适用雨水中的溶解物超过限定值的情况。 

渗透弃流井的设计思路是：

使该井具有上述的渗透、截污、弃流多种功能，降雨形成的初期径流先存入井内，污物被截污设施截留，得到初步处理的雨水慢慢渗入地下。 

该装置主要适用于连接屋面雨水排水，且屋面雨水相对较为洁净的场所。绝大多数屋面排水均采用重力排水，每个排水立管负担的面积相对较小，一般不超过 500 m2，排水立管较多，采用自控式弃流装置造价较高，难以推行；

采用分散式弃流池数量较多、采用集中式弃流池管线布置复杂，重力排水标高要求较为严格，弃流效果也不理想。

因此采用渗透弃流井的方式是较为可行的方法，受井体体积、土壤渗透能力的影响，每个渗透弃流井负担的汇水面积不宜超过 500m2。过滤装置的核心是无纺布，一般颗粒状的污染物均可过滤截留在井内，断面图见图

渗透性（透水）路面：透水路面是由上至下均有良好的透水性，在表层采用孔隙率高的耐磨材料（如连锁砖、植草砖、水泥板块、砌石、透水性沥青），并以透水性较高的砂石为基层，则降水可由表层面材间的缝隙渗入地表以下，使得整体而言具有良好的透水性能。一般透水性路面的透水能力为正常土壤吸收雨水的60 倍。对于透水性路面，其主要性能参数是透水性、抗压性、耐磨性。同时，路面下基础层的蓄水度和土壤层的吸水能力也是此种路面渗透雨水的能力的相关因素。 

块状透水路面：这是目前国内利用较多的形式。即在人行道和停车场地面，非连续拼接块状或镂空的植草砖、连锁砖，这些框格状镂空模块铺在较厚的粗砾石之上，多孔的可渗透织物铺设在砾石之下，以防止土壤颗粒扩散进入砾石的空隙之中。模块中间植草，使雨水渗透到土层，使地表土既可渗水又可接触空气、阳光，以利植物生长。草皮砖因有草类植物生长，能更好地净化雨水径流及调节大气温度和湿度，对重金属如铅、锌、铬等有一定去除效果。框格状地砖铺设的可渗透路面，基本不存在堵塞问题，它在任何气候条件下都能较好的工作。然而砖块会因为受过多车辆的碾轧易发生沉降或错位现象。 

整体透水路面：这种路面的材质多为透水性沥青、透水性混凝土、多孔性混凝板构造、透水性树脂混合天然石砂粒。透水性沥青路面是不同粒径集料抽离的孔隙结构（无砂混凝土），其级配为开级配，粗粒料含量最高达 85%，孔隙率可达 15%～25%。沥青混合料的强度依靠粒料颗粒间互制结构产生互锁作用，强化了集料与沥青的结合力，相应腾出的孔隙又增加了透水的路径。因为粒料间空隙大，填充孔隙的沥青含量就高。级配沥青混合料使用较多的沥青胶泥，包裹粒料的沥青膜厚度较厚，可增强耐久性。为使沥青胶泥具有足够劲度，多采用高粘滞度的地沥青或改性沥青，有时还添加有矿物纤维的改良物，如纤维或石灰，这些添加料还能起到降噪（4dB～7dB）的作用。 

具有透水管的路面：这种路面可用于土质渗透性较差的地方，利用渗透管道收集雨水，或用在需大量集中收集雨水的地方。渗透管多采用穿孔 P V C 管或透水材料制成，汇集的雨水通过透水管渠进入四周碎石层，日本和德国在渗透管方面已经有较成熟的经验。 

渗透检查井：渗透-排放一体技术中系统设施组成主要包括渗透井、渗透雨水口、渗透管、渗透检查井、渗透雨水口等。其中渗透井根据功能划分为渗透检查井、渗透弃流井、集水渗透检查井等。

入渗井：是一种通过井体侧壁和井底进行入渗的设施。

渗透检查井：是具有渗透功能和一定沉砂容积的管道检查维护装置。 

集水渗透检查井：是具有收集、渗透和一定沉砂容积的管道检查维护装置。井盖改为有集水功能的井蓖。井体内井蓖的下部，设内衬孔径 1～2mm 尼龙网的截污筐。 

渗透雨水口：渗透雨水口，是一种具有渗透、截污、集水功能为一体的雨水口，井蓖下部内衬无妨土工布的截污筐。

渗透管：按照材料分有塑料丝绕渗透管、塑料穿孔管、土工布。 

塑料丝绕渗透管：是一种以聚乙烯丝编绕成型的渗排水管材，具有 90%的孔隙率和一定的强度。工程中使用的该型管材管径为 DN200、DN300。实测 DN200 的管材壁厚 28mm，环刚度（内径变形 5 %）514KPa；DN300 的管材壁厚 40mm，环刚度(内径变形 5%) 500KPa。 

塑料穿孔管：如 HDPE、UPVC 等，可采用给水高密度聚乙烯管，在侧壁打孔制成的渗排水管材，管材开孔直径 10～15mm，开孔率 1.5～3%。穿孔管具有硬质管材较好通水能力和较好的环刚度，可提高渗透管设施的整体承载能力，在工程中优先推荐使用。 

土工布：是一种在雨水利用工程中常用的材料，从功能上分有透水性土工布和不透水性土工布两种。渗透管沟采用透水性土工布包覆，有效防止泥土进入渗透砾石层，提高渗透设施的使用寿命。 

入渗系统应设有储存容积，其有效容积宜能蓄存设施产流历时内的蓄积雨水量。渗透管是雨水入渗系统的技术措施之一，储存容积由三部分容积组成：渗透管本身的管道有效容积；渗透检查井、渗透雨水口的有效容积；砾石层的孔隙空间。 

渗透管在工程应用中，管道外壁包裹土工布，置于填充碎石的土沟中，形成兼有渗透和贮水双重功能的渗透管渠。为防止泥土进入渗透管渠的碎石中，碎石层的外围也需要包裹土工布

此规格下，雨水收集利用系统设备投资约 14.5 万，土建费用为 4 万，总计 18.5 万元