形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,技術理論,工藝流程,材料設備,質量控制,規範標準,控制措施,安全措施,環保措施,效益分析,經濟效益,社會效益,環境效益,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
21世紀初,隨著經濟的發展,大部分城市呈現出
水質型缺水的趨勢。雨水作為一種可利用的淡水資源,通常白白流失,即使在乾旱缺水的地方雨水也很少加以有效利用,雜用水往往用自來水,造成了很大的水資源浪費。
雨水生態利用技術是20世紀90年代開始在德國興起的一種綜合性雨水利用技術。屋面雨水污染程度較低,利用價值高,收集方便,水質相對較好,具有較大的開發利用潛力,成為城市雨水利用的重點對象,是解決城市水資源短缺、減少城市洪災的有效途徑,也是改善城市生態環境、發展綠色建築的重要組成部分。歌山建設集團有限公司、浙江弘業建設有限公司對屋面雨水生態淨化技術和配套施工方法展開研究,在多項工程中得到成功套用,總結形成了《屋面雨水生態利用施工工法》。
工法特點
《屋面雨水生態利用施工工法》具有以下4個方面的特點:
該工法符合經濟、有效、簡單、易管理的原則,適應雨水的突發性和流量不確定性等特點。
該工法的雨水回用過程只需要簡單的貯水,並對原水進行沉澱過濾即可得到生活雜用水、景觀、綠化等水質標準的要求。
該工法在雨水收集時,採用雨水徑流截污措施,在源頭控制雨水污染,與在雨水調蓄過程中進行處理的方法相比,成本低,效率高。
該工法的生態淨化集成裝置集過濾、沉澱、生態淨化於一體,突出生態理念,可根據地形、地貌等條件與城市、住宅小區內的水景、綠化、道路廣場等布局有機結合。
操作原理
適用範圍
《屋面雨水生態利用施工工法》適用於學校、住宅小區等群體建築和大型公共建築的屋面雨水利用。
技術理論
屋面雨水採用雨水收集回用和雨水入滲相結合的方式進行生態利用。屋面雨水收集-處理-利用系統由收集系統、傳輸系統、初期雨水棄流系統、儲存系統(調節池)以及淨化系統、入滲系統等部分組成。
屋面雨水經雨落管等收集系統進入初期棄流裝置,通過初期棄流裝置將初期較髒的雨水排至小區雨水管道,防止初期徑流中污染物對環境的影響。經初期棄流後的雨水通過傳輸系統(管道、溝渠)送至調節池收集。調節池中設有溢流裝置,當集雨量較多或降雨頻繁時,調節池的一部分雨水通過溢流管排入城市雨水系統,並設專門的滲透設施接納溢流雨水,經滲透以補充地下水。調節池中的雨水經泵提升至生態淨化濾池,在進入濾池之前,在出水管道上投加混凝劑,混凝形成絮體後進入淨化濾池沉澱、過濾,對雨水中的SS、COD、TN、TP、濁度可以起到較好的去除效果。出水經過消毒進入清水池,用於小區各種生活雜用水,如綠化、噴灑路面、洗車等。
初期徑流棄流裝置 | 在棄流裝置內設有浮球閥,隨著水位的升高,浮球閥逐漸關閉,當收集到屋面2毫米降雨量形成的徑流後,浮球閥完全關閉。棄流後的雨水將沿旁通管流至屋面雨水收集管道,進行處理利用。對於已收集的初期棄流,降雨結束後打開放空管上的閥門使其流入小區污水管道。 |
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調節池 | 調節池是為滿足雨水利用的要求而設定的雨水暫存空間,待雨停後將儲存的雨水淨化後再使用。 |
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淨化過濾池 | 淨化過濾池的設定應考慮整個場地規劃的景觀設計,與城市、住宅小區內的水景、綠化、道路廣場等布局有機結合。調節池的雨水通過水泵提升進入生態淨化池,先經無砂混凝土濾板過濾後進入沉澱區域,將小顆粒等雜質截留,然後進入生態淨化系統。 |
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參考資料:
工藝流程
棄流池
雨水初期棄流量按2毫米降雨量設計。在屋面雨水管或匯集口處按照所需棄流雨水量設定棄流池,棄流池為地下式,現澆混凝土結構,底部設定不小於0.10的坡度,使棄流雨水通過自流排出。雨水棄流排入污水管道時應確保污水不倒灌回棄流裝置內。
調節池
調節池應設人孔或檢查口,設定雙層井蓋,防止人員落入井內。調節池設溢流排水措施,採用重力式溢流,當集雨量較多或降雨頻繁時,調蓄池的一部分雨水通過溢流管排入城市污水系統。池底設集泥坑和吸水坑,當調節池分格時,每格都應設定檢查口和集泥坑。
淨化過濾池
無砂混凝土濾板的原材料為普通矽酸鹽水泥、碎石骨料、粉體膠粘劑,其配比應經試驗確定。骨料選用粒徑為5 ~10毫米和10~20毫米的單一粒級的碎石,嚴格控制針片狀顆粒。預製濾板單塊上平面平整度誤差≤±1毫米;濾板厚度誤差≤± 1毫米;四邊垂直度誤差≤±2毫米,四邊整齊、無翹缺。
生態淨化系統自下而上依次為礫石層、細砂濾層、土壤層和景觀植物組成,礫石層厚為0.5米,細砂濾層厚為1.2米,土壤層厚為0.5米。
清水池
雨水供水系統應設自動補水,清水池內的自來水補水管出口應高於清水池內溢流水位,其間距大於2.5倍補水管直徑,不得採用淹沒式浮球閥補水。
屋面雨水收集
屋面雨水收集的方式按雨水管道的位置分為外收集系統和內收集系統,雨水管道的位置由建築設計確定。
在屋面結構施工時,配合土建預留符合雨水斗安裝孔洞,或直接將雨水斗座預埋在屋面混凝土中,預埋時應留出屋面找平層厚度。雨水管道應按設計規定的位置安裝,雨水管固定件應根據各種管材要求設定,位置準確,埋設平整,與管道接觸緊密,但不得損傷管道表面。固定件宜採用屋面雨水排放系統配套的專用管道固定系統,其使用壽命不低於屋面雨水排放系統的使用壽命。雨水橫管與立管、立管與排出管的連線彎頭採用兩個45°彎頭或R≥4D的90°彎頭。
不同樓層的集雨區域應設定各自獨立的排水路徑,避免混用造成低層的泛水溢流;雨水集水橫管的端部或轉彎處,應適當地設定清除口以利清潔維修;應確保雨水管系統中檢查井設施易於維護和清潔,並避免地表水和垃圾等流入。
在雨水立管的下部安裝篩網過濾器,以攔截較為粗大的雜質,立管底部設定檢查口。
雨水管道安裝後應做灌水試驗,灌水高度必須到每個系統上部的雨水斗。滿水15分鐘,水面下降後,再灌滿觀察5分鐘,液面不降,接口無滲漏為合格。雨水主立管、水平管及乾管均應作通水試驗,排水應暢通,無堵塞。
土方開挖
施工前查明施工影響範圍內的地下管線、建(構)物及其他公共設施資料,採取措施加以保護。
基坑邊坡應經穩定性驗算確定,當地基為軟弱土層、開挖深度較大或受場地限制不能放坡開挖時,應根據基坑深度、施工場地及周圍環境要求,採取支護措施。
按設計要求的坡度開挖溝槽和構築物土方,坑(槽)底原狀地基土不得擾動和超挖。局部擾動或超挖並超出允許偏差時,應採取下列措施:
排水不良發生擾動時,應全部清除擾動部分,用卵石、碎石或級配砂石回填。
岩土地基局部超挖時,應全部清除基底碎渣,回填碎石。
構築物施工
⒈結構施工
(2)池壁模板施工時,設定確保牆體直順和防止澆築混凝土時模板傾覆的裝置。池壁與頂板連續施工時,池壁內模立柱不得同時作為頂板的模板立柱;頂板支架的斜桿或橫向連桿不得與池壁模板的桿件相連線。
(3)管道穿過構築物牆體時,穿牆部位設定預埋防水套管,防水套管直徑至少比管道直徑大50毫米。待管道穿過防水套管後,套管與管道空隙之間應進行防水處理。固定在模板上的預埋管、預埋件的安裝必須牢固,位置準確;安裝前應清除鐵鏽和油污,安裝後應作標誌。
(4)模板拆除時,不應對頂板形成衝擊荷載;拆下的模板和支架不得撞擊底板和池壁牆面。冬期施工時,池壁模板應在混凝土表面溫度與周圍溫差較小時拆除,溫差不宜超過15℃,拆模後應立即覆蓋保溫。
(5)混凝土的底板和頂板應連續澆築,不得留置施工縫。澆築池壁混凝土時,應分層澆圈、連續澆築。澆築預留孔洞、預埋管、預埋件等周邊混凝土時,應以振搗器輔以人工振搗。
⒉滿水試驗
(1)構築物施工完進行滿水試驗,試驗前應具備以下條件:預留洞口、預埋管口及進出水口以作臨時封堵;試驗用充水、排水系統水池內外壁缺陷修補完畢;經檢查,沖水及排水閥門無滲漏.
(2)實驗時向池內注水應分三次進行,每次注水為設計注水的1/3。注水時水位上升速度不宜超過2米/天,相鄰兩次注水的間隔時間不應小於24小時。每次注水應讀24小時的水位下降值,計算滲水量;在注水過程中和注水後,應對池體做外觀和沉降量觀測。如果沉降量和滲水量過大時,應停止注水,待做出妥善處理後方可繼續注水。
⒊防水、防腐施工
(1)水池基層表面應平整、堅實、清潔,表面充分濕潤,無積水;基層表面的孔洞、縫隙,採用於防水層相同的防水砂漿堵塞並抹平;施工前應將預埋件、穿牆管預留凹槽內嵌填密封材料。
(2)水泥砂漿防水層分層鋪抹,表面壓光,水泥砂漿厚度18~20毫米;水泥砂漿的稠度控制在70~80毫米,隨伴隨用;陰陽角處,應做成圓角,陰角圓弧半徑為50毫米,陽角圓弧半徑為10毫米。水泥防水砂漿應在規定時間內用完,施工中不得任意加水。水泥砂漿防水層各層應緊密結合,每層連續施工。
管道施工
⒈管道安裝
(1)屋面雨水系統的管道應和其他管道保持一定距離。管道的排列順序,從上到下應為:電力管、上水給水管、雨水給水管、排水再利用管、通氣管、排水管。埋設的深度應在300毫米以上。
(2)為了將雨水利用系統的管道和其他管道區別開來,在下管前,將管子塗上制定的顏色,或將管子用指定顏色的防腐膠帶纏繞,按1米間距,一處三圈纏繞。
(3)將管節、管件按施工方案的要求擺放,擺放的位置應便於起吊及運送。管道應在溝槽地基質量檢驗合格後安裝,安裝時自下游開始,承口應朝向施工前進的方向。
(4)下管前,要清理管坑內雜物,按設計要求做好墊層,放出管道中線,覆核管道基礎面標高。
(5)管道安裝時,應將管節的中心及高程逐節調整正確,安裝後的管節應進行複測,合格後方可進行下一工序的施工。
(6)安裝過程中,隨時清除管道內的雜物。暫時停止安裝時,兩端應臨時封堵。
(7)管道安裝時,表面必須順直,管子接口平順,符合設計流水位高程。管底不得倒流水,縫寬應均勻,管道內不得有泥土、磚石、砂漿、木塊等雜物。管材不得有裂縫、破損。
⒉閉水試驗
(1)準備工作:管道及檢查井外觀質量已驗收合格;全部預留孔已封堵,不得滲水;管道兩端除進出水管外,應封堵牢固,不得滲水。
(2)管道試驗:試驗管段灌滿水後浸泡時間不應少於24小時;試驗水頭達到規定水頭時開始計時,觀測管道的滲水量,直至觀測結束時,不斷向試驗管段內補水,保持試驗水頭恆定。滲水量的觀測時間不小於30分鐘。
⒊回填
(1)管道鋪設完畢,經閉水試驗,並經檢驗合格後,應及時進行回填。水池周圍的回填,應與管道溝槽回填同時進行;不便同時進行時,應留台階性接搓。
(2)雨水回用埋地管道最小覆土深度不小於土壤冰凍線以下0.15米,車行道下的管頂覆土深度不小於0.7米。
(3)路面範圍內的回填,應採用砂、砂礫等材料回填,回填寬度不小於400毫米。
(4)槽底及管頂以上500毫米範圍內,土中不得含有機物、凍土以及大於50毫米的磚、石等硬塊。回填材料運入槽內時不得損傷管道及其接口。
(5)管道兩側和管頂以上500毫米範圍內的回填材料,應有溝槽兩側對稱回填,不能直接回填在管道上。回填壓實逐層進行,每層虛鋪厚度200毫米。
(6)回填土壓實度應符合下表的規定:
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| | | 構築物四周回填按50延米/層; 大面積回填按500平方米/層 | | |
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入滲系統施工
對於溢流水採取滲透措施,經滲透以補充地下水,雨水滲透設施包括滲透管溝、滲水溝等。
⒈施工準備
雨水滲透設施施工前,應根據施工場地的地層構造、地下水、土壤、周邊的土地利用以及現場滲透試驗得出的滲透量,校核採用的滲透設施是否滿足設計要求。
雨水滲透設施不能建在建築物回填區域內,距建築物基礎的最小距離不小於建築物基礎深度的1.5倍和3米,距建築物基礎回填區域的距離不小於0.5米。
⒉滲透管溝施工
滲透管溝採用穿孔塑膠管或無砂混凝土管,管的四周填充碎石層。
(1)施工順序:挖掘→鋪砂→鋪土工布→充填碎石→滲透管安裝→充填碎石→鋪土工布→回填→殘土處理→清掃處整理→滲透能力確認。
(2)滲透管檢查井之間的滲透管敷設坡度採用0.01~0.02。滲透管不宜設在車行道下,穿越車行路段時,道路下和道路外延1.5米處不應採用滲透管,可用一般排水管。
(3)溝槽開挖後地面不應夯實,應避免超挖,超挖時不得用土回填,套用碎石填充。
(4)溝槽開挖後,為保護底面應立即鋪砂。砂用人工鋪平,不得用機械碾壓。
(5)充填碎石應全面包裹透水土工布,土工布選用其孔隙率相當的產品,防止砂土侵入。為便於透水土工布的作業,對挖掘面作串形固定。
(6)為防止砂土混人碎石,土工布從底面向上敷設﹔充填碎石時為防止下沉和塌陷,碾壓應以不影響碎石的透水能力和儲留量為原則,確定碾壓次數。
(7)工程完工後進行滲透能力的確認,在竣工時,選定幾處滲透管溝,根據注水試驗確定其滲透能力。
⒊滲水溝施工
滲水溝由上至下分為兩層,上層為種植草類植物的淺水窪,下層為滲透渠。
在溝渠挖到設計標高后溝底素土夯實,鋪設土工布。滲透渠採用砂子、礫石或熔岩顆粒等高滲透性的顆粒材料,厚度不小於100毫米,滲透係數不小於1× 10米/秒;在水窪層鋪設活土,深度不超過0.3米,滲透係數不小於1×10米/秒。
如果溢流管直接進入滲水溝,應採取防止小動物進入的措施,包括水封、防鼠網、拍門等。
材料設備
類別 | 說明 |
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| 粒徑5~40毫米,質地堅硬清潔、級配良好,含泥量不大於3% |
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| 穿孔塑膠管的開孔率不小於15%,無砂混凝土管的孔隙率不小於20%,滲透管的管徑不小於150毫米 |
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| 骨料為5~10毫米與10~20毫米的單一粒級的碎石,粉體膠粘劑主要由矽粉、增強劑和UEA組成 |
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參考資料:
質量控制
規範標準
《屋面雨水生態利用施工工法》執行以下標準:
控制措施
《屋面雨水生態利用施工工法》的工藝方案應當遵循以下要求:
屋面雨水收集系統應單獨設定,嚴禁與污、廢水排水連線,不得在室內設定檢查井或檢查口。
屋面雨水收集系統施工中更改設計應經過原設計單位核算並採取相應的技術措施。
在棄流初期徑流雨水處理中當雨水收集系統連線多個雨水斗時,為了防止不同流程的初期徑流雨水相互混合導致沖刷效應的不均勻,雨水斗至分水井的管長宜儘量接近。
屋面雨水收集系統與儲存設施之間的室外埋地輸水管道應設檢查口或檢查井,間距25~40米。
調節池、淨化池、清水池應採用耐腐蝕、易清潔的環保材料,並做好防水工作,在管道穿過位置採取嚴密的防水措施。
管道回填時根據不同的管材,採取相應措施防止管道發生位移或損傷;雨期應採取措施防止管道漂浮。
為了防止建築工地中大量的污泥等排人入滲區域形成淤積,應在其外圍設定截留渠道將該部分來水排走。
滲透施工時,現場應保持清潔,防止泥沙、石料等混入滲透設施內,影響滲透能力和設施的正常使用。
供水管道上不得裝設取水龍頭,並應採取防止誤接、誤用、誤飲的措施:
供水管外壁應塗色或標示;
當設有取水口時,應設鎖具或專門開啟工具;
水池、閥門、水錶、給水栓、取水口均應有明顯的“雨水”標識。
管道敷設應符合相應管材的管道工程技術規程的有關規定。
設備中的閥門、取樣口等應排列整齊,間隔均勻,不得滲漏。
《屋面雨水生態利用施工工法》的施工驗收應當遵循以下要求:
竣工驗收應在試運行一段時間後進行,驗收應提供相應的試運行報告。工程試運行期安排在主汛期,試運行期間宜經歷2~3場降雨量在25毫米/小時以上的降雨。
驗收應包括下列內容:
工程布置:屋面雨水利用系統各組成部分是否齊全、配套,布置是否合理。
雨水入滲工程:雨水入滲性能符合要求,滲透設施布置合理、入滲工程尺寸不小於設計尺寸;
雨水收集傳輸工程:收集傳輸管道坡度符合要求,雨水口、雨水管、滲透管溝及檢查井位置正確,收集傳輸管道長度與大小不得小於設計值;
雨水儲存與處理工程:結構牢固、無損傷,防滲性能好,棄流池、調節池、沉澱池、過濾池及配套設施齊全,質量符合要求;
雨水回用工程;
相關附屬設施。
施工驗收時,應具有下列檔案:
施工圖、竣工圖和設計變更檔案;
隱蔽工程驗收記錄和中間試驗記錄;
管道沖洗記錄;
管道、容器的壓力試驗記錄;
工程質量事故處理記錄;
工程質量驗收評定記錄;
設備調試運行記錄。
安全措施
《屋面雨水生態利用施工工法》採用的安全措施包括以下7項:
加強職工培訓工作,對參加施工的全體人員進行安全技術培訓,經考試合格後發證,持證上崗。
認真執行各級安全生產崗位責任制,堅持安全檢查活動,及時處理安全隱患,建設“平安工地”。
施工人員必須正確佩戴安全帽。屋面作業時採取有效措施,正確使用安全帶,安全帶要求高掛低用,並系在固定物上。
定期檢查構築物基坑和溝槽積水及邊坡穩定性,防止基坑積水、坍塌,發現問題及時處理。
地下構築物開挖施工時,洞口應加蓋或設定圍欄及警示燈。
管道吊裝時起吊要由組長統一指揮,所有人員服從組長的指揮。小地的戰郊來到
施工現場要加強用電管理,用電必須採用三級配電二級保護,使用手持電動工具必須戴絕緣手套、穿絕緣鞋,漏電保護開關靈敏有效。
環保措施
《屋面雨水生態利用施工工法》採用的環保措施包括以下8項:
嚴格遵守國家和地方有關的環境和職業安全健康的法律、法規。定期開展環保、職業健康培訓,增加員工的環保和職業安全健康意識。
施工前調查對周圍居民的生產、生活影響程度和對環境的影響,針對每一環節,採取有效措施加以解決。
生活污水、功能性試驗廢水及溝槽內下雨積水有組織地排人就近下水道,嚴禁隨意排放,污染環境。
雨水滲透系統不應對周圍居民生活產生不便,不應對環境造成危害。
施工渣土合理堆放並及時清運,防止泥土散落,影響道路整潔;土方施工現場的出入口鋪設草袋,並安排專人清理汽車輪胎,避免車輪將泥土帶入其他道路,影響周圍道路清潔。
雨水處理產生的污泥應及時處理清運。
開挖施工時,嚴格控制淤泥的堆放及外運,避免造成二次污染。
施工過程中產生的邊角廢料,要集中收集,定點回收處理。
效益分析
經濟效益
《屋面雨水生態利用施工工法》的經濟效益在於:居住區內水質相對較好的屋面雨水徑流經物化工藝處理後作為小區雜用水使用,節約了自來水的使用,增加了下滲,提高雨水利用率。
屋面雨水利用收益包括滲透補充地下水費用(人滲量×每立方米地下水源自來水價格)雨水置換自來水費用(回用雨水量×每立方米自來水價格)、消除污染而減少的社會損失(投入產出比按1:3計算)、因節水而增加的國家財政收入、節省城市排水運行費用(每年利用雨水量×每立方米水的管網運行費用)、用於洗車而帶來的收益等。屋面雨水利用系統的成本包括構築物投資、清淤費、維護管理費等。經測算,1立方米雨水收益-成本比為1.74。
採用該工法後,由於增加雨水收集處理裝置,投資比傳統的直接排放系統更大,短期內效益不明顯,但7年左右即可收回投資,長期看能帶來巨大的經濟效益。
社會效益
《屋面雨水生態利用施工工法》的社會效益在於:在城市建設中,發展雨水收集和利用工程,把原來被排走的雨水留下來利用,既增加了水資源,也能節約自來水的使用,有利於切實緩解用水緊張的問題。
環境效益
《屋面雨水生態利用施工工法》的環境效益在於:由於雨水被留住或回滲地下,減少了排放量,減輕了城市洪水災害威脅,地下水得以回補,水環境得以改善,生態環境得以修復。通過該工法對屋面雨水加以利用,能夠帶來控制徑流污染、保護地下水資源和改善城市生態等多種環境效應,對於實現可持續發展具有重要意義。
套用實例
崑崙西潤工程位於杭州文二西路,小區建築主要為別墅和多層住宅,總占地29320平方米,其中道路、停車場面積8995平方米,約為29.26%;綠地面積14400平方米,約為50.12%;建築占地5925平方米,約為20.32%。該小區是較為高檔住宅小區,規劃設計標準高,建築占地積偏小,綠化面積較大,對物業和衛生要求較高。
小區屋面皆採用瓦質屋面,屋面雨水水質較好,工程採用對水質相對較好又便於集中收集輸送的屋面雨水進行收集、處理、回用和綠地淨化滲透相結合的方案。考慮到降雨的間斷性和隨機性,通過池體構造的合理設計,將淨水池和中水池合二為一,以減少占地和基建費用。屋面雨水利用工程從2007年4月進行施工,2007年7月完工,系統運行正常,水質滿足要求。
浙江省腫瘤醫院二號病房大樓,位於杭州市半山橋廣濟路。院區綠化面積12500平方米,屋面面積約7200平方米,為建設節水型院區,設計了屋面雨水收集處理系統。雨水淨化處理後主要用作院區道路澆灑、綠化等雜用水。雨水回用工程於2008年8月至2008年10月施工。
該工程生態淨化集成裝置沉澱水力條件好,淨化效果穩定,且結構緊湊,施工方便,運行費低,只需定期排泥除渣,維護管理簡便。出水經消毒後能達到雜用水水質標準,可用作院區綠化及澆灑用水。
彩虹城三期R6組團A標段工程位於杭州市濱江區,總占地面積為52380平方米,其中建築占地面積為17160平方米,綠地面積為26620平方米,綠化率為51%,道路、停車場面積為8600平方米。由於該小區綠地面積和道路、停車場占地面積比例較高,綠化和澆灑道路所需水量較大,將屋面雨水收集處理後作為生活雜用水,供小區綠化、澆灑路面、沖洗汽車使用。所有構築物採用地埋式,池蓋頂板上覆土並種植花草,和景觀有機結合。屋面雨水工程於2009年3月開始施工,2009年5月完成。
雨水處理後,經測試表明,COD去除率為70%,SS去除率為92%,色度去除率為55%,消毒後能達到《
城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T 18920-2002)。
榮譽表彰
2010年8月,浙江省住房和城鄉建設廳發布《關於公布浙江省2009年度省級工法名單的通知》,《屋面雨水生態利用施工工法》被評定為浙江省2009年度省級工法。
2011年9月,中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009~2010年度國家級工法的通知》(建質[2011]154號),《屋面雨水生態利用施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。