中国建筑设计研究院 2008-04-22 刘鹏 赵昕 郭汝艳 

 随着经济的发展、人口的增加和生活质量的提高，对水的要求越来越高。作为奥运会主场馆的国家体育场，在雨洪资源的综合开发利用方面力求技术先进，充分合理，切合实际，彰显“绿色奥运”的闪光点。

用地周边条件及雨水利用方案的形成

国家体育场主体建筑建设在一个台基上，从1层入口至室外自然地面高差约4.8m。室外地面形成约2%～6%的坡度坡向主场四周。处在建筑中心位置的比赛场地则比入口处地面低约6.8m。台基内分布着大面积的地下建筑。北侧热身场则建设在坡地中，地面标高低于周围地坪标高，热身场周围亦分布着少量裁判员、运动员休息室。规划成府路由南北两片场地中间地下穿过，成府路隧道路顶规划覆土厚度约1.2m。成府路以南10m是主赛场地下室范围。由于整个用地范围内的平均坡度很大，将给大量雨水的滞留和入渗增加困难。

赛场外大量采用铺装地面（约占总面积的42%），同时由于存在大范围的地下建筑，大面积的铺装和部分绿地就分布在地下建筑的顶板上。虽然铺装可采用透水材料，但地下建筑顶板部分却阻止了雨水入渗，所以透水铺装和分布在地下室顶板上的绿地，其入渗作用微乎其微。

绿化面积亦包括主赛场和热身场内近15000m2的草坪，赛场内的草坪虽然平整且有条件滞留雨水，但考虑到用途却又不能作为雨水入渗的区域，而其余部分绿地又有不同大小的坡度，所以通过绿地回收和入渗的水量都将受到限制。

另外，由于国家体育场的建设用地的地势在北京属于一块低洼地，地质资料显示，地下水最高水位为45m，接近甚至超过运动场地坪标高。一般来说，地下水达到最高水位的季节正是雨季，过高的地下水位给雨水回灌带来极大的困难。雨水渗井工艺条件一般要求比地下水位高出1.2～1.5m，按现有渗井的工艺条件很难实现雨水回灌。

同时，成府路隧道的穿越也给主赛场和热身场之间雨水通过管道输送造成了困难。因此，国家体育场的雨水利用不能完全参照以入渗、回灌为主的设计思路。建筑方案对雨水利用的有利条件是：红线内的道路均设计为人行道，雨水水质条件优于市政道路。可以说国家体育场周围的市政条件是优越的。因此，国家体育场的雨水利用应当结合回用水的使用进行设计，其收集、处理与供应也应当结合回用水的水质、水量要求统筹考虑。最终，我们采用了雨水与中水联合运用的方式将雨水作为回用水源水集中回用的方案。入渗方式仅考虑自然入渗。雨水利用方案确定以后，就需要解决雨水收集、处理、与回用水系统相结合的一系列问题。

雨水收集

由于成府路隧道从用地中穿过，顶部大部分覆土深度较浅，不便于长距离雨水管道穿越，所以我们首先沿成府路将两侧区域划分为南北两个不同的流域。两个流域中间以一条截洪沟分开，保证降雨的回收、处理、利用和溢流排放各自形成相对独立的系统。南流域可回收雨水的主要来源由主赛场场地内雨水、体育场屋面雨水及赛场周边地面雨水三部分组成，北流域可回收雨水的主要来源则由热身场场地雨水、热身场周边地面雨水组成。

资料显示，北京市6～9月汛期降水量占全年降水量的85%。考虑到地下建筑的范围和雨水收集的可行性，经计算，在南流域内共建设5个雨水蓄水池，其中一个用于收集中心赛场内的雨水，容积为1000m3，其余四个用于收集体育场屋面和周边场地的雨水，每个贮水池容积为2700m3。五个蓄水池的分布和各自负担的区域见图1。

北流域设计建设一个容积为2700m3的雨水蓄水池，用于收集热身场和周边地面的全部雨水。

图1 南流域蓄水池分布和负担区域

按照规划条件要求；考虑处理系统运行中便于对雨水入水水质进行控制，使进入蓄水池的雨水具有比较好的水质条件；分析周边用地中的硬质铺装地面部分平时作为广场使用，没有行车、停车功能，初期雨水中有机污染物浓度不高；结合选择对源水水质要求比较宽松的回用水处理工艺，我们为初期雨水设计了弃流设施。2700m3的雨水蓄水池配备容积为140m3的弃流池，1000m3的中心场地雨水蓄水池则配备容积为20m3的弃流池。另外，用地范围内可能排入绿地的雨水先排入绿地，再通过溢流、土壤过滤等方式进行回收。

回用水构成及雨水供水概述

回用水经处理后与市政优质中水联合使用，共同作为0层以下建筑卫生间冲厕、消防用水、冷却塔冷却补充水、主赛场和热身场的草坪灌溉、停车场冲洗用水、室外道路和绿化浇洒用水等多种用途的水源，这些用水部位遍布在体育场用地范围，回用水的构成关系见图2。

图2 回用水的构成关系

由于本工程中用水部位过于分散且每种用途用水量变化很大，所以在供水系统形式的选择上，采用集中处理后再通过统一的回用水管道系统输送到各用水部位的方式，这种方式既可减少处理设备的装机数量，又能兼顾不同用水量变化的调节，同时方便市政优质中水供水的接入。对不同用水部位的水质要求，采取就高不就低的原则，以期达到收集的雨水经同一种工艺处理后，出水能满足不同使用功能基本要求的目的。

雨水处理

经初期弃流后的雨水，进入雨水蓄水调节池后进行处理，对于南流域，体育场外的四个蓄水池的雨水最终被输送到设置在比赛场地地下的中心蓄水池。蓄水经处理流程后进入消防、中水合用水池，再通过加压设备送入回用水管网或用水部位。

考虑到对待处理雨水水质的适应能力，处理工艺主要采用物理法，即采用不同性能的过滤实现处理。这种方法还具有处理效果稳定、便于维护和处理组件成本随时间延续可能不断降低的优点。

考虑到北京汛期降水量过于集中，当雨季来临时，雨水处理系统将投入满负荷工作，供应全部回用水部位，由于北京雨季发生的季节通常又是用水量比较大的季节，满负荷工作既能达到节水的目的，又能加快消耗蓄水池中的雨水，为下一场降雨的来临留出一定的蓄水空间。但当雨季结束后，却会形成处理系统无水可用的局面，此时，市政优质中水将取代回用雨水。处理后的雨水与市政优质中水供水的切换采用自动控制，在回用水管网上实现。

考虑到充分节约用水，砂滤的反冲洗水经过二级砂滤后送回雨水蓄水调节池，二级砂滤的反冲洗水排入市政管网。其余过滤处理的反冲洗水直接送回雨水蓄水调节池。

超滤或纳滤用膜，可能在非雨季时停止使用，而膜本身在停用时需要养护。本工程中设计两种滤膜养护方案可供使用中选择：专用的养护系统，设置小流量雨水处理设备维护泵，定期在非雨季时从消防中水合用水池取水，以低负荷通过滤膜循环，使滤膜不致因干燥失效；拆除滤膜，以化学药剂浸泡养护。

雨水蓄水池容积大，贮水时间长，尽管源水COD和BOD的含量相对较低，但考虑常年运行，必须采取防止厌氧沉淀的措施。本工程各雨水贮水池、弃流池设自动反冲洗管道，在水泵供水之前或排水同时对水池壁进行清洗。

经计算，若所有水池蓄满雨水，正常情况下可供连续使用13～39日。为避免因沉淀带来的厌氧微生物滋生使水质恶化和待处理雨水浓度变化导致的处理工艺负荷变化，在雨水贮水池内采用特别的池底设计和搅拌系统将池水搅匀，使水泵在吸水同时将水中各类悬浮物尽量带走。

结语

国家体育场的雨水利用设施，年回收利用的雨水量可能达到平均年总降雨量的66％，年回收总量近6万吨。既能有力地减小对日益短缺的北京市水资源形成的负担，降低径流量，减少对市政雨水管网的压力，又能为体育场运营中年回用水提供约24％的补充水量，同时节约400多万元的城市防洪费，具有显著的社会效益和经济效益。