CN107628731A - 一种屋顶花园强化径流污染生态化去除方法及屋顶花园 - Google Patents
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Abstract
一种屋顶花园强化径流污染生态化去除方法及雨水花园，将屋顶分为多块独立的子单元，每个子单元内独立地对雨水进行先好氧后缺氧/厌氧的净化处理并蓄存；相邻子单元之间设置与房屋雨落管相接的排水浅沟，且在各子单元内设置入水口在子单元底部的排水管与排水浅沟相通，以在雨量大时将多余雨水排入雨落管；排水管的出水高度等于位于子单元下部的蓄水层高度以保证蓄水层的水位为屋顶花园的植被提供水分。本发明解决了现有技术中屋顶花园保水、持水能力差，需要频繁浇灌维护，净化效果不理想，且屋面雨水大量流失的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种径流污染去除方法及结构，尤其是一种屋顶花园强化径流污染生态化去除方法及屋顶花园，属于海绵城市建设技术领域。
背景技术
雨季来临时，城市内涝给市民生活带来了诸多不便,甚至生命财产损失，是全国许多城市面临的亟需解决的问题；累积在不透水面上污染物譬如颗粒物、氮、磷、重金属等将随雨水径流经市政管网排入城市水体，严重破坏了城市水环境。针对上述问题，国家提出海绵城市这一全新的城市建设理念。海绵城市要求城市对雨水具有渗、滞、蓄、净、用、排的功能。
屋面是城市不透水面的重要组成部分,雨季时不可忽视降落在屋面上的累积雨量，其也是造成城市内涝的重要原因；城市屋面雨水径流污染比较严重，主要污染物为COD、SS、氮、磷、重金属等，初期径流中的COD远超地表水环境质量Ⅴ类标准，屋面径流污染已成为城市面源污染的重要来源。
屋顶花园是改善城市生态环璄、调节小气候、减少径流、净化空气、降低室温、丰富城市景观的一项重要措施。但是，屋顶风速大,水分极易蒸发, 需要频繁的人工浇灌，屋顶花园营养土层薄,保水持水能力弱,雨天存在大量雨水溢出屋顶花园而流失这一矛盾现象，此外，屋顶雨水径流中携带了大量污染物需要净化处理，因此，需要开发一种高效净化、储存屋面雨水的屋顶花园，在降低屋面雨水径流污染的同时，可储存并利用雨水资源可减少人工浇灌次数,降低养护成本。
通过对国内专利进行检索，发现有相关专利申请，举例如下：
申请号CN201611145895.3名称为“一种用于屋顶花园的雨水集蓄系统及其施工方法”的发明专利申请公开了一种用于屋顶花园的雨水集蓄系统及其施工方法，包括屋顶、集水单元、处理单元、蓄水单元和用水单元，屋顶上设有由鹅卵石铺设而成的石子道路以及第一植被层，集水单元包括设置在石子道路下方的雨水收集斗和输水管，处理单元包括依次连接的景观池、沉淀池和净化器，蓄水单元包括第一蓄水池和第二蓄水池，第一蓄水池位于屋顶上，第二蓄水池位于房屋下方。本发明将屋面建设、雨水收集处理及用水终端合而为一、统筹兼顾，有效地减少了雨水的污染，保护了水体环境，实现了雨水的收集、净化、储蓄和再利用，提高水资源利用率，降低用水压力，同时可以使得屋顶花园的养护和灌溉更加方便，减少了输水能源，更加经济环保。
申请号CN201610860073.7，名称为“一种屋顶蓄水绿化结构”的发明专利申请公开了一种屋顶蓄水绿化结构。其包括设置于屋顶上用于种植植被的种植槽以及蓄水槽，所述种植槽与所述蓄水槽底部连通。本发明中设置种植槽的目的是为了防止在雨量较大或者浇水过多时，种植槽各层的组分随水流动导致种植槽内的岩土松散被冲毁，同时由于种植槽底部与蓄水槽连通且蓄水槽内的最高水位低于种植槽内的蓄水层，因此该构造既能够有效蓄水又能够防止种植槽中的水过多而导致植被根系被泡烂的问题。在干旱时期，蓄水槽内储存的雨水能够被植物根系所吸收利用。
上述申请中用于屋顶净蓄水的结构较复杂，不便于维护，且构成部分较多，屋顶需承受的重量较大。因此，还是需要改进。
发明内容
本发明针对当前用于屋顶净蓄水的结构和方法中存在的问题，提出了一种屋顶花园强化径流污染生态化去除方法及屋顶花园，以在降低屋面雨水径流污染的同时，可储存并利用雨水资源种植屋顶的绿化植物，减少人工浇灌次数,降低养护成本。
本发明为解决上述问题所采用的技术手段为：一种屋顶花园强化径流污染生态化去除方法，将屋顶分为多块独立的子单元，每个子单元内独立地对雨水进行吸附、过滤、沉降或沉淀及好氧、缺氧/厌氧的净化处理并蓄存；相邻子单元之间设置与房屋雨落管相接的排水浅沟，且在各子单元内设置入水口在子单元底部的排水管与排水浅沟相通，以在雨量大时将多余雨水排入雨落管；排水管的出水高度等于位于子单元下部的蓄水层高度以保证蓄水层的水位为屋顶花园的植被提供水分且使蓄水层维持为一个缺氧/厌氧的环境。
具体地，子单元上部的种植层为富氧环境，在对雨水中的污染物进行吸附、过滤和沉降或沉淀的同时进行好氧处理，将雨水中的有机氮、氨氮转变为硝态氮后流入子单元下部的蓄水层；子单元下部的蓄水层为缺氧/厌氧环境，在对雨水中的污染物进行二次吸附、沉淀和过滤的同时进行缺氧/厌氧处理，将硝态氮转变为N2或N2O后排出。
进一步地，排水管设置在子单元底部并向上弯曲，在底部的排水管上设有排流通孔，且设有排流通孔的排水管上包裹有透水土工布，以使雨量大时经好氧和缺氧/厌氧处理后的雨水从排流通孔流入排水管后进入排水浅沟同时能阻止子单元内的土石进入排水管内。
进一步地，各子单元还设有与排水浅沟连通的溢流管，溢流管的入水口高出种植层表面、且顶盖入水口盖沿设置栅条，以使雨量大时雨水从入水口流入溢流管后直接进入排水浅沟的同时，栅条既拦截过滤雨水进入各子单元后泛起的大颗粒物，又能阻止子单元内的土石进入溢流管内。
进一步地，排水浅沟内铺设有卵石以对雨水在排入雨落管之前再次进行过滤净化处理。
一种屋顶花园，包括位于屋顶的多个独立的子单元，相邻子单元之间设有排水浅沟与屋顶的雨落管相接；子单元的上部为种植层、下部为蓄水层，每个子单元内设有与排水浅沟相通的排水管，且排水管的入水口设置在子单元的底部、出水高度等于蓄水层的高度。
进一步地，排水管设置在子单元蓄水层的底部并向上弯曲至出水高度等于蓄水层的高度，且在底部的排水管上设有排流通孔并用透水土工布包裹。
进一步地，排水管的管径为30-70mm，沿子单元底部的长、宽方向均铺设多条。
进一步地，底部排水管上的排流通孔的孔径为4-8mm。
进一步地，各子单元的种植层内还敷设有与排水浅沟连通的溢流管，溢流管的入水口高出种植层表面、且顶盖入水口盖沿设置栅条。
进一步地，溢流管的管径为30-70mm，沿种植层底部的长、宽方向均铺设多条。
进一步地，溢流管的顶部高于种植层表面150-200mm，顶盖入水口盖沿设置栅条。
进一步地，排水浅沟的底宽200-300mm，且与雨落管的相接处设有栅网。
进一步地，排水浅沟内铺设有用于对雨水中的污染物进行过滤净化的卵石。
进一步地，排水浅沟内铺设的卵石粒径为30-60mm，厚度为80-120mm。
进一步地，种植层的厚度为150-250mm，填料包括浮石、表层土、草炭、生物碳。
进一步地，种植层填料各重量含量为：65-75%浮石、15-25%表层土、6-8%草炭、4-6%生物炭。
进一步地，蓄水层的厚度为100-200mm，填料包括轻质多孔的沸石、蛭石，粒径为10-30mm。
进一步地，子单元的种植层和蓄水层之间设有用于隔离的有透水土工布，蓄水层的底部还设有防水层。
进一步地，防水层厚度为10-20mm，包括上层的耐根系穿刺层和下层的柔性防水层。
进一步地，耐根系穿刺层包括铝合金卷材、高密度聚乙烯土工膜、低密度聚乙烯土工膜、聚氯乙烯膜。
进一步地，柔性防水层包括高分子卷材和防水涂料。
进一步地，种植层种植的植被为耐旱和耐寒的浅根植物。
进一步地，种植层种植的植被包括紫茉莉、虞美人、雏菊、含羞草、鸢尾、球根秋海棠。
本发明的有益效果是：
1. 本发明的解决了现有技术中屋顶花园保水、持水能力差，需要频繁浇灌维护，净化效果不理想，且屋面雨水大量流失的问题。
2. 本发明的将屋顶划分为几个独立的子单元，在子单元之间设置排水浅沟，使本屋顶花园便于管理和维护。
3. 本发明的子单元上部为种植层，下部为蓄水层，在每个子单元内部形成一个上层好氧、下层缺氧/厌氧的污染物降解环境，特别对雨水中的氨氮、有机氮的分解去除起到很重要作用；同时通过填料的吸附、过滤、沉降、沉淀等作用，较好地去除了雨水中颗粒物、磷、COD、重金属等污染物。而在排水浅沟设置卵石，对雨水中的污染物进一步过滤净化。
4. 本发明在子单元底部设置排水管且向上弯曲至蓄水层的高度，保证了蓄水层中的水位以为种植层的植物提供水分，避免蓄水层水位过低，因而起到蓄水的作用，不需要频繁浇灌，且使蓄水层保持为一个缺氧/厌氧的环境。在种植层底部设置与排水浅沟连通的溢流管，顶部入水口高于种植层顶部，使雨量过大时雨水溢流进入溢流管排出，避免种植层水位过高。
附图说明
图1为本发明平面示意图；
图2为图1的A-A剖视示意图；
其中：1.子单元，2.排水管，21.竖管，22.排流通孔，3.溢流管，4.雨落管，5.种植层，6.透水土工布，7.蓄水层，8.防水层，9.排水浅沟，10.卵石。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例一
如图1-2所示，一种屋顶花园，将屋顶均分为面积相等的四块独立的屋顶花园子单元1，子单元1的上部为种植层5、下部为蓄水层7，在种植层5内种有植被，在每两个相邻子单元1之间均设有排水浅沟9与屋顶的雨落管4相接，每个子单元1的蓄水层7的底部沿长、宽方向分别敷设2-3条排水管2，每根排水管2在靠近排水浅沟9的部位处向上弯曲至竖管21的出水高度等于蓄水层7的高度，且竖管21再向排水浅沟9处弯曲延伸以使排水管2与排水浅沟9连通，底部的排水管2上设有排流通孔22并用透水土工布将底部的排水管2包裹，使雨水经种植层5好氧处理、蓄水层7缺氧/厌氧处理后通过排流通孔22进入排水管2，当子单元1内积水的高度超过蓄水层7的高度时，雨水排入排水浅沟9，从雨落管4中流出，同时能够将土和沙石隔离在子单元1内，避免与水一起排出；沿种植层5底部长、宽方向分别敷设2-3根溢流管3，且每根溢流管3都有多根向上弯曲至高于种植层5表面的管道，底部的溢流管3与排水浅沟9连通，溢流管3的顶部为入水口，当雨量太大、子单元1内的水位过高时，雨水从溢流管3顶部的入水口流入、从排水浅沟9排出至雨落管4，避免子单元1内积水过多，同时，溢流管1顶部高于种植层5表面且在顶盖盖沿设置有栅条，避免土和沙石的流失；排水浅沟9内铺设有卵石10，以对雨水中的污染物进行过滤净化，对流入雨落管4的雨水进行最大程度的净化处理。
排水浅沟9的底宽200-300mm，且与雨落管4的相接处设有栅网。栅网用于将排水浅沟9内的卵石10阻挡在内，避免其从雨落管4中流失。
排水浅沟9内铺设铺设白色优质卵石10，粒径为30-60mm，厚度为80-120mm。
排水管2的管径为30-70mm。
底部排水管2上的排流通孔22的孔径为5-10mm。
溢流管3的管径为30-70mm。
溢流管3的顶部高于种植层5表面150-200mm。
种植层5的厚度为150-250mm，填料包括浮石、表层土、草炭、生物碳。控制种植层5的厚度以减轻屋顶承受的重量，避免屋顶承受的重量过大，且为种植层5内提供一个好氧的环境以对雨水中的污染物进行好氧处理。
种植层5填料各重量含量为：65-75%浮石、15-25%表层土、6-8%草炭、4-6%生物炭。
蓄水层7的厚度为100-200mm，填料包括轻质多孔的沸石、蛭石，粒径为10-30mm。蓄水层7为一个缺氧/厌氧环境，对雨水中的污染物进行缺氧/厌氧处理，以最大程度地将雨水中的硝态氮进行反硝化净化，在其内填充轻质多孔的材料，既有利于减轻屋顶承受的重量，又有利于雨水的蓄存。
子单元1的种植层5和蓄水层7之间有透水土工布6隔离，蓄水层7的底部还设有防水层8。种植层5与蓄水层7之间的透水土工布6将种植层5的填料与蓄水层7的填料隔离开来，避免种植层5的填料流入蓄水层7内而使种植层5填料流失。
防水层8厚度为10-20mm，包括上层的耐根系穿刺层和下层的柔性防水层。耐根系穿刺层避免植被对房屋造成损伤，保证屋顶花园能够长期使用。
耐根系穿刺层包括铝合金卷材、高密度聚乙烯土工膜、低密度聚乙烯土工膜、聚氯乙烯膜。
柔性防水层包括高分子卷材和防水涂料。
种植层5种植的植被为耐旱和耐寒的浅根植物。由于受种植层5厚度的限制，因此种植的植被需是浅根，且屋顶的生存环境较差，需要种植既耐旱又耐寒的植物。
种植层5种植的植被包括紫茉莉、虞美人、雏菊、含羞草、鸢尾、球根秋海棠。
经过实验，本发明屋顶花园进、出水水质处理与处理效果如下表所示：
| 水质指标 | 进水 | 出水 | 去除率（%） |
| SS（mg/L） | 207±33 | 9±7 | 95.6±3.4 |
| COD（mg/L） | 158±37 | 12±5 | 92.4±3.2 |
| NH4 +-N（mg/L） | 3.8±2.1 | 0.2±0.3 | 94.7±7.9 |
| TN（mg/L） | 5.9±3.3 | 1.4±1.6 | 76.3±27.1 |
| TP（mg/L） | 0.9±0.4 | 0.1±0.1 | 88.9±11.1 |
| 总锌(µg/L)) | 457±104 | 20±37 | 95.6±8.1 |
| 总镍(µg/L) | 158±42 | 12±24 | 92.4±15.1 |
| 总铅(µg/L) | 235±54 | 15±21 | 93.6±8.9 |
本发明还涉及一种屋顶花园强化径流污染生态化去除方法，将屋顶分为多块独立的子单元1，每个子单元1内独立地对雨水进行吸附、过滤、沉降、沉淀及好氧、缺氧/厌氧的净化处理并蓄存；相邻子单元1之间设置与房屋雨落管4相接的排水浅沟9，且在各子单元1内设置入水口在子单元1底部的排水管2与排水浅沟9相通，以在雨量大时将多余雨水排入雨落管4；排水管2的出水高度等于位于子单元1下部的蓄水层7高度以保证蓄水层7的水位为屋顶花园的植被提供水分且使蓄水层维持为一个缺氧/厌氧的环境。在污染物的去除过程中，部分氨氮、有机氮、磷和重金属均以颗粒态存在，颗粒态污染物基本过滤去除为主；氨氮、有机氮、硝态氮、磷和重金属溶解态的去除机理为：在雨水径流入渗的过程中，氨氮和有机氮主要被吸附在雨水花园的表层填料中即种植土层22中进行耗时较长的硝化作用转化为硝态氮，而雨水径流中的硝态氮（来源于两个方面，一是本次降雨的雨水径流；二是吸附在填料的氨氮或有机氮在无雨时期被硝化细菌转化为硝态氮）流动性很强，难以被填料所吸附，随入渗径流冲洗下来，进入厌/缺氧环境被完全或不完全反硝化，转化为N2、N2O或NO2 -得到去除；重金属在雨水径流入渗过程中，主要被填料吸附或化学反应生成沉淀去除；有机物在雨水径流入渗过程中，主要被填料吸附，无雨期间，则被微生物好氧降解。
子单元1上部的种植层5为富氧环境，子单元1上部的种植层5为富氧环境，在对雨水中的污染物进行吸附、过滤、沉淀的同时进行好氧处理，将雨水中的有机氮、氨氮转变为硝态氮后流入子单元下部的蓄水层7；子单元1下部的蓄水层7为缺氧/厌氧环境，在对雨水中的污染物进行二次吸附、过滤、沉淀的同时进行缺氧/厌氧处理，将硝态氮转变为N2、N2O或NO2 -后排出。
排水管2设置在子单元1底部并向上弯曲，在底部的排水管2上设有排流通孔22，且设有排流通孔22的排水管1上包裹有透水土工布，以使雨量大时经好氧和缺氧/厌氧处理后的雨水从排流通孔22流入排水管1后进入排水浅沟9同时能阻止子单元1内的土石进入排水管2内。
各子单元1还设有与排水浅沟9连通的溢流管3，溢流管3的入水口高出种植层5表面、且顶盖入水口盖沿设置栅条，以使雨量大时雨水从入水口流入溢流管3后直接进入排水浅沟9的同时，栅条既拦截过滤雨水进入各子单元后泛起的大颗粒物，又能阻止子单元内的土石进入溢流管3内。
排水浅沟9内铺设有卵石以对雨水在排入雨落管4之前再次进行过滤净化处理。
将屋顶分为多块独立的子单元1，且在子单元1之间设置排水浅沟9以方便管理，排水管2和溢流管3将子单元1内过多的雨水排入排水浅沟9以避免子单元1内水位过高，排水管2的出水高度等于蓄水层7高度以避免蓄水层7流出的雨水过多而起不到蓄水的作用，溢流管3的入水口高度高于种植层5表面以避免种植层5的填料与雨水一起流出。
由此可见，本发明的有益效果是：
1. 本发明的解决了现有技术中屋顶花园保水、持水能力差，需要频繁浇灌维护，净化效果不理想，且屋面雨水大量流失的问题。
2. 本发明的将屋顶划分为几个独立的子单元，在子单元之间设置排水浅沟，使本屋顶花园便于管理和维护。
3. 本发明的子单元上部为种植层，下部为蓄水层，在每个子单元内部形成一个上层好氧、下层缺氧/厌氧的污染物降解环境，使雨水中的氨氮有机物得到彻底的分解去除；而在排水浅沟设置卵石，对雨水中的污染物进一步过滤净化。
4. 本发明在子单元底部设置排水管且向上弯曲至蓄水层的高度，保证了蓄水层中的水位以为种植层的植物提供水分，避免蓄水层水位过低，因而起到蓄水的作用，不需要频繁浇灌，且使蓄水层保持为一个缺氧/厌氧的环境。在种植层底部设置与排水浅沟连通的溢流管，顶部入水口高于种植层顶部，使雨量过大时雨水溢流进入溢流管排出，避免种植层水位过高。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。
Claims (10)
1.一种屋顶花园强化径流污染生态化去除方法，其特征在于：将屋顶分为多块独立的子单元（1），每个子单元（1）内独立地对雨水进行吸附、过滤、沉降或沉淀及好氧、缺氧/厌氧的净化处理并蓄存；相邻子单元（1）之间设置与房屋雨落管（4）相接的排水浅沟（9），且在各子单元（1）内设置入水口在子单元（1）底部的排水管（2）与排水浅沟（9）相通，以在雨量大时将多余雨水排入雨落管（4）；排水管（2）的出水高度等于位于子单元（1）下部的蓄水层（7）高度以保证蓄水层（7）的水位为屋顶花园的植被提供水分且使蓄水层维持为一个缺氧/厌氧的环境。
2.如权利要求1所述的屋顶花园强化径流污染生态化去除方法，其特征在于：所述子单元（1）上部的种植层（5）为富氧环境，在对雨水中的污染物进行吸附、过滤、沉降或沉淀的同时进行好氧处理，将雨水中的有机氮、氨氮转变为硝态氮后流入子单元下部的蓄水层（7）；子单元（1）下部的蓄水层（7）为缺氧/厌氧环境，在对雨水中的污染物进行吸附、沉降和过滤的同时进行缺氧/厌氧处理，将硝态氮转变为N2后排出。
3.如权利要求1所述的屋顶花园强化径流污染生态化去除方法，其特征在于：所述排水管（2）设置在子单元（1）底部并向上弯曲，在底部的排水管（2）上设有排流通孔（22），且设有排流通孔（22）的排水管（2）上包裹有透水土工布（6），以使雨量大时经好氧和缺氧/厌氧处理后的雨水从排流通孔（22）流入排水管（2）后进入排水浅沟（9）同时能阻止子单元（1）内的土石进入排水管（2）内；
各子单元（1）还设有与排水浅沟（9）连通的溢流管（3），溢流管（3）的入水口高出种植层（5）表面、且顶盖入水口盖沿设置栅条，以使雨量大时雨水从入水口流入溢流管（3）后直接进入排水浅沟（9）的同时，栅条既拦截过滤雨水进入各子单元后（1）的泛起的大颗粒物，又能阻止子单元内的土石进入溢流管（3）内；
排水浅沟（9）内铺设有卵石以对雨水在排入雨落管（4）之前再次进行过滤净化处理。
4.一种实施权利要求1所述方法的屋顶花园，其特征在于：包括位于屋顶的多个独立的子单元（1），相邻子单元（1）之间设有排水浅沟（9）与屋顶的雨落管（4）相接；子单元（1）的上部为种植层（5）、下部为蓄水层，每个子单元（1）内设有与排水浅沟（9）相通的排水管（2），且排水管（2）的入水口设置在子单元（1）的底部、出水高度等于蓄水层（7）的高度。
5.如权利要求4所述的屋顶花园，其特征在于：所述排水管（2）设置在子单元（1）蓄水层（7）的底部并向上弯曲至出水高度等于蓄水层（7）的高度，且在底部的排水管（2）上设有排流通孔（22）并用透水土工布（6）包裹；
所述排水管（2）的管径为30-70mm，沿子单元底部的长、宽方向均铺设多条；底部排水管（2）上的排流通孔（22）的孔径为5-10mm。
6.如权利要求4所述的屋顶花园，其特征在于：所述各子单元（1）的种植层（5）内还敷设有与排水浅沟（9）连通的溢流管（3），溢流管（3）的入水口高出种植层（5）表面、且顶盖入水口盖沿设置栅条；
溢流管（3）的管径为30-70mm，沿种植层（5）底部的长、宽方向均铺设多条；
溢流管（3）的顶部高于种植层（5）表面150-200mm，顶盖入水口盖沿设置栅条。
7.如权利要求4所述的屋顶花园，其特征在于：所述排水浅沟（9）的底宽200-300mm，且与雨落管（4）的相接处设有栅网；排水浅沟（9）内铺设有用于对雨水中的污染物进行过滤净化的卵石（10）；排水浅沟（9）内铺设的卵石（10）粒径为30-60mm，厚度为80-120mm。
8.如权利要求4所述的屋顶花园，其特征在于：所述种植层（5）的厚度为150-250mm，填料包括浮石、表层土、草炭、生物碳；种植层（5）填料各重量含量为：65-75%浮石、15-25%表层土、6-8%草炭、4-6%生物炭。
9.如权利要求4所述的屋顶花园，其特征在于：所述蓄水层（7）的厚度为100-200mm，填料包括轻质多孔的沸石、蛭石，粒径为10-30mm。
10.如权利要求4所述的屋顶花园，其特征在于：所述子单元的种植层（5）和蓄水层（7）之间设有用于隔离的透水土工布（6），蓄水层（7）的底部还设有防水层；
所述防水层（8）厚度为10-20mm，包括上层的耐根系穿刺层和下层的柔性防水层；耐根系穿刺层包括铝合金卷材、高密度聚乙烯土工膜、低密度聚乙烯土工膜、聚氯乙烯膜；柔性防水层包括高分子卷材和防水涂料。
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