對城市初期雨水收集利用的探究論文
1 前言
在我國，許多城市都存在著水資源緊缺的問題，對于城市的可持續(xù)發(fā)展有著巨大的負(fù)面影響。因此，采取合理可靠的措施，對城市初期雨水進(jìn)行有效的收集和利用，是非常必要的，能夠有效緩解城市用水緊張問題，減輕水環(huán)境污染，進(jìn)而推動城市的綠色健康發(fā)展。
2 雨水的收集
2.1 地面雨水收集
隨著城市化進(jìn)程的加快，城市規(guī)模迅速擴(kuò)大，為了便于人們的日常出行，城市地表一般都是水泥或者瀝青等材料，雨水無法及時下滲。對此，可以在建筑附近設(shè)置相應(yīng)的“可蓄水地面”，實(shí)現(xiàn)對于雨水的儲存。主要的雨水處理過程是在雨水儲存箱內(nèi)進(jìn)行。過濾凈化裝置分三層，從上到下分別是小卵石、石英砂、活性炭。每層之間用紗布鋪墊分隔。這樣水由上到下流過時，過濾程度逐級加大，可以有效得到凈化，大部分雜質(zhì)顆粒會被隔離或是吸附。
2.2 屋面雨水收集
對于城市雨水資源而言，屋面雨水主要占其中雨水資源量的65%左右。未免雨水易于收集，且水質(zhì)相對較好，是城市初期雨水利用的主要對象。雨水落在屋頂，經(jīng)由屋面進(jìn)入雨水回收管，通過雨水回收管進(jìn)入用戶家的水箱中。對于平屋頂，可以在對屋面進(jìn)行構(gòu)造處理時將屋面做成一定的坡度，例如鋪填砂漿等。雨水沿著坡度滑到屋面兩邊。對于坡屋頂，應(yīng)在坡邊緣設(shè)置外挑檐溝，雨水回收管設(shè)置在外挑檐溝中。這樣的檐溝可以做成建筑造型，美觀且實(shí)用。由于憑借水的自由滑落收集雨水，此方案不適用于屋面構(gòu)造復(fù)雜且屋面極不規(guī)則的民用建筑屋面。在檐溝處放置過濾網(wǎng)，作為雨水處理的第一道工序。過濾網(wǎng)可以將雨水中尺寸大的雜物分離出來。對于上述不同排水規(guī)劃的屋頂，在原排水立管的位置用雨水回收立管代替。雨水進(jìn)入雨水回收立管后，經(jīng)過一個雨水轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)入用戶家中的水箱達(dá)到儲存的目的。當(dāng)入水口打開時，雨水在雨水管內(nèi)穿過外墻進(jìn)入室內(nèi)，通過入水口進(jìn)入水箱; 當(dāng)入水口關(guān)閉時，雨水管無法進(jìn)入水箱，則雨水會由后面的雨水管流至下面的用戶，直至每一戶都能接收到雨水。
2.3 雨水入滲
通過入滲對雨水進(jìn)行收集利用，能夠有效減輕市政排水系統(tǒng)的排水負(fù)擔(dān)，減輕城市洪水災(zāi)害可能引發(fā)的危害，同時也可以在一定程度上減少市政基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行維護(hù)成本。不僅如此，通過雨水入滲的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對城市地下水的回補(bǔ)，減少因地下水位下降造成的地面沉降問題，同時也可以對城市生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)。
在實(shí)際操作中，雨水入滲的方式是多種多樣的，這里針對幾種比較常見的雨水滲透設(shè)施進(jìn)行分析。一是城市綠地，這是一種天然的滲透設(shè)施，不僅入滲效果優(yōu)秀，能夠有效節(jié)約資金投入，而且可以美化城市環(huán)境，改善城市局部氣候，可以說是一種非常簡單有效的入滲設(shè)施。因此，對于市政主管部門而言，可以對城市現(xiàn)有的公園、綠地、綠化帶等進(jìn)行適當(dāng)改造，對居民區(qū)以及市政道路上的雨水進(jìn)行收集。二是人工滲透設(shè)施，包括滲透路面、滲透池、高危花壇等。以滲透地面為例，主要是利用多孔瀝青、多孔混凝土以及草皮磚等材料，取代傳統(tǒng)的瀝青和混凝土材料，以提升地面的滲透效果，實(shí)現(xiàn)雨水的有效滲透。當(dāng)雨水量相對較小時，可以實(shí)現(xiàn)雨水的直接入滲，而即使雨水量較大，在地表形成徑流，也可以在適當(dāng)位置，設(shè)置相應(yīng)的蓄水池等設(shè)施，對雨水進(jìn)行收集，經(jīng)過濾處理后，回補(bǔ)地下水，又或者直接作為綠化灌溉用水。在人行道、廣場以及停車場等公共場所，可以在相應(yīng)位置設(shè)置回填砂石、礫料的滲溝或者滲井，以增加雨水入滲量，盡可能減少人行道和廣場上的積水。
對于市政管理部門而言，在對城市整體進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)時，應(yīng)該堅持可持續(xù)發(fā)展理念，以綠色城市、生態(tài)城市為基準(zhǔn)，在不影響城市各項(xiàng)功能的前提下，盡可能增加綠地和人工濕地的面積。從我國當(dāng)前的城市規(guī)劃建設(shè)而言，在絕大部分城市中，由于綠地徑流系數(shù)小，雖然其面積較大，但是可以收集的雨水量有限，很容易出現(xiàn)飽和的情況，因此綠地徑流雨水一般都是通過入滲的方式進(jìn)行利用;而城市廣場空地面積較大，徑流系數(shù)也較大，收集雨水量大，而且非常穩(wěn)定，因此對于雨水的利用一般是采用收集回用的.方式;而在城市道路方面，由于行車量較大，路面污染嚴(yán)重，不能直接作為雨水收集的對象，可以通過修建地下滲透管道或者滲透水池的方式，對雨水進(jìn)行收集。
3 關(guān)于初期雨水的收集分析
3.1 初期雨水處理系統(tǒng)介紹
初期雨水是指降雨初期時的雨水，在雨水中溶解了空氣中大量的酸性氣體、汽車尾氣以及各種各樣的污染性氣體，加上對于路面、建筑等的沖刷，含有大量的有機(jī)物、重金屬以及懸浮固體等污染物質(zhì)，污染程度較普通城市污水更高，如果直接排放，會對水體造成嚴(yán)重的污染，因此，做好初期雨水的收集和處理，是非常必要的。在國外一些相對發(fā)達(dá)的國家，對于初期雨水的處理，是利用下凹綠地的凈化作用，引導(dǎo)雨水入滲地下，通過土地系統(tǒng)，進(jìn)行相應(yīng)的凈化處理，又或者將初期雨水引入污水處理管道，與城市生產(chǎn)生活污水一同處理后，直接排入和河道。而國內(nèi)對于初期雨水的處理，多是收集后直接棄流，對此，從我國實(shí)際情況出發(fā)，提出了相應(yīng)的道路雨水收集利用系統(tǒng)。
(1)雨水口
在降雨時，對于道路徑流，應(yīng)該在雨水口設(shè)置相應(yīng)的篦子，對垃圾和雜物等進(jìn)行攔截，同時在雨水口的底部，設(shè)置相應(yīng)的沉淀池，對雨水中包含的大顆粒雜質(zhì)進(jìn)行沉降處理，以避免過濾器的堵塞。在經(jīng)過濾器初步過濾后，道路徑流會進(jìn)入滲透池，等待后續(xù)處理。
(2)滲濾井
從施工和成本方面考慮，可以對現(xiàn)有的滲透池或者滲透井進(jìn)行改造，形成相應(yīng)的滲濾井。應(yīng)該結(jié)合區(qū)域氣候特點(diǎn)，從初期雨水量考慮，對滲透池的體積進(jìn)行確定，一般情況下，將滲透池設(shè)計為長扁形，為雨水入滲回補(bǔ)地下水提供便利，同時減少對于地下管線的影響。滲濾井應(yīng)該通過相應(yīng)的果殼過濾器，與雨水口相連，同時在果殼過濾器出水口位置，設(shè)置縱向帶孔管道，以強(qiáng)化前期布水能力，提升滲濾井的運(yùn)行效率。
3.2 初期雨水滲透量計算及滲透池容積的確定
采用極限強(qiáng)度法計算初期雨水滲透量。設(shè)計流量計算參數(shù)： 某城市3 年重現(xiàn)期降雨i=1.91mm/min， 場地面積30m×9m， 集流時間tb=5min， 初期雨水h=5mm， 初期雨水厚度h 降落時間k=h/i=2.62min，全部匯水面積上產(chǎn)生的匯流Qs=ψFi=0.9×30×9×1.74=464.13L/min。根據(jù)開始降雨到最大面積上產(chǎn)生匯流的時間和退水時間相等的條件，匯流區(qū)內(nèi)初期雨水全部被收集到收集點(diǎn)的時間T=k+tb=2.62+5=7.62min。Tb>k，得到雨水匯流過程線。
線0-a-b-c 表示雨水匯流過程，線0-a-e-T 表示初期雨水匯流過程。在k 時間內(nèi)達(dá)到匯流點(diǎn)的徑流量為a 點(diǎn)對應(yīng)的流量Qa，設(shè)降雨強(qiáng)度i 條件下，有滲透池存貯τ(min)雨水，0<τ
4 系統(tǒng)收集雨水資源的利用與效果
4.1 可提高水資源的利用效率
面對日益短缺的水資源，我們不得不尋求一些方法緩解當(dāng)前水資源緊張的問題，而雨水的收集就是較為有效的方法。雨水是一種寶貴的水資源，但是我們一直以來都忽視了對雨水的收集和利用，不得不說，這是一種非常巨大的浪費(fèi)。結(jié)合初期雨水處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對于雨水的收集和劉勇，能夠有效提升水資源的利用效率，緩解城市用水緊張問題。
4.2 避免或防止城市洪澇的發(fā)生
我國近幾年來，隨著自然氣候的變化無常，城市防洪問題變得十分嚴(yán)峻，許多城市都開始相繼出現(xiàn)“城中看�！钡膶擂尉跋�。造成這種現(xiàn)象的原因，一方面是由于城市排水系統(tǒng)的設(shè)計存在一定的不合理性，當(dāng)短期降雨量較大時，市政排水管網(wǎng)壓力較大，難以及時有效排除積水;另一方面，全球氣候變暖導(dǎo)致了極端天氣的頻繁出現(xiàn)，很容易形成局地強(qiáng)降雨。應(yīng)用初期雨水收集處理系統(tǒng)，可以有效增加雨水排泄途徑，緩解市政排水管道的壓力，進(jìn)而避免或防止城市洪澇的發(fā)生。
5 結(jié)語
我國當(dāng)前對于初期雨水的處理技術(shù)還不是很成熟，但是隨著城市雨水利用技術(shù)的不斷推廣，越來越多的人開始重視城市雨水收集利用技術(shù)，在城市初期雨水收集利用系統(tǒng)的建設(shè)過程中，應(yīng)該根據(jù)工程項(xiàng)目環(huán)境，對系統(tǒng)方案進(jìn)行合理選擇，保證系統(tǒng)功能的有效發(fā)揮。
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