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分析探讨城市雨水收集利用系统及重点介绍低影响开发技术

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分析探讨城市雨水收集利用系统及重点介绍低影响开发技术

分析探讨城市雨水收集利用系统及重点介绍低影响开发技术

  • 作者:深圳市海绵雨水利用科技有限公司
  • 来源:www.spongerain.com
  • 发布时间:2019-04-23 00:00
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城市化建设的快速发展和城市人口的不断增加,随之而来的城市水资源紧张和洪涝灾害矛盾凸显。一方面使得城市生活用水,生态用水和工业用水大幅度增加,不仅占农业用水,也加重了地下水的负担,另一方面很多大城市不透水面积增多,内涝灾害频发,城市水环境日益恶化,而雨水作为一种自然的天然资源,以其处理成本低廉,处理方法简单等优点。逐步成为一种新的可利用再生水资源。因此,消除水患并实现与水资源的优化配置成为解决城市水环境问题的关键。回收水资源,实现雨水收集系统利用目前已经成为了亨氏发展的主要课题之一,下面介绍城市雨水收集系统利用的主要技术及城市的低影响开发理念。
 
本文分析了城市化进程中的雨水问题及城市的雨水收集利用的重要意义,探讨了城市雨水收集系统及雨水利用并重点介绍了低影响开发技术。
 
一、雨水收集利用的意义及污染特点
 
1.1雨水收集利用的重要性
 
我国正处于城市化、工业化的高度发展时期,雨水是自然界水循环系统中的重要环节,对调节,补充地区水资源和生态环境起着极为关键的作用。随着社会经济的迅速发展和城市化进程的加快,雨水作为不可替代的自然资源,雨水资源的收集与利用是一种新型的多目标综合性技术,对城市的发展具有很大的环境效益,经济效益和社会效益。
 
(一)节约用水:我国城市缺水严重,全国600多个城市,其中近67%缺水,近17%严重缺水,另外我国被联合国列为13个贫水国家之一,人均利用的淡水资源少,仅为世界人均利用淡水的四分之一。而雨水作为一种轻度污染的自然资源,经过简单处理就可用作生活或工业用水,雨水的集蓄利用可以是城市水资源缺乏的局面得到缓解,达到开源节流的效果,同时对建设节水型社会,构建和谐社会,实现循环经济有着积极的意义。
(二)改善城市生态环境,城市化造成的地面硬化使土壤含水量减少,热岛效应加剧,水分蒸发量下降,空气干燥,城市环境不断恶化,而加强雨水的收集与利用不仅可以增大土壤含水量,降低城市热岛效益,同时增大城市不透水下垫面比例,使得雨水汇流时间得到延长,峰流量减少,降低了内涝灾害频发的现象,另一方面减少了雨水径流污染及水土流失带来的环境破坏,改善了城市水环境和生态环境。
(三)涵养地下水,提高地下水位,地下水一般利用雨水、自来水或中水补充,其中后两种方法造价偏高,且中水补充的方法。利用雨水渗透和储留不仅能够适当提高地下水位,补充地下水的涵养量,还可以防止海水入侵,地面沉降。
(四)减轻了管网排水系统级城市防洪的压力,地面雨水就近收集并回灌地下,不仅可以减少雨季溢流污水,改善水体环境,还可以减轻污水厂负荷,提高城市污水厂的处理效果,雨水蓄水池和分散的渗渠系统可降低城市洪水压力和节省封闭路面下的排水管网负荷,从而减少需由政府投入的用于大型污水处理厂,收集污水管线和扩建排洪设施的资金。
 
1.2雨水收集利用的含义
 
雨水的收集利用是指针对因建筑屋顶、路面硬化导致区域内径流量增加而采取的对雨水进行就地收集、入渗、储存、处理、利用等措施。具体包括一下三个方面的内容:
 
1、采取各种方法对城市雨水资源进行保护利用,主要包括收集、储存和净化后的直接利用。
2、通过各种人工或自然渗透设施使雨水渗入地下,补充地下水。
3、利用各种人工或自然水体、池塘、湿地或低洼地对雨水径流实施调蓄、净化和利用,改善城市水环境和生态环境。
 
1.3雨水污染来源及污染特点
 
雨水属于轻度污染水,但是城市雨水径流中污染物的种类和形态非常复杂,其来源主要为:(1)大气干湿沉降、大气污染严重使得雨水水质较差,甚至形成酸雨,天然雨水中含有污染物主要成分有SSCOD,硫化物,氮氧化物等
(2)屋面材料及屋面积累的大气沉降物,路面材料,汽车尾气,生活垃圾,路面被冲刷的泥沙等,其中含有污染物主要含有硝酸根,硫酸根,氯,纳,铵,镁和钙等离子和一些有机物质(主要是挥发性化何物如农药)同时还存在少量的重金属、富营养物,油类,细节病毒等。
 
雨水的污染特点非常明显,不透水路面比例大,雨水径流量大,随着时间和空间的变化,污染负荷变化很大,同时具有间歇性排放,随机发生,而且初期径流污染浓度最大,随着时间的延长,污染物浓度会逐渐下降并趋于稳定。
 
二、雨水收集利用系统
 
2.1雨水收集
 
雨水收集系统包括屋面雨水收集系统和地面雨水收集系统。考虑到屋面雨水水质高于地面雨水,而一部分地面雨水要回补地下水。因此,两种收集系统有所不同,而且雨水的收集效率会随着收集面材质,气象条件(日照,温湿度等)以及降雨时间的长短等因素而有所差异。
 
屋面雨水收集系统一般可分为重力式雨水收集系统和虹吸式雨水收集系统,通常由四部分组成,屋顶集流面、汇流槽,下水管和蓄水池。在居民小区,雨水收集后经简单的处理,可以直接用于冲厕、洗衣等生活杂用为了收集到水质较好的雨水,降低雨水处理成本,可设置初期弃流装置。屋面雨水易于收集,且雨水污染度低,雨水资源量较大,可直接回用于浇灌,冲洗厕所,洗车等,节约了自来水用水量,缓解了城市水资源短缺,因此成为城区雨水利用的主要目标。
 
地面雨水收集系统主要由沟(排水地沟、U型线性排水地沟、缝隙式地沟,PE排水沟等)井(整体式,组合式,pe雨水检查井)雨水渗透(渗透井雨水口,渗透式弃流井,渗透式雨水经,集水渗透井,渗透式溢流井,渗排水板,陶瓷透水哇砂砖等)统组成。地面雨水集流比屋顶更加简单,经济,其优点是可以从大的区域收集雨水。地面汇集雨水主要用于路旁植树,硬化路面集水是在硬化路面适当位置上留一集水沟,通过管道或渠道将水引入地下蓄水池,贮存备用。排水管道采用分流制,即污水与雨水分流排放,地面雨水径流从集水口流入雨水管道,直接汇入雨水贮水池。地面雨水选择就近收集并回灌地下,不仅可以减少径流污染,还可以减轻污水厂的污染负荷,提高处理负荷。
 
建筑工程中的雨水收集方式有三种:对于屋顶硬化的建筑物,雨水应集中引入绿地,透水地面,或引入储水设施蓄存,对于地面硬化的庭院,人行道,广场等,应该用透水材料铺装或建设汇流设施将雨水引入储水设施或透水区域中,对于主干道等基础设施地面,应结合沿线绿化灌溉建设雨水利用设施。
 
2.2雨水的储存
 
目前市场上的雨水储存产品大致可以分为两类:一类是成型的雨水蓄水箱,一类是塑料模块组合水池。
 
成型的雨水蓄水箱可直接安放在地面上,收集自屋面或其他集流场所的雨水。
 
塑料模块组合水池是以聚丙烯塑料单元模块组合,形成一个地下贮水池,在水池周围根据工程需要包裹防渗土工布或单向渗透土工布,组成贮水池或渗透调洪池两种不同类型。
 
2.3雨水的净化
 
雨水回用可以用作景观水,生产循环水,生活杂用水,浇灌及地下水回灌等。雨水净化工艺视水质和使用目的而确定,若储水用作咋用水,景观水等,则优先考虑简单的物化处理技术如过滤法、沉淀法、混凝法、吸附法、气浮法、膜分离法等。若对出水水质要求很高,雨水净化还可以采用生态处理技术,既依靠土壤,植物,微生物组成的生态系统净化雨水,如湿地处理技术,稳定塘处理技术,水洼-渗透渠组合处理技术。
 
1、物化处理,在雨水水质条件较好的缺水地区,可直接收集雨水,再采用简单的物化法处理后进行回用,其工艺流程如下:
 
2、生态系统自然净化,对于雨水水质较好,地下水位较低,土壤渗透能力较好,坡度小的道路,可以通过表层植被和土壤的滞留,吸附,渗透,过滤及微生物降解等自然净化处理,而且还能减少对雨水输送,收集系统压力,回灌地下水,另一方面,人工湿地处理系统具有投资省,运行费用低等特点。且对于BODCODSS有较好的去除效果。
3、深度处理,对于水质要求较高的则需选择雨水深度处理,如膜处理技术,处理后的水可供消防冷却用水。其处理流程如下:
 
2.4雨水的利用
 
雨水利用是综合考虑了城市防洪,雨水径流污染控制及生态环境改善的要求,包括雨水入渗,收集回用及调蓄排放。根据用途不同么雨水利用可分为直接利用(回用)、间接利用(渗透)和在综合利用。如下图:
 
直接利用主要是通过屋顶雨水收集、屋顶绿化、道路广场收集、绿地和水域拦蓄等技术利用雨水,收集处理后的雨水主要用于城市的绿地,浇灌,路面喷洒,景观补水等,可以缓解城市水资源紧缺的局面,减轻管网压力和污水厂处理负荷,同时也减轻下游的洪涝灾害,间接利用主要是通过下凹式绿地,透水地面、渗透管、渗透井、渗透池等设施将雨水回灌,补充地下水与河湖等生态用水,遏制地面沉降,改善生态环境。综合利用不仅兼有前面两者的优势,例如将渗透与回用相结合,洪涝,污染控制与收集利用相结合,以改善和保护生态环境,与小区的中水系统同步建设,统一规划,在新建小区建设雨水综合利用系统,将景观设计与雨水利用结合起来,采用道路,屋面收集或直接渗透等措施,解决区域内场地喷灌,车辆清洗,道路喷洒,绿化浇灌等城市杂用水,亦可用作空调循环水,亦可原位入渗土壤入渗土壤,就近补入景观水体,还可用作消防,冷去等工业用水。雨水经适当的处理后可用作。
 
三、雨水收集利用的生态技术
 
LID低影响开发技术是20世纪90年代末发展起的暴雨管理和面源污染处理技术,旨在通过分散的,小规模的源头控制来达到对暴雨所产生的径流和污染的控制,使开发地区尽量接近于自然的水文循环,是一种重要的雨水收集利用的生态技术。
 
传统的雨水利用模式是以排位中心,渗透的径流雨水占少数,大部分都是通过雨水管道排放,这样容易产生严重的径流污染,水土流失及破坏整个生态环境。LID处理技术是以滞留为主,雨水处置与水土流失、生态保护及径流污染相结合,是雨水外排尽量减少,就地 消纳或集蓄利用。LID低影响开发是一种可轻松实现城市雨水收集利用的生态技术体系,其关键在于原味收集、自然净化、就近利用或回补地下水。低影响开发技术主要包含:下凹式绿地,雨水花园,绿色屋顶,雨水渗透系统及蓄水池贮存。
 
1、绿色屋顶指有植被层、媒介、土壤及人造水层等构成,主要以降低城市暴雨径流污染、减轻热岛效应,美化环境和调节建筑物温度为目标,同时可作为雨水贮存的预处理措施。该技术的关键就是种植植物及土壤的选择。应根据当地自然条件选择与土壤类型的厚度相适应的植物,土壤应选择密度小、孔隙率高及耐冲刷的材料。
2、下凹式绿地指地势低洼的绿地。利用周围径流入渗凹处绿地,减少排水,涵养水分。设计下凹式绿地应尽量调整合理的绿地,路面,雨水口三者之间的高程关系,是绿地高程低于路面高程,绿地内设有雨水口,而雨水口低于路面高程而高于绿地高程。下凹式绿地增大了雨水在土壤中的入渗量,减少城市洪涝,节约了绿地的灌溉用水,同时减少了河湖的水质污染及淤积量,提高了绿地的土壤肥力。
3、雨水花园指通过低洼地区种植灌木,花草等植物,利用土壤与植物的过滤来净化雨水,还可以将雨水滞留,然后缓慢深入土壤,降低雨水径流量。雨水花园不仅能净化雨水改善环境。而且造价低廉,工程实施简单,该技术广泛用于雨水控制雨与径流污染控制,是一种生态型雨水间接利用设施,也是一种非常适用的分散式生态型雨水收集与利用技术。
4、雨水渗透设施指雨水分散并被渗透到地下的人工设施,该设施能明显涵养地下水,抑制暴雨径流,同时不会污染地下水,是一种有效的雨水控制技术。雨水渗透技术分为分散渗透与集中回灌两种。分散式渗透包括:渗透井、渗透管、渗透沟、渗透池、渗透地面、绿地渗透等。渗透设施简单,可因地制宜,方便雨水收集,输送,同时减少地表径流量及污染物,但是地下水位较高,渗透能力低且速率慢,受水质污染的限制。集中式渗透包括干湿深井回灌、干式深井。该方式回灌容量大,可直接向地下深层回灌,但是对地下水水质要求高。
5、贮留利用技术主要是通过屋面蓄水池,地面蓄水池等设施收集、储存雨水,经过处理后利用雨水,具有很高的经济效益。这些雨水可直接用于城市防洪、绿化、冲洗厕所、浇灌草地、处理后的水可用于工业纺织、木材加工,造纸等工业生产。
 
结语
 
雨水收集利用系统对于节约用水,蓄洪排涝,修复城市水环境和改善城市生态环境,解决城市用水紧张,推动水资源可持续发展具有重要的意义。低影响开发技术相比于传统的雨水收集利用,能够更充分地体现绿色建筑的生态性,可持续性,低能耗和低投资等理念,在雨水收集利用系统中具有重要的应用前景。合理利用低影响开发技术能实现经济、社会及环境效益的整体优化,但是国内低影响开发应用技术还不成熟,需要在雨水控制利用方面得到更加积极的研究应用。