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国内外城市雨水收集现状与海绵雨水工程雨水收集再利用方案设计

作者:深圳市海绵雨水利用科技有限公司来源:www.spongerain.com 浏览次数: 日期:2018年10月10日 11:24

本文小篇来自“海绵雨水”公司,介绍国内外城市雨水收集利用现状,结合某市雨水收集工程案例方案设计,对城市雨水收集和利用技术进行总结,分析了目前城市雨水收集和利用设计中存在的问题,并提出相关建议。

雨水收集

一、国外城市雨水收集和利用状况

 

由于全球范围内水资源紧缺和暴雨洪水灾害的频繁发生,从20世纪80年代开始,世界各国就开始探索雨水资源化利用。目前世界上很多国家已经认识到了雨水的利用价值,采用各种技术、设备和措施对雨水进行收集、利用、控制和管理。其中美国、德国、丹麦及日本等经济发达、城市化进程发展较早的国家,城市雨水利用发展较快。

 

综合国外城市开展雨水收集利用较早国家的经验和技术,主要有以下几个方面:

 

(1)技术方面。国外城市雨水利用的方式主要有3中:

 

1、屋面雨水集蓄系统。收集下来的雨水主要用于家庭、公共场所和企业的非饮用水。

2、雨水截污与渗透系统,道路雨水通过下水道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充地下水

3、生态小区雨水利用系统,小区沿着排水道建有渗透浅沟,表面植有草皮,供雨水流过时下渗,超过渗透能力的雨水则进入雨水池或人工湿地,作为水景或继续下渗。

 

(2)政策方面。许多国家和地区已经出台了相应的技术手册、规范和标准,另外还制定了一系列有关雨水利用的法律法规,对雨水利用给予支持。如德国联邦水法、建设法规和地区法规均以法律条文规定的形式,要求加强对自然环境的保护和水的可持续利用,如规定新建项目的业主必须对雨水进行处置和利用。同时,通过经济手段控制雨水排放量,如向业主征收不透水地面面积的雨水费用等。

 

(3)设备方面。专门生产雨水利用设备的厂家和公司也逐渐增多,德国GEP公司生产的雨水过滤器、屋顶雨水利用控制设备、雨水储存罐等产品畅销整个欧洲市场,德国UFT公司的流量控制和监控设备已经开始在全球20多个国家和地区销售和适应,荷兰WAVIN公司的孔隙雨水蓄水池填充料、整体式雨水检查井、雨水口等雨水利用设备已经在全球30多个国家使用。

 

综上所述,发达国家城市雨水利用的主要经验是:建立完善的屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水地面组成的地表回灌系统,制定了一系列有关雨水利用的法律法规,收集的雨水主要用于冲厕所、洗车、浇庭院、洗衣服和回灌地下水,都取得了良好的效果。因此,发达国家在城市雨水资源化和雨水的收集利用的经验和方法,对解决我国城市雨水收集和利用的研究发展具有借鉴意义。

 

国内城市雨水收集和利用状况

 

我国城市雨水利用具有悠久的历史,早在秦汉时期就有修建池塘拦蓄雨水用于生活的记录,西北地区水窖的修筑也已有几百年的历史。但真正意义上城市雨水利用的研究与应用却从20世纪80年代开始,并于90年代发展起来。总的来说技术还较落后,缺乏系统性,更缺少法律、法规保障体系。

20世纪90年代以后,我国特大城市一些建筑物已建有雨水收集系统,但是没有处理和回用系统。在技术和资金缺乏的情况下,收集后的雨水未经任何处理直接排入水体,对城市水体水质造成了很大的影响。

 

随着我国城市和工业的发展,水源危机和雨洪危害日益严重。雨水作为重要的水资源加以收集利用,实行综合治理已成为重要的新兴课题。在城市总体规划上,过去普遍采用的合理制排水系统大多数已被改制,改为分流制或截流制排水系统。但是,对于初期雨水未进行截流处理,多与中后期雨水一样排入水体。

 

雨水收集利用的新技术和新设备也不断涌现,对于大型公用建筑、居住区、建筑群等屋面及地面雨水,经收集和一定处理后,除用于土地入渗补充地下水,还可用于景观环境、绿化、洗车场用水、道路冲洗、冷却水补充、冲厕及一些其他生活用水用途。通过因地制宜的规划设计结合雨水收集,利用设备的实施,减少用于以上用途的自来水用量,既可以节约水资源,又可以节约大量自来水费和排污费。另外还有小型雨水利用设备如一体化HDPE雨水贮存利用设备,是以HDPE密封式贮罐为基体,在罐内设置相应的机电设备。罐体可以安放在地面上或者埋入地下,自屋面或者其他集流场所收集的雨水在罐内做简单处理,贮水可以通过自动化设备提供给冲厕、浇灌绿地、洗车、水景等用途。

 

城市雨水收集和利用技术

 

结合“海绵雨水”公司工程案例某市雨水收集再利用的方案设计,对城市雨水收集和利用技术作如下总结。

 

穿越中瑞生态示范城,是一条东西贯穿的交通转换型城市次干道。本次工程 主要对生态城范围内尚贤河以东,南湖大道以西路段间的路面雨水进行回收利用。该段道路总长1130m。

 

加强对该路段的雨水收集和利用,可以减少城市道路雨水的径流量,减轻城市排水的压力,同时回用于景观、绿化、道路冲洗等市政杂用水,一方面实现了雨水的资源化利用,又能够有效地控制雨水的径流污染,减轻城市洪涝灾害的发生,达到改善城市生态环境的目的。

 

雨水收集和利用技术方案

 

城市雨水的收集和利用技术是雨水收集、弃流、截污、传输、储存和处理等技术的综合。

 

雨水收集技术

 

常见的雨水汇流面有屋面、路面、地面、绿地等。收集的雨水除受降水量控制外,汇流面大小和汇流效率是决定因素。雨水收集技术就是控制源头水质,提高汇流效率的技术。雨水收集再利用工程属于路面雨水收集,城市道路路面属于不透水面积,收集效率较高,但由于城市道路初期雨水污染严重,一般对道路前期雨水经过弃流后可以收集回用,绿地雨水径流量小,以渗透为主。

 

本工程中道路路面的径流雨水收集分2种方式进行:

 

1、利用普通雨水口和雨水链接管进行路面雨水收集进入雨水检查井,进入后续再利用工艺。

2、利用特制的具有截污作用的雨水模块或雨水口实现对雨水收集的前处理,但此方式需要对雨水口截污装置进行定期地清洗或清通。

 

对于道路红线外的绿地设置渗透性雨水口,实现绿地雨水对雨水的涵养和蓄积作用,同时实现雨水对绿地的渗透浇灌。

 

雨水弃流及截污技术

 

雨水径流污染属于非电源污染,具有突发性和非连续性。雨水污染的特点是:初期雨水中的污染物含量高,随着径流的持续,雨水径流的表面被不断冲洗,污染物含量逐渐减小到相对稳定的浓度。

 

随着城市大气污染及地面污染的严重,雨水径流污染愈加严重,尤其是污染物较多的初期雨水。其中SS.BOD和COD指标均超过《污水排放综合标准》及《地表水环境质量标准》中相关指标要求。可见,初期雨水携带的污染负荷相当高且难于控制,已经严重超出直接排放水体的标准。因此,在雨水收集利用的过程中,降雨初期雨水需要舍弃,常见的是就近排入市政污水管或土壤下渗处理,这种弃流技术需要由装置通过手动或自动控制来实现。国外雨水利用先进的国家已生产出一些定型产品。目前常用雨量计或降雨历时来控制初期雨水的水质和排弃。

 

雨水截污技术就是在源头和径流过程中,对雨水水质进行控制,也就是对雨水水质的预处理。本工程路面雨水通过在雨水口设置截污挂篮对雨水进行预处理,绿地中设置透式雨水口,实现雨水口截污和绿地过滤双重截污的方式进行。

 

采用间隔5~8个雨水井(也可结合实际污水井的位置调整)设置一个截污雨水井,以实现对初期雨水的截污和弃流。

 

雨水传输技术

 

雨水的传输主要有2种形式,即地下管道传输和地表明沟传输,可以是重力流或压力流。地表沟传输,通常模拟天然水流婉蜓曲折的轨迹,或构筑特定的造型,雨水的传输和贮存与城市景观建设融为一体,有利于美化改善城市环境。本工程采用地下管道传输的方式进行,对于蓄水池中的雨水采用水泵提升、管道输送,供浇晒绿地或河道补充水使用。

 

雨水蓄存技术

 

雨水蓄存技术包括蓄存容量的计算和储存器的选择、布置、以及水质改善的技术。家庭贮存雨水可采用罐、缸、桶等,社区环境可修建蓄水池,也可利用水景和人工湖。为了防止蓄水池中的固体使水散发臭气,可以采用增氧手段。

 

本工程中道路路面分为3段,路面面积分别为:11220/8500和12580²m按照《室外排水设计规范》GB50014-2006,中相关规定计算,其中雨水量计算雨水径流量,如下:

式中:q表示暴雨强度;t表示降雨历时,其中t=t1+mt2,t1地面集水时间,取10min;m为折减系数,取2,t2 为管内流行时间;P表示设计重现期,取1年。

 

计算得到3段道路的雨水径流为别为:375297405m³

 

采用地下水雨水蓄水池进行水量调节,位置定位3段排水终端附近3个蓄水池的容积分别为400300400m³。蓄水池采用市场加工成型的产品化蓄水设备,也可采用砖砌或者混凝土浇筑的蓄水池。

 

雨水处理技术

 

由于雨水的水量和水质变化较大,用途的不同所要求的水质标准和水量也不同,所以雨水处理的工艺流程和规模,应根据收集回用的方向和水质要求以及可收集的雨水量和雨水水质特点来确定处理工艺和规模。一般来说,常规的各种水处理技术及原理都可以用于雨水处理。工艺方法可采用物理法、化学法、生物法和多种工艺组合。

 

本工程中结合雨水回用的途径和使用性质,考虑增加雨水处理系统或采用不同的雨水处理工艺,以达到不同用途回用水的水质标准。

 

雨水收集再利用系统方案

 

综合以上所述雨水再利用技术,设计雨水收集再利用系统方案,见图1、

雨水收集再利用方案

结合上述雨水收集再利用方案设计中遇到的问题,提出以下建议:

 

(1)制定相关的法规、政策、技术规范与标准。由于目前我国的水价偏低,单从经济效益来看雨水收集再利用往往不可行,政府机构和相关行业应尽快出台我国城市雨水利用的相关政策、法规、寻求并实施减少城市雨水径流污染要求的最佳管理模式和技术措施,制定符合我国国情与当地条件及城镇生态建设要求的远、近期规划、使雨水利用能被广泛推广。

 

(2)因地制宜,注重地区和项目的特殊性。现代城市雨水利用是一项涉及多学科的、复杂的系统工程,在选择雨水利用系统方案时,要特别注意地域及现场各种条件的差异,即使在同一个城市,由于项目间各种因素和条件不同,宜采用的方案也可能完全不同,切勿生搬硬套。

 

(3)城市雨水利用与城市环境和生态建设息息相关。城市初期雨水污染程度较高,直接排入城市周边水体或排入市政排水管网会严重破坏水体生态环境或给城市污水处理厂带来的负荷冲击。

 

因此,从城市水处理的整体角度和环境效益的长远角度来看,在城市道路和小区等工程项目建设中,都应该考虑设计相应的雨水收集设施,同时要把初期雨水收集处理的问题考虑在内,做出不同情况下初期雨水的不同的收集及处理方案。

 

(4)教育与民众的参与,转变传统观念。城市雨水的利用与人们的生活息息相关,也必须有民众的广泛参与和支持才可能取得成效。因此,需要通过各种方式进行教育,提高人们的理解和自觉的参与意识,如组织对示范工程的参观、公益性广告、展览及社区活动等。在教育和参与中转变人们对传统水资源认识上的误区,逐步使公众意识到城市雨水收集再利用人类经济和社会发展中的重要作用。

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