城市雨水收集与利用研究

2019-03-21 11:11 海绵雨水
针对目前国内城市雨水利用的现状,结合国内外先进的雨水利用技术,分别提出屋面和地面雨水收集和回用的措施,对现阶段国内雨水利用提出了一些建议,以便更大限度利用雨水资源。
 
城市化建设的快速发展和城市人口的不断增加,一方面使得城市用水量需求增加,另一方面城市不透水面积扩大,导致雨水资源流失增加和水循环系统的平衡遭到破坏。雨水作为一种自然资源,污染轻,对调节补城市水资源、改善城市自然生态系统具有重要作用。现代城市雨水利用是一种新型的多目标综合性技术,可实现节水、谁资源涵养与保护、控制城市水土流水和水涝、减少水污染和改善城市生态环境等功能。
 
国外对城市雨水利用的实践及研究起步较早,从20世纪80年代开始,世界各国就开始探索城市雨水资源化,全球至少有40个国家和地区开展了雨水管理与利用的研究和实践。美国、德国、澳大利亚、日本和以色列等国长期致力于雨水管理技术的研发,已形成了相对成熟的雨水利用技术,开发了多种水文模型,并建立了较为完善的保障体系。我国城市雨水利用尽管取得了一定成果,但总体上起步晚、发展相对滞后。通过分析国外雨水利用的现状,提出了雨水收集及利用技术,旨在为我国的雨水利用提供借鉴和启示。
 
一、国内外城市雨水利用现状
 
1.1国外城市雨水利用现状
 
从上世纪80年代起,欧美及日本等发达国家开展了对雨水进行收集利用的研究。美国的雨水利用常以提高天然入渗能力为目的。美国不但重视工程措施,而且还制定了相应的法律法规对雨水利用给予支持。如科罗拉多州、佛罗里达州和宾夕法尼亚州分别制定了《雨水利用条例》。这些条例规定新开发区的暴雨洪水洪峰流量不能超过开发前的水平。所有新开发区必须实行强制性的的“就地滞洪蓄水”。其他的发达国家如德国、英国、日本等国家城市雨水利用的主要经验包括两个方面。一是制定一系列有关雨水利用的法律法规,如目前德国在新建小区之前,无论是工业、商业还是居民小区,均要涉及雨水利用实施,若无雨水利用措施,政府将征收雨水排放设施费和雨水排放费。日本于1992年颁发了“第二代城市下水总体规划”,正式将雨水渗沟、渗塘及透水地面作为城市总体规划的组成部分,要求新建和改建的大型公共建筑群必须设置雨水就地下渗设施。二是建设完善的雨水收集、利用设施,将收集到的雨水主要用于冲厕、洗车、浇庭院及回灌地下水等。目前,德国的雨水利用技术已发展到第三代,其特征是设备的集成化,尤其对于屋面雨水的收集、截污、储存、过滤、渗透、提升、回用和控制,形成了系列化的定型产品和组装式的成套设备。
 
1.2我国城市雨水利用现状
 
我国雨水利用有悠久的历史,但是真正意义上的雨水资源利用研究约从20世纪80年代才开始。城市于利用在我国刚刚起步,只有个别城市进入工程实施和推广阶段,主要是缺水地区的一些小型、局部的非标准性应用,比较典型的是山东长岛县、大连獐子岛和舟山市葫芦岛等雨水集流利用工程。目前,北京。上海、天津、深圳、大连、西安等许多城市正在结合自身的具体情况开展雨水收集利用项目研究。由于缺水形势严峻,北京市开展的步伐较快。2001年国务院批准了包括雨洪利用规划内容的“21世纪初期首都水资源可持续利用规划”,北京市规划委员会和北京市水利局于2003年3月共同制定并发布了《关于加强建设工程用地内雨水资源利用的暂行规定》,其中规定今后在北京市新建、改建、扩建工程时要同时减少雨水利用工程,建设中的工程也必须同时考虑建设雨水利用设施。2008年奥运场馆和奥林匹克公园建设中也都采用了雨洪利用技术。
 
二、雨水利用技术
 
2.1雨水收集
 
雨水收集系统包括屋面的雨水收集系统和地面的雨水收集系统。由于屋面受到人类活动的影响小一些,所以屋面对雨水的污染程度比路面要轻的多。而且地面要考虑到相当一部分的雨水途径绿地回补地下含水系统,因此两种收集系统在设计上有所差异。
 
2.1.1屋面雨水的收集
 
屋面雨水一般占城区雨水资源量65%左右,易于收集,且水质相对较好,是城区雨水利用的主要对象。屋面雨水由于受污染少,水质较好,稍加处理或不经处理即可直接用于冲洗厕所、浇灌绿地或作水景,也可直接进入渗透管沟或通过土壤经初步渗透后再进入渗透关系。对屋面雨水典型的收集方式为:屋面雨水经雨水立管进入初期弃流装置,通过初期弃流装置将初期较脏的雨水排至小区污水管道,进入城市污水处理厂处理后排放。经过初期弃流的雨水经独立设置的雨水管道流入贮水池,雨水在池中经过过滤、沉淀、再过滤、消毒处理后,出水进入专为冲洗用水、洗涤用水和庭院浇灌用水设置的管网,用于家庭、公共和工业等3方面非饮用水。
 
2.1.2地面雨水的收集
 
由于地面的雨水水质较差,其主要用在系统和地表蓄水池。对于采取合流制排水小区绿化用水和景观用水上。地面雨水收集方式包括绿地蓄水下渗回补地下含水系统的老城区,如果将地面雨水就近收集并回灌地下,不仅可以减少对环境的污染,还可提高城市污水厂的处理效果,降低处理成本。采取分流制的地区,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,相对比较简单。
 
2.2雨水回用
 
屋面雨水的污染程度较地面雨水轻,且径流量大,便于收集,利用价值也高。初期径流弃流后COD一般为80~120mg/L,而道路初期雨水水质较差,初期径流中COD高达3000~4000mg/L。所以雨水的汇水源头、收集方式以及其回用的水质都是制约雨水净化工艺选择的因素。雨水净化按照雨水处理工艺可以分为自然净化和物化处理。对雨水水质条件较好、地下水位较低、平均坡度小且土壤渗透能力较好的道路(透水性路面)区,可利用表层植被和土壤净化功能的自然净化方法处理雨水,同时还可以减轻对雨水收集、输送系统的压力,补充地下水,其工艺流程如图1所示。在雨水水质较好的缺水地区,可直接收集雨水,再采用简单的物化法处理后进行回用,其工艺流程如图2所示。对于水质要求较高的则要选择更先进、可靠的雨水深度处理工艺,采用先进的膜过滤技术,处理出水可用作消防及冷却用水,其工艺流程如图3所示。
此外,在雨水利用系统中,如对运行管理的要求较高且资金允许的条件下,可考虑采用成套的雨水截流、处理装置及自动控制系统等对雨水进行回用。
 
三、结语
 
城市雨水利用,对解决水资源短缺、防治水缓解污染和防洪减灾等方面,具有重大的社会效益和环境效益,是水资源科持续利用的有效途径。通过对国外发达国家雨水进行收集利用所取得的成果的借鉴与学习,建议国内把雨水利用纳入水资源的统一管理体系之中,尽快完善关于雨水利用的各项政策法规。由政府出台相关雨水利用建筑的管理办法,明确今后的小区建设和建筑物设计要服从雨水收集回用系统需要。对于已建成的小区或单位,采用政府投资、地方集资和用户投入的办法进行改造。在雨水利用研究上加大科研投入力度,提供专项资金支持,使研究成果尽快转化,提高雨水综合利用程度。同时,要加大雨水收集回用的宣传教育,强化人们的节水意识。

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