北方城市雨水收集与利用探讨

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北方城市雨水收集与利用探讨
【摘要】:从开发资源、生态补偿与城市可持续发展的高度,解决城市雨水带来的问题进行探讨,通过我国和德国等先进国家雨水利用技术对比,借鉴一些发达国家雨水利用的成功范例,吸收他们的经验。

为解决北方城市的水资源短缺问题提供了一个有效途径。

【关键词】:城市雨水收集利用
一、城市雨水带来问题
我国城市发展速度迅猛,城市化导致建筑密度和不透水地面面积增加以及天然排水系统改变、城市局部小气候发生变化等,造成地面沉降、雨水资源大量流失、雨水径流污染严重、城市雨水排泄不畅,暴雨后产生洪涝灾害,损失严重。

城市缺水问题和水污染更加严重,在严重缺水城市中,以华北地区缺水城市数目最多,北方城市雨水降水及径流的年内分配集中在夏季的几个月中;连丰、连枯年份交替出现,造成一些地区干旱灾害出现频繁和水资源供需矛盾突出等问题。

二、城市雨水利用现状
1、德国的雨水利用
德国的城市雨水的资源化和雨水的收集利用已有较长的历史。

雨水利用技术已经发展到第三代,其特征是设备的集成化,各项雨水利用技术已达到了世界领先水平。

德国的城市雨水利用方式有三种:一是屋面雨水集蓄系统,集下来的雨水主要用于家庭、公共场所和企业的非饮用水。

二是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。

三是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,供雨水径流流过时下渗。

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、我国城市雨水利用情况
我国城市雨水利用历史悠久,但技术还较落后,缺乏系统性,更缺少法律、法规保障体系。

我国大中城市的雨水利用基本处于探索与研究阶段,由于缺水形势严峻,北京市开展的步伐较快。

北京市政府66号令(2000年12月1日)中也明确要求开展市区的雨水利用工程,北京市的城市雨水利用已进入示范与实践阶段,可望成为我国城市雨水利用技术的龙头。

三、城市雨水利用技术
成熟的雨水利用技术从屋面雨水的收集、截污、储存、过滤、渗透、提升、回用到控制都有一系列的定型产品和组装式成套设备。

对于雨水的利用工程可分为三个部分:雨水的收集、雨水的处理和雨水的供应。

1、雨水的收集
雨水收集系统根据雨水源不同,可粗略分为两类。

一、屋顶雨水。

屋顶雨水相对干净,杂质、泥沙及其他污染物少,可通过弃流和简单过滤后,直接排入蓄水系统,进行处理后使用。

二、地面雨水。

地面的雨水杂质多,污染物源复杂。

在弃流和粗略过滤后,还必须进行沉淀才能排入蓄水系统。

2系统分类按照汇水区域区分方式如下:
(1)屋顶建筑顶部汇水
屋顶建筑顶部汇水屋顶建筑顶部汇水
(2)地面、道路、绿化
地面、道路、绿化地面、道路、绿化
(3)公共场合及运动场
公共场合及运动场公共场合及运动场
3系统特点各不同的雨水收集流程都具有针对性,可以有效处理不同汇水面的雨水。

雨水收集回用工艺流程图
雨水收集主要包括四个主要方面:初期弃流--过滤---储存---回用。

完成了这四个阶段,就是一个雨水收集的全过程,也就是雨水收集系统。

回用工艺流程图
雨水管道---------截污管道-------雨水弃流过滤装置--------雨水自动过滤器--------雨水蓄水模块-------消毒处理---------用水点
工艺流程图说明:初期雨水经过多道预处理环节,保证了所收集雨水的水质。

采用蓄水模块进行蓄水,有效保证了蓄水水质,同时不占用空间,施工简单、方便,更加环保、安全。

通过压力控制泵和雨水控制器可以很方便地将雨水送至用水点,同时雨水控制器可以实时反应雨水蓄水池的水位状况,从而到达用水点。

城市雨水收集的方式有许多种型式,例如屋顶集水、地面径流集水、截水网等。

其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。

建筑工程中的雨水收集有三种方式:如果建筑物屋顶硬化,雨水应该集中引入绿地、透水路面,或引入储水设施蓄存;如果是地面硬化的庭院、广场、人行道等,应该首先选用透水材料铺装或建设汇流设施,将雨水引入透水区域或储水设施中;如果地面是城市主干道等基础设施,应该结合沿线绿化灌溉建设雨水利用设施。

此外,居民小区也将安装简单的雨水收集和利用设施,雨水通过这些设施收集到一起,经过简单的过滤处理,就可以作为非饮用水使用,这样不但节约了大量自来水,还可以为居民节省大量水费。

2、雨水的处理
雨水收集后的处理过程,与一般的水处理过程相似,唯一不同的是雨水的水质明显的比一般回收水的水质好,依据试验研究显示,雨水除了pH值较低(平均约在5.6左右)以外,初期降雨所带入的收集面污染物或泥砂,是最大的问题所在。

而一般的污染物(如树叶等)可经由筛网筛除,泥砂则可经由沉淀及过滤的处理过程加以去除。

这些设备的组合与处理容量需在经济与集水区条件考量下来调整其大小。

处理方法与装置则主要取决于:①集水方式;②雨水取用目的与处理水质的目标;③收集面积与雨水流量;④建设计划与相关的条件;⑤经济能力与管理维护条件。

屋顶集水一般以下述程序来处理所收集的雨水:
集水→筛选→沉淀→砂滤→停留槽→消毒(视情况而定)→处理水槽(供水槽)
雨水的处理设备包括有筛网槽以及两个沉淀槽。

沉淀槽下方则设有清洗排泥管,用来方便槽底淤泥的清洗排除,维持沉淀槽的循环使用。

3、雨水的供应
雨水的使用,在未经过妥善处理前(如消毒等),一般建议用于替代不与人体接触的用水(如卫生用水、浇灌花木等)为主。

也可将所收集下来的雨水,经处理与储存的过程后,用水泵将雨水提升至顶楼的水塔,供厕所的冲洗使用。

雨水还可用于空调冷却水、消防用水、洗车用水、花草浇灌、景观用水、道路清洗等方面,此外,也可以经处理消毒后供居民饮用。

四、雨水利用的发展前景
城市雨水不仅具有环境生态效益和社会效益,雨水利用工程还带来直接或间接经济效益:
一是节省巨额市政投资。

小区雨水利用工程将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。

二是节省市政和居民用水开支。

假如使用1m3的自来水费用(含污水处理费)为3.00元,而从运行管理和小区用水费用支出分析,投入收集1m3雨水的年运行费用不足0.10元,这样可以大大减少居民用水开支。

三是有良好的产业前景,能形成新的经济增长点,雨水利用的市场前景巨大。

未来若干年内,雨水与中水利用设备产业可以吸引大量的民间资本进入,形成一个吸引民间资本的新产业。

这项产业在减少政府财政支出、促进经济增长、吸纳就业、促进小城镇建设等方面都会发挥出积极作用。

五、结束语
雨水利用是一项复杂的系统工程,涉及许多部门。

雨水利用要从开发资源、生态补偿与城市可持续发展的高度加以重视,给予政策法规的支持。

同时要借鉴一些发达国家雨水利用的成功范例,吸收他们的经验。

城市雨水利用不仅可以解决北方城市的水资源短缺问题,也为城市的长期可持续发展提供了一个有效途径。

参考资料:
1、丁跃元;《德国的雨水利用技术》;北京市水利科学研究所
2、汪慧贞,车武,胡家骏;《浅议城市雨水渗透》;给水排水;2001年
3、那燕;《城市雨水资源利用途经的探讨》;辽宁师专学报(自然科学版);2001年
4、车伍等;《城市雨水利用技术与管理》;(中国建筑工业出版社ISBN:7112082765);2006年。