城市智能雨水采集利用系統(tǒng)

許艷 張蒲甜 潘子琦 高攀

【關(guān)鍵詞】智能;城市雨水采集利用;避免浪費(fèi);水資源

【中圖分類號】TU991.114 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）05-0069-03

1 智能雨水采集利用系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)及重要性

1.1 在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活上水資源領(lǐng)域的重要性

（1）農(nóng)業(yè)發(fā)展中水的重要性。水是生命之源，對于農(nóng)產(chǎn)品灌溉來說，水資源非常重要。水源充足對農(nóng)作物養(yǎng)分的補(bǔ)給有著至關(guān)重要的作用，田地里的農(nóng)作物通過水汲取養(yǎng)分，從而更好地在白天進(jìn)行光合作用，確保農(nóng)作物產(chǎn)品的品質(zhì)。因此，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，水資源是非常重要的[1]。

（2）工業(yè)發(fā)展中水的重要性。在國內(nèi)外的工業(yè)化進(jìn)程中，沒有一項工業(yè)是與水資源無關(guān)的，大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程都離不開水資源的利用，例如鋼鐵廠的冶煉等。

（3）防治不可見的污染。水污染包括地表水污染和地下水污染，具體體現(xiàn)為地面積水污染和地底下水污染。在工廠的污水排放過程中會對水資源產(chǎn)生污染，而且生活中的垃圾污染及汽車尾氣排放等情況都是不可避免的[2]，這會對水資源有很大的危害，如果對這部分水資源的處理不達(dá)標(biāo)，人飲用后會對身體造成危害，甚至引發(fā)疾病。

1.2 智能雨水采集利用系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

對傳統(tǒng)雨水采集利用系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，可在一定程度上減少成本和雨水采集利用系統(tǒng)的占地面積。在初始收集階段，雨水經(jīng)過水池的初次過濾，在經(jīng)過存水池后，技術(shù)人員會對水池中的水質(zhì)進(jìn)行檢測，確保水質(zhì)達(dá)到后續(xù)的利用標(biāo)準(zhǔn)。此項檢測采用物理方法，不僅不會引入新的污染源，還能節(jié)省資金。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計與要求

2.1 設(shè)計原理

本次的雨水收集利用系統(tǒng)是通過一系列措施實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)、節(jié)能利用，具體細(xì)分為通過屋頂形成排水管道或路面雨水徑流進(jìn)行雨水采集，從輸水過程到儲蓄，通過清潔再循環(huán)使用，這一過程不僅能夠充分利用城市的雨水資源，減輕城市的內(nèi)澇災(zāi)害和地區(qū)供水不足的問題，而且有利于保持地下水的潔凈程度，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)利用，最終達(dá)到循環(huán)利用水資源和促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展的目的。

2.2 方案設(shè)計

本系統(tǒng)的雨水處理和利用方法如下圖1所示。從圖1可以看出，本系統(tǒng)將雨水分為路面徑流和屋頂徑流。其中，屋頂徑流在經(jīng)過降水沉積過后，部分水資源流入窯井當(dāng)中進(jìn)行初期沉淀，使部分污染物棄流，再通過生態(tài)濾溝、生態(tài)滲濾管進(jìn)行進(jìn)一步處理，最終流至雨水調(diào)蓄井內(nèi)儲存。后期雨水可再次產(chǎn)生下滲，對綠地進(jìn)行養(yǎng)護(hù)或其他方式的綠色循環(huán)利用。

2.3 方案要求

收集雨水除了需要一套生態(tài)濾溝初步進(jìn)行過濾沉淀，還需要初沉井暫時儲存過濾后的水資源，以及雨水調(diào)蓄井調(diào)節(jié)分離達(dá)到后期使用的效果。雨水的收集系統(tǒng)并不復(fù)雜，投入使用后，占地面積最大的是蓄水池，其次是輸水管及凈化池等相關(guān)設(shè)備[3]。

2.4 雨水去污處理

（1）雨水循環(huán)利用前提。雨水在降落時，受空氣質(zhì)量的影響很容易帶有各種各樣的雜質(zhì)和浮塵，這些是導(dǎo)致水質(zhì)量出現(xiàn)問題的根源，想要減少地表徑流中的污染物及地表沉積物必須進(jìn)行水質(zhì)的改善。采集處理的水資源雖然不能達(dá)到直接飲用的標(biāo)準(zhǔn)，但可作為人們在生活方面的用水，例如處理后的水可以用于公園噴灌、家庭沖廁、洗車等。

（2）多種去污凈化方式。目前，最常用的幾種去污凈化方法如下。實(shí)用法包括過濾、沉淀和上浮。生態(tài)方法包括生態(tài)自然凈化、生物過濾法及人工濕地法?；瘜W(xué)法包括化學(xué)反應(yīng)、微生物處理及氧化還原法等。智能雨水采集利用系統(tǒng)采用的是物理生態(tài)過濾法，它可以便捷、有效地利用在生活的多個方面。

3 預(yù)測城市智能雨水采集利用系統(tǒng)使用效果

3.1 對定點(diǎn)地區(qū)鄠邑區(qū)降水量進(jìn)行分析

鄠邑區(qū)降水量分析。筆者將本次設(shè)計的雨水采集利用系統(tǒng)在西安市鄠邑區(qū)進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，測算該系統(tǒng)的使用效果。西安市鄠邑區(qū)屬于典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，夏季屬于炎熱多雨，冬季天氣寒冷干燥，春秋時會出現(xiàn)連續(xù)降雨天氣。年降水變化大，最大降水與最小降水量的最大差值可達(dá)590 mm。降水的季節(jié)也分配不均勻，82%的雨量集中在每年的5～9月，其中7～10月的雨量占全年雨量的49%，經(jīng)常有暴雨出現(xiàn)。年平均相對濕度為70%左右[4]。選取2018年西安市鄠邑區(qū)各種地面的典型徑流系數(shù)分析研究，結(jié)果見表1;選取2018年西安市鄠邑區(qū)不同密度建筑區(qū)域的綜合徑流系數(shù)分析研究，結(jié)果見表2。

假設(shè)雨水設(shè)計流量公式如下：

Qs=qΨF

上式中，Qs為雨水設(shè)計流量;q為設(shè)計暴雨強(qiáng)度;Ψ為徑流系數(shù);F為匯水面積。

初步模擬城市智能雨水循環(huán)利用系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。本文建立了雨水利用設(shè)備，雨水利用排放系統(tǒng)是一種在道路廣場利用一定尺度的超雨洪設(shè)備和城市建設(shè)用地的地面徑流的雨水排放體系。設(shè)置協(xié)調(diào)雨洪利用系統(tǒng)是為了確保雨水在排放中不造成水患，但是不能把系統(tǒng)收集到的雨水流失掉。在鄠邑區(qū)，我們通過雨水利用排放系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，收集小區(qū)、道路、綠地、公園的雨水。雨水滲透利用是采用各種雨水滲透設(shè)施，使雨水回滲地下，進(jìn)而補(bǔ)充涵養(yǎng)地下水源的一種雨水間接利用技術(shù)。通過綠地滲透、人造透水地面滲透、園林水體滲透、滲透管、滲透井等多種滲透技術(shù)，達(dá)到雨水收集再利用、緩解城市淡水供應(yīng)困難及減少城市內(nèi)澇的目的。研究表明，隨著植被覆蓋率的增加，不同時段雨水累計入滲量呈指數(shù)增加，因此城市應(yīng)加強(qiáng)植被覆蓋率，同時考慮到道路排水設(shè)計和綠地接納雨水的能力，根據(jù)具體地形和工程條件可將綠地與滲透地面、滲透管、滲透井等各種滲透設(shè)備進(jìn)行組合，形成立體的滲透系統(tǒng)，依據(jù)現(xiàn)場條件選用適合的滲透裝置，取長補(bǔ)短，達(dá)到雨水利用率最大化。雨水收集的意義在于可以減少雨水的排放量，使干旱、緊急情況（如火災(zāi)）時有水可取。此外，可以用于生活中的雜用水，節(jié)約自來水的用量，減少水處理成本。雨水的收集還可以減少城市街道雨水徑流量，減輕城市排水的壓力，同時有效避免雨污合流，減輕污水處理的壓力。

3.2 未來城市智能雨水采集利用系統(tǒng)的設(shè)想

（1）引入彈性城市理念。所謂彈性城市，是指城市能夠精確、適時地把受自然條件影響的經(jīng)濟(jì)損失和公共設(shè)施減少到最低的建設(shè)理念。

（2）城市著重減少碳排放，因此可在建設(shè)過程中引入碳排放測算機(jī)制。如果把因建設(shè)海綿城市而減少的碳排放量引入交易市場采取以物換現(xiàn)形式實(shí)現(xiàn)交換，就可以形成長久牢靠的投資回報，在一定程度上減少項目的投資，創(chuàng)新融資渠道。

（3）采用科學(xué)技術(shù)手段讓城市建設(shè)實(shí)現(xiàn)智能化。隨著科學(xué)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，我們在城市建設(shè)過程中也離不開科學(xué)技術(shù)的幫助，要將科學(xué)技術(shù)手段不斷融入我們的城市建設(shè)。

4 結(jié)語

雨水是一種極其珍貴的自然資源，我們應(yīng)全面且科學(xué)地應(yīng)用雨水資源。本文根據(jù)鄠邑區(qū)的降水及氣候條件對鄠邑區(qū)雨水處理與利用進(jìn)行論述，分析智能城市雨水采集利用系統(tǒng)的特點(diǎn)并針對未來城市的發(fā)展，提出智能雨水采集的后續(xù)建議。智能城市雨水采集利用系統(tǒng)能夠有效提升雨水的利用價值，減少目前雨水資源浪費(fèi)現(xiàn)象，同時能夠使地下水資源量逐步得到恢復(fù)，減緩城市熱島效應(yīng)，從而提升城市水資源的利用率，促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]喬光健.北方地區(qū)農(nóng)業(yè)雨水利用分析[J].水文期刊，2008（4）：29-34.

[2]顧朝林.論中國城市持續(xù)發(fā)展研究方向[J].城市規(guī)劃匯刊，1994（6）：50-76.

[3]陸浩.海綿城市雨水管理優(yōu)化與監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[D].吉林：東北電力大學(xué)，2020.

[4]李東洋.城市污水收集及處理系統(tǒng)水質(zhì)水量分布規(guī)律及數(shù)值模擬[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2019.