城市雨水收集利用系统的设计方法

Posted 2023-01-12 雨水

篇首语：韬略终须建新国，奋发还得读良书。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了城市雨水收集利用系统的设计方法相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

参考国内外雨水收集利用的现状，对道路雨水的收集与利用进行了研究，针对南京鼓楼地区提出了一种新的雨水收集系统。系统由雨水口、果壳过滤器、渗滤井和后期雨水管组成，对道路径流中的初期雨水量进行分析计算，确定了渗透池的容积，并通过室内渗透实验，检测初期雨水样品和处理后样品水质，验证了设计的可行性。
城市雨水利用是国内外研究的热点之一，对于消减城市洪峰、保证城区清洁、绿地灌溉、水景观用水，改善城市环境等具有重要意义，特别是随着城镇化进程的加快，城市雨水收集利用更加值得重视。道路是城市汇水面的重要组成部分，道路径流是城市受纳水体非点源污染的主要污染源之一。道路径流中的初期雨水处理是影响道路雨水利用的关键因素。研究表明，道路雨水径流中的污染物主要有COD、SS、重金属及石油类物质等，初期雨水污染物浓度较高，是制约雨水利用的关键。目前我国城市排水系统主要采用合流制排，即雨水直接进入城市排污网管系统，或者雨污混流直接排入河道，这不仅加大了污水处理难度，造成城市水体污染，更浪费了部分清洁雨水资源。为减缓污水处理厂压力，削减城市道路积水问题，充分利用宝贵的雨水资源，提出一种新型的道路雨水收集利用系统。
1.系统介绍
国外较合理的初期雨水处理方式是通过下凹绿地的净化作用，将雨水入渗地下，通过土地系统净化处理，或者初期雨水进污水处理管道，后期直排河道。而国内的处理方式多采用初期雨水收集后弃流。结合国内外初期雨水处理的方式，基于源头减量、就地处理的原则，提出了道路雨水收集利用系统。
1.1雨水口
道路径流经过雨水篦子的过滤，将垃圾树叶拦截。在雨水口底部设有沉淀池，用于沉降道路雨水的大颗粒杂质，防止过滤器堵塞。雨水口下部安装果壳过滤器，花生壳滤料粒径4～6mm。道路径流在过滤器中经过第一次过滤后流入渗透池。为解决果壳过滤器的使用期限不长的问题，过滤器设计成抽屉式方便更换安装。
1.2渗滤井
渗滤井由现有的渗透池(井)改进，渗透池体积按初期雨水量设计，形状设计为长扁形，有助于入渗补给地下水，减小在人行道上的开挖施工量和对地下各种管线的不良影响。渗滤井通过果壳过滤器与雨水口相连，果壳过滤器出水口处布设有纵向带孔管道，增加前期的布水能力，提高渗滤井的运作效率。渗滤井顶部通有检查井，以防渗滤井堵塞破坏。渗滤井底部呈凹形，方便沉淀物的集中处理。
1.3后期雨水收集
降雨量较大时，初期雨水达到设计的收集量，后期雨水在雨水口中高位溢流，由雨水口附近的雨水管统一收集至道路一端的蓄水池，以备更好的利用。
2.初期雨水渗透量计算及渗透池容积的确定
采用极限强度法计算初期雨水渗透量。设计流量计算参数：南京地区3年重现期降雨i=1.91mm/min，场地面积30m×9m，集流时间tb=5min，初期雨水h=5mm，初期雨水厚度h降落时间k=h/i=2.62min，全部汇水面积上产生的汇流Qs=ψFi=0.9×30×9×1.74=464.13L/min。
根据开始降雨到最大面积上产生汇流的时间和退水时间相等的条件，汇流区内初期雨水全部被收集到收集点的时间T=k+tb=2.62+5=7.62min。
tb>k，得到雨水汇流过程线，如图1所示。

线0-a-b-c表示雨水汇流过程，线0-a-e-T表示初期雨水汇流过程。在k时间内达到汇流点的径流量为a点对应的流量Qa，设降雨强度i条件下，有渗透池存贮τ(min)雨水，0<τ<T，有W=W1+W2，式中：W—收集到的雨水总量；W1—初期雨水量；W2—洁净雨水量。设初期雨水总量，Wc=(T-k)×Qa，由三角形0-b-tb可知，Qa=243.20L/min，Wc=(7.62-2.62)×243.20=1216L

3.设计过程研究
3.1渗透性分析
南京鼓楼地区的土壤类型为黄石土、马干土、青泥条、红紫土。土壤稳定入渗率的分布范围非常广(1～679mm/h)，其中中等速度以上占主要部分(稳定入渗率≥20mm/h)，能满足渗透池排空期要求。
3.2初期雨水就地处理分析
3.2.1实验目的
模拟初期雨水通过果壳滤料和砂土滤料过滤实验，检测过滤水样水质，探究初期雨水处理效果。
3.2.2实验设备和材料
有机玻璃柱(高度70cm，内径10cm)1个，供水箱1个，烧杯3个，片层状花生壳(粒径5～6mm，用水浸泡24h，去除粉尘类细小颗粒物和可溶性物质，晾干备用)，石英砂(粒径1～6mm)，初期雨水水样(收集当天降雨前5min的雨水)。
3.2.3实验方法和步骤
(1)在有机玻璃柱中填充15cm高度的花生果壳滤料。
(2)用一只烧杯装初期雨水并标记1号，将初期雨水水样倒入供水箱中，供水箱出水管与有机玻璃柱连接，打开止水夹，将水注入玻璃柱中，稳定入渗后，取两只烧杯收集过滤后的水样，标记2号、3号。
(3)倒出玻璃柱中滤料，清洗玻璃柱后，填充50cm高度的砂土滤料。
(4)将3号水样倒入供水箱，打开止水夹，将3号水样注入玻璃柱，稳定入渗后，用烧杯收集。
(5)对3种水样水质进行常规检测。
3.2.4实验成果的分析处理
表1为3种水样的水质检测。1号为初期雨水水样，2号为果壳过滤后水样，3号为果壳过滤和砂土过滤后水样，单位mg/L。

4.系统收集雨水资源的利用与效果
4.1可提高水资源的利用效率
城市雨水作为一种宝贵的水资源，对其收集和利用一直被人们忽视，这是很可惜的事情。利用该系统收集的雨水资源，可以应用于很多方面，比如城市的绿化用水、景观用水、消防用水、生态用水等，可大大节约优质水的用量，从而提高水资源的利用效率，缓解供用水矛盾。
4.2避免或防止城市洪涝的发生
近年来我国城市防洪问题十分突出，各大城市纷纷出现“城中看海"的尴尬景象。一方面是因为城市化的快速发展改变了下垫面条件，加大了降雨产生的径流量；另一方面是近几年极端天气频发，容易形成局地的强降雨。该系统增加了雨水的排泄途径，增大了储水空间，这样就可以对降雨带来的城市洪水进行分流，削减雨水在排水管网的洪峰，减缓了峰现时间，从而在一定程度上避免或缓解城市洪涝的发生。
4.3节省城市排水设施的运行费用
该系统的建成可以减少雨水向市政管网的排放、减轻市政管网的压力，同时减少管理运行费用。
5.结论
针对南京鼓楼地区提出了一种新型道路雨水收集、处理和利用系统，并给出了渗漏池容积的确定方法和系统布置原则，通过室内试验验证了系统的合理性和设计方法的可行性。同时，对收集后的雨洪资源提出了几种利用途径。(专栏编辑：顾梅)