城市雨水收集存在的問題
結(jié)合某市雨水收集工程案例方案設(shè)計(jì)，對(duì)城市雨水收集和利用技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，目前城市雨水收集和利用設(shè)計(jì)中存在的問題，并提出相關(guān)建議。
一、國外城市雨水收集和利用狀況
由于全球范圍內(nèi)水資源緊缺和暴雨洪水災(zāi)害的頻繁發(fā)生，從20世紀(jì)80年代開始，世界各國就開始探索雨水資源化利用。目前世界上很多國家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了雨水的利用價(jià)值，采用各種技術(shù)、設(shè)備和措施對(duì)雨水進(jìn)行收集、利用、控制和管理。其中美國、德國、丹麥及日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、城市化進(jìn)程發(fā)展較早的國家，城市雨水利用發(fā)展較快。
綜合國外城市開展雨水收集利用較早國家的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，主要有以下幾個(gè)方面：
(1)技術(shù)方面。國外城市雨水利用的方式主要有3中：
1、屋面雨水集蓄系統(tǒng)。收集下來的雨水主要用于家庭、公共場所和企業(yè)的非飲用水。
2、雨水截污與滲透系統(tǒng)，道路雨水通過下水道排入沿途大型蓄水池或通過滲透補(bǔ)充地下水
3、生態(tài)小區(qū)雨水利用系統(tǒng)，小區(qū)沿著排水道建有滲透淺溝，表面植有草皮，供雨水流過時(shí)下滲，超過滲透能力的雨水則進(jìn)入雨水池或人工濕地，作為水景或繼續(xù)下滲。
(2)政策方面。許多國家和地區(qū)已經(jīng)出臺(tái)了相應(yīng)的技術(shù)手冊(cè)、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，另外還制定了一系列有關(guān)雨水利用的法律法規(guī)，對(duì)雨水利用給予支持。如德國聯(lián)邦水法、建設(shè)法規(guī)和地區(qū)法規(guī)均以法律條文規(guī)定的形式，要求加強(qiáng)對(duì)自然環(huán)境的保護(hù)和水的可持續(xù)利用，如規(guī)定新建項(xiàng)目的業(yè)主必須對(duì)雨水進(jìn)行處置和利用。同時(shí)，通過經(jīng)濟(jì)手段控制雨水排放量，如向業(yè)主征收不透水地面面積的雨水費(fèi)用等。
(3)設(shè)備方面。專門生產(chǎn)雨水利用設(shè)備的廠家和公司也逐漸增多，德國GEP公司生產(chǎn)的雨水過濾器、屋頂雨水利用控制設(shè)備、雨水儲(chǔ)存罐等產(chǎn)品暢銷整個(gè)歐洲市場，德國UFT公司的流量控制和監(jiān)控設(shè)備已經(jīng)開始在全球20多個(gè)國家和地區(qū)銷售和適應(yīng)，荷蘭WAVIN公司的孔隙雨水蓄水池填充料、整體式雨水檢查井、雨水口等雨水利用設(shè)備已經(jīng)在全球30多個(gè)國家使用。
綜上所述，發(fā)達(dá)國家城市雨水利用的主要經(jīng)驗(yàn)是：建立完善的屋頂蓄水和由入滲池、井、草地、透水地面組成的地表回灌系統(tǒng)，制定了一系列有關(guān)雨水利用的法律法規(guī)，收集的雨水主要用于沖廁所、洗車、澆庭院、洗衣服和回灌地下水，都取得了良好的效果。因此，發(fā)達(dá)國家在城市雨水資源化和雨水的收集利用的經(jīng)驗(yàn)和方法，對(duì)解決我國城市雨水收集和利用的研究發(fā)展具有借鑒意義。
國內(nèi)城市雨水收集和利用狀況
我國城市雨水利用具有悠久的歷史，早在秦漢時(shí)期就有修建池塘攔蓄雨水用于生活的記錄，西北地區(qū)水窖的修筑也已有幾百年的歷史。但真正意義上城市雨水利用的研究與應(yīng)用卻從20世紀(jì)80年代開始，并于90年代發(fā)展起來?？偟膩碚f技術(shù)還較落后，缺乏系統(tǒng)性，更缺少法律、法規(guī)保障體系。
20世紀(jì)90年代以后，我國特大城市一些建筑物已建有雨水收集系統(tǒng)，但是沒有處理和回用系統(tǒng)。在技術(shù)和資金缺乏的情況下，收集后的雨水未經(jīng)任何處理直接排入水體，對(duì)城市水體水質(zhì)造成了很大的影響。
隨著我國城市和工業(yè)的發(fā)展，水源危機(jī)和雨洪危害日益嚴(yán)重。雨水作為重要的水資源加以收集利用，實(shí)行綜合治理已成為重要的新興課題。在城市總體規(guī)劃上，過去普遍采用的合理制排水系統(tǒng)大多數(shù)已被改制，改為分流制或截流制排水系統(tǒng)。但是，對(duì)于初期雨水未進(jìn)行截流處理，多與中后期雨水一樣排入水體。
雨水收集利用的新技術(shù)和新設(shè)備也不斷涌現(xiàn)，對(duì)于大型公用建筑、居住區(qū)、建筑群等屋面及地面雨水，經(jīng)收集和一定處理后，除用于土地入滲補(bǔ)充地下水，還可用于景觀環(huán)境、綠化、洗車場用水、道路沖洗、冷卻水補(bǔ)充、沖廁及一些其他生活用水用途。通過因地制宜的規(guī)劃設(shè)計(jì)結(jié)合雨水收集，利用設(shè)備的實(shí)施，減少用于以上用途的自來水用量，既可以節(jié)約水資源，又可以節(jié)約大量自來水費(fèi)和排污費(fèi)。另外還有小型雨水利用設(shè)備如一體化HDPE雨水貯存利用設(shè)備，是以HDPE密封式貯罐為基體，在罐內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的機(jī)電設(shè)備。罐體可以安放在地面上或者埋入地下，自屋面或者其他集流場所收集的雨水在罐內(nèi)做簡單處理，貯水可以通過自動(dòng)化設(shè)備提供給沖廁、澆灌綠地、洗車、水景等用途。
城市雨水收集和利用技術(shù)
穿越中瑞生態(tài)示范城，是一條東西貫穿的交通轉(zhuǎn)換型城市次干道。本次工程 主要對(duì)生態(tài)城范圍內(nèi)尚賢河以東，南湖大道以西路段間的路面雨水進(jìn)行回收利用。該段道路總長1130m。
加強(qiáng)對(duì)該路段的雨水收集和利用，可以減少城市道路雨水的徑流量，減輕城市排水的壓力，同時(shí)回用于景觀、綠化、道路沖洗等市政雜用水，一方面實(shí)現(xiàn)了雨水的資源化利用，又能夠有效地控制雨水的徑流污染，減輕城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生，達(dá)到改善城市生態(tài)環(huán)境的目的。
雨水收集和利用技術(shù)方案
城市雨水的收集和利用技術(shù)是雨水收集、棄流、截污、傳輸、儲(chǔ)存和處理等技術(shù)的綜合。
雨水收集技術(shù)
常見的雨水匯流面有屋面、路面、地面、綠地等。收集的雨水除受降水量控制外，匯流面大小和匯流效率是決定因素。雨水收集技術(shù)就是控制源頭水質(zhì)，提高匯流效率的技術(shù)。雨水收集再利用工程屬于路面雨水收集，城市道路路面屬于不透水面積，收集效率較高，但由于城市道路初期雨水污染嚴(yán)重，一般對(duì)道路前期雨水經(jīng)過棄流后可以收集回用，綠地雨水徑流量小，以滲透為主。
本工程中道路路面的徑流雨水收集分2種方式進(jìn)行：
1、利用普通雨水口和雨水鏈接管進(jìn)行路面雨水收集進(jìn)入雨水檢查井，進(jìn)入后續(xù)再利用工藝。
2、利用特制的具有截污作用的雨水模塊或雨水口實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水收集的前處理，但此方式需要對(duì)雨水口截污裝置進(jìn)行定期地清洗或清通。
對(duì)于道路紅線外的綠地設(shè)置滲透性雨水口，實(shí)現(xiàn)綠地雨水對(duì)雨水的涵養(yǎng)和蓄積作用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)雨水對(duì)綠地的滲透澆灌。
雨水棄流及截污技術(shù)
雨水徑流污染屬于非電源污染，具有突發(fā)性和非連續(xù)性。雨水污染的特點(diǎn)是：初期雨水中的污染物含量高，隨著徑流的持續(xù)，雨水徑流的表面被不斷沖洗，污染物含量逐漸減小到相對(duì)穩(wěn)定的濃度。
隨著城市大氣污染及地面污染的嚴(yán)重，雨水徑流污染愈加嚴(yán)重，尤其是污染物較多的初期雨水。其中SS.BOD和COD指標(biāo)均超過《污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)》及《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中相關(guān)指標(biāo)要求。可見，初期雨水?dāng)y帶的污染負(fù)荷相當(dāng)高且難于控制，已經(jīng)嚴(yán)重超出直接排放水體的標(biāo)準(zhǔn)。因此，在雨水收集利用的過程中，降雨初期雨水需要舍棄，常見的是就近排入市政污水管或土壤下滲處理，這種棄流技術(shù)需要由裝置通過手動(dòng)或自動(dòng)控制來實(shí)現(xiàn)。國外雨水利用先進(jìn)的國家已生產(chǎn)出一些定型產(chǎn)品。目前常用雨量計(jì)或降雨歷時(shí)來控制初期雨水的水質(zhì)和排棄。
雨水截污技術(shù)就是在源頭和徑流過程中，對(duì)雨水水質(zhì)進(jìn)行控制，也就是對(duì)雨水水質(zhì)的預(yù)處理。本工程路面雨水通過在雨水口設(shè)置截污掛籃對(duì)雨水進(jìn)行預(yù)處理，綠地中設(shè)置透式雨水口，實(shí)現(xiàn)雨水口截污和綠地過濾雙重截污的方式進(jìn)行。
采用間隔5~8個(gè)雨水井(也可結(jié)合實(shí)際污水井的位置調(diào)整)設(shè)置一個(gè)截污雨水井，以實(shí)現(xiàn)對(duì)初期雨水的截污和棄流。
雨水傳輸技術(shù)
雨水的傳輸主要有2種形式，即地下管道傳輸和地表明溝傳輸，可以是重力流或壓力流。地表溝傳輸，通常模擬天然水流婉蜓曲折的軌跡，或構(gòu)筑特定的造型，雨水的傳輸和貯存與城市景觀建設(shè)融為一體，有利于美化改善城市環(huán)境。本工程采用地下管道傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行，對(duì)于蓄水池中的雨水采用水泵提升、管道輸送，供澆曬綠地或河道補(bǔ)充水使用。
雨水蓄存技術(shù)
雨水蓄存技術(shù)包括蓄存容量的計(jì)算和儲(chǔ)存器的選擇、布置、以及水質(zhì)改善的技術(shù)。家庭貯存雨水可采用罐、缸、桶等，社區(qū)環(huán)境可修建蓄水池，也可利用水景和人工湖。為了防止蓄水池中的固體使水散發(fā)臭氣，可以采用增氧手段。
本工程中道路路面分為3段，路面面積分別為：11220/8500和125802m按照《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50014-2006，中相關(guān)規(guī)定計(jì)算，其中雨水量計(jì)算雨水徑流量，如下：
式中：q表示暴雨強(qiáng)度;t表示降雨歷時(shí)，其中t=t1+mt2，t1地面集水時(shí)間，取10min;m為折減系數(shù)，取2，t2 為管內(nèi)流行時(shí)間;P表示設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，取1年。
計(jì)算得到3段道路的雨水徑流為別為：375、297和405m3
采用地下水雨水蓄水池進(jìn)行水量調(diào)節(jié)，位置定位3段排水終端附近3個(gè)蓄水池的容積分別為400、300和400m3。蓄水池采用市場加工成型的產(chǎn)品化蓄水設(shè)備，也可采用磚砌或者混凝土澆筑的蓄水池。
雨水處理技術(shù)
由于雨水的水量和水質(zhì)變化較大，用途的不同所要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和水量也不同，所以雨水處理的工藝流程和規(guī)模，應(yīng)根據(jù)收集回用的方向和水質(zhì)要求以及可收集的雨水量和雨水水質(zhì)特點(diǎn)來確定處理工藝和規(guī)模。一般來說，常規(guī)的各種水處理技術(shù)及原理都可以用于雨水處理。工藝方法可采用物理法、化學(xué)法、生物法和多種工藝組合。
本工程中結(jié)合雨水回用的途徑和使用性質(zhì)，考慮增加雨水處理系統(tǒng)或采用不同的雨水處理工藝，以達(dá)到不同用途回用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
雨水收集再利用系統(tǒng)方案
綜合以上所述雨水再利用技術(shù)，設(shè)計(jì)雨水收集再利用系統(tǒng)方案，見圖1、
結(jié)合上述雨水收集再利用方案設(shè)計(jì)中遇到的問題，提出以下建議：
(1)制定相關(guān)的法規(guī)、政策、技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。由于目前我國的水價(jià)偏低，單從經(jīng)濟(jì)效益來看雨水收集再利用往往不可行，政府機(jī)構(gòu)和相關(guān)行業(yè)應(yīng)盡快出臺(tái)我國城市雨水利用的相關(guān)政策、法規(guī)、尋求并實(shí)施減少城市雨水徑流污染要求的最佳管理模式和技術(shù)措施，制定符合我國國情與當(dāng)?shù)貤l件及城鎮(zhèn)生態(tài)建設(shè)要求的遠(yuǎn)、近期規(guī)劃、使雨水利用能被廣泛推廣。
(2)因地制宜，注重地區(qū)和項(xiàng)目的特殊性?，F(xiàn)代城市雨水利用是一項(xiàng)涉及多學(xué)科的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在選擇雨水利用系統(tǒng)方案時(shí)，要特別注意地域及現(xiàn)場各種條件的差異，即使在同一個(gè)城市，由于項(xiàng)目間各種因素和條件不同，宜采用的方案也可能完全不同，切勿生搬硬套。
(3)城市雨水利用與城市環(huán)境和生態(tài)建設(shè)息息相關(guān)。城市初期雨水污染程度較高，直接排入城市周邊水體或排入市政排水管網(wǎng)會(huì)嚴(yán)重破壞水體生態(tài)環(huán)境或給城市污水處理廠帶來的負(fù)荷沖擊。
因此，從城市水處理的整體角度和環(huán)境效益的長遠(yuǎn)角度來看，在城市道路和小區(qū)等工程項(xiàng)目建設(shè)中，都應(yīng)該考慮設(shè)計(jì)相應(yīng)的雨水收集設(shè)施，同時(shí)要把初期雨水收集處理的問題考慮在內(nèi)，做出不同情況下初期雨水的不同的收集及處理方案。
(4)教育與民眾的參與，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念。城市雨水的利用與人們的生活息息相關(guān)，也必須有民眾的廣泛參與和支持才可能取得成效。因此，需要通過各種方式進(jìn)行教育，提高人們的理解和自覺的參與意識(shí)，如組織對(duì)示范工程的參觀、公益性廣告、展覽及社區(qū)活動(dòng)等。在教育和參與中轉(zhuǎn)變?nèi)藗儗?duì)傳統(tǒng)水資源認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)，逐步使公眾意識(shí)到城市雨水收集再利用人類經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的重要作用。
