城市雨水利用技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

城市雨水利用技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

0城市雨水利用技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀隨著城市化的加快，城市缺水的問題更加深刻，環(huán)境與生態(tài)問題也同時發(fā)展。我國是一個非常缺水的國家,目前人均水資源的占有率僅是全球人均水資源占有率的1/4。我國有三百多個城市屬于缺水城市。由于城市化的迅速發(fā)展,道路、建筑群等不透水面積的擴大。這一方面使得雨水不能再入滲地下補充地下水,加上地下水的嚴(yán)重超采,使得城市周圍的水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境惡化;另一方面大雨時,徑流迅速匯集造成地面積水和城市局部洪災(zāi)。為了解決缺水、環(huán)境、生態(tài)等一連串的矛盾,人們開始把注意力放到雨水的收集和利用上。自上世紀(jì)70年代起,世界各國開始注重城市雨水利用技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。為充分收集利用雨水資源,實現(xiàn)雨水資源化、涵養(yǎng)地下水、降低面源污染、減輕城市洪澇和排水系統(tǒng)壓力、改善和修復(fù)城市水環(huán)境,城市建設(shè)工程項目配套建設(shè)雨水收集利用設(shè)施,雨水收集處理后主要用于綠化、道路清潔、沖廁、景觀環(huán)境用水、補充河道景觀水等。降雨后自然產(chǎn)生徑流,只要修建一些簡單的雨水收集和蓄存工程,就可將雨水資源化,用于城市清潔、綠地灌溉、維持城市水景等。目前城市雨水利用收集技術(shù)主要有三種:屋頂雨水收集、城市路面雨水利用和城市綠地、花壇和園林雨水集蓄。城市道路路面、廣場和停車場等都是良好的雨水收集方式。其中,城市道路路面雨水收集是成本低、實施便利、見效快的一種方式。作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的城市市政道路,面積一般占城市規(guī)劃面積的15%~25%,且道路兩側(cè)一般都存在有作為道路附屬設(shè)施的綠化帶,或者道路紅線兩側(cè)有規(guī)劃的城市綠帶。目前一般這些綠帶的灌溉方式均使用中水,而道路路面的雨水沿雨水口進入排水系統(tǒng),最終排入周邊水體。收集道路路面雨水,先通過道路雨水收水口進入地下盲溝網(wǎng)路,對綠帶進行灌溉可以達到雨水過濾、綠化灌溉、綠化儲水的三大功能,而當(dāng)收水口集滿雨水后會溢流至側(cè)面雨水井實現(xiàn)排水的功能。因此一個簡便有效的城市道路雨水收集與利用系統(tǒng),將能對雨水進行有效利用,特別對于缺水的地區(qū),不僅效益是十分明顯的,而且對治理和保護環(huán)境、降低面源污染、減輕城市洪澇和排水系統(tǒng)壓力均具有重要的意義。1城市雨水利用的發(fā)展概況現(xiàn)代城市雨水利用是一種新型的多目標(biāo)綜合性技術(shù),其技術(shù)應(yīng)用有著廣泛而深遠(yuǎn)的意義。此項課題為城市道路雨水利用,作為城市雨水收集利用的一個分支,對雨水的回收利用起著十分重要的作用?？蓪崿F(xiàn)節(jié)水、水資源涵養(yǎng)與保護、控制城市水土流失和水澇、減輕城市排水和處理系統(tǒng)的負(fù)荷、減少水污染和改善城市生態(tài)環(huán)境等目標(biāo)。城市雨水利用是解決城市水資源短缺、減少城市洪災(zāi)和改善城市環(huán)境的有效途徑。將雨水利用與雨水徑流污染控制、城市防洪、生態(tài)環(huán)境的改善相結(jié)合,堅持技術(shù)和非技術(shù)措施并重,有利于城市的可持續(xù)發(fā)展。上世紀(jì)80年代開始,世界各國就開始探索雨水資源化。德國是歐洲開展此項工程最好的國家之一。目前德國的雨水利用技術(shù)已經(jīng)進入標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化階段,市場上已經(jīng)大量存在收集、過濾、儲存、滲透雨水的產(chǎn)品。德國的城市雨水利用方式主要有三種:一是屋面雨水積蓄系統(tǒng)。二是雨水截污與滲透系統(tǒng)。道路雨水通過下水道排入大型蓄水池或通過滲透補充地下水。三是生態(tài)小區(qū)雨水利用系統(tǒng),即通過滲透淺溝,供雨水徑流流過時下滲。日本利用雨水貯留滲透的場所一般為公園、停車場、建筑物、道路等。采用的滲透設(shè)施有滲透池、滲透管、滲透井等。我國城市雨水利用起步較晚,目前主要在一些缺水地區(qū)有一些小型、局部的非標(biāo)準(zhǔn)性應(yīng)用。大中城市的雨水利用基本處于探索與研究階段,但已經(jīng)顯現(xiàn)出良好發(fā)展趨勢。北京、上海、大連、哈爾濱、西安、昆明等許多城市相繼開展研究。與農(nóng)村雨水的收集與利用工程不同,城市雨水的利用不是狹義的利用雨水資源和節(jié)約用水,它還包括減緩城區(qū)雨水洪澇和地下水位的下降、控制雨水徑流污染、改善城市生態(tài)環(huán)境等廣泛意義。因此,城市雨水利用是一種多目標(biāo)的綜合性技術(shù)。目前應(yīng)用的技術(shù)可分為以下幾大類:分散住宅的雨水收集利用中水系統(tǒng);建筑群或小區(qū)集中式雨水收集利用中水系統(tǒng);分散式雨水滲透系統(tǒng);集中式雨水滲透系統(tǒng);屋頂花園雨水利用系統(tǒng);生態(tài)小區(qū)雨水綜合利用系統(tǒng)等。2雨水井與盲溝的連接由于城市道路路面雨水的收集與利用,存在便利高效等優(yōu)點,在一些類似項目里已經(jīng)逐漸開始采用。但在目前的實施過程中,發(fā)現(xiàn)諸多不足。圖1為某城市中采用的地表盲溝雨水系統(tǒng)。圖2為在立緣石外側(cè)設(shè)置30cm的碎石盲溝,盲溝沿道路平行設(shè)置,盲溝和綠化帶之間用立緣石阻隔。雨水井與盲溝連接,雨水通過立緣石中間的孔洞平行進入到碎石盲溝中。上述的系統(tǒng),目的也是利用盲溝將雨水進行綠化灌溉,多余的雨水通過雨水井進入到排水系統(tǒng)。但通過工程實施及運營的效果,存在以下幾個不足:(1)地表盲溝裸露在地面,景觀效果非常差,而且占用了有限的綠化帶,影響到了綠化景觀;(2)盲溝裸露在地表,且沒有土工織物進行過濾,臟物會在盲溝中羈留,影響盲溝的灌溉效果,而盲溝和雨水井之間也會因為污泥等臟物而擁堵;(3)全線街沿石打孔,施工難度大,對目前市面上常見的立緣石改觀較大,難以批量生產(chǎn)。而且就性能而言,容易導(dǎo)致排水孔淤積,排水不暢;(4)由于盲溝完全按照道路縱坡布置,因此在縱坡大的路段,會造成縱向匯水大于橫向,導(dǎo)致匯水集中于部分路段,而水平向的盲溝難以充分集水,最終導(dǎo)致灌溉不均勻。為解決以上的不足,提出了本文中的城市道路路面雨水收集與利用系統(tǒng)。3雨水收集來自道路交叉口3.1水資源短缺,總體水分嚴(yán)重我國有多個水資源嚴(yán)重短缺的城市,將雨水收集起來再利用是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟,治理和保護河湖,實現(xiàn)水資源持續(xù)利用的一項重要措施。隨著城市建設(shè)的發(fā)展和城市規(guī)模的擴大,大量的硬化地面減弱了雨水的滲透,雨季降雨量大時容易形成洪峰,導(dǎo)致城市部分區(qū)域淹水,同時城市綠化面積的增加也使水資源短缺形勢嚴(yán)竣。按照目前市價,城市綠化用水的價格是每噸約3.8元,而雨水收集處理設(shè)施僅只是建設(shè)工程和設(shè)施的投入,雨水收集后經(jīng)過簡單的過濾處理就可直接用于綠化、道路清潔、沖廁、景觀環(huán)境用水和回灌地下水、補充河道景觀水等,每噸至少可節(jié)約3元左右,不僅效益是十分明顯的,而且對治理和保護河湖、降低面源污染、減輕城市洪澇和排水系統(tǒng)壓力均具有重要的意義。3.2雨水子、路緣石、雨水井本文中所提出的系統(tǒng),除盲溝與收水口以外,還包括雨水箅子、路緣石、雨水井。均不需要另外特殊設(shè)計,只需要在標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計基礎(chǔ)之上加以巧妙的組合后就可達到以上的功能。因而功能完善,施工便利,造價合理。3.3項目描述3.3.1雨水高效利用技術(shù)雨水通過道路橫波匯流至雨水箅子,流入收水口后過濾進入地下盲溝網(wǎng)路,盲溝對綠化土壤實現(xiàn)滲流灌溉,盲溝網(wǎng)路儲水能力飽和后,多余雨水從溢水口溢流至道路雨水管網(wǎng)排放,從而達到雨水與綠化用水之間的轉(zhuǎn)化利用,形成雨水資源化利用的生態(tài)道路,以達到道路綠化面積最大化、呼吸面積最大化、雨水最大限度截留的目的。3.3.2排水子及灌溉儲水系統(tǒng)構(gòu)成該系統(tǒng)主要由兩個部分組成:集水系統(tǒng),以及轉(zhuǎn)輸、灌溉、儲水系統(tǒng)。其中集水系統(tǒng)主要由落水篦子和集水井構(gòu)成,灌溉儲水系統(tǒng)由盲溝網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。落水篦子沿道路平緣石,每隔25~35m左右設(shè)置一個。落水篦子與形成棋盤狀的碎石盲溝網(wǎng)絡(luò)橫向連接。雨水通過落水篦子進行盲溝系統(tǒng)。而在落水篦子下游,立緣石內(nèi)側(cè),設(shè)置雨水井,兩者之間通過溢水口相連接,見圖4~圖6所示。3.3.3詳細(xì)設(shè)計3.3.3.地面地面路緣石該系統(tǒng)中的路緣石與落水篦子外觀與普通雨水篦子無異。落水篦子處的平緣石可活動,以方便清理收水口里日久累計的從機動車道上隨雨水流入的泥土及垃圾。路緣石也使用普通路緣石,無需特制,經(jīng)濟且外形較為美觀。機動車道雨水可隨道路橫坡較為順暢地通過雨水口進入碎石盲溝網(wǎng)路,車道不易積水,見圖7所示。3.3.3.雨水凈化系統(tǒng)城市道路路面上存在諸多臟物,主要有:瀝青混凝土路面上的石油殘留物、機動車輪胎橡膠粉末,以及灰塵、雜質(zhì)及汽油、柴油、機油殘留物等。該系統(tǒng)中考慮了把這些臟物進行過濾。雨水篦子連接集水井,集水井上方設(shè)過濾網(wǎng)。雨水經(jīng)過過濾網(wǎng)過濾臟物后,通過集水井盲溝進入轉(zhuǎn)輸、灌溉及儲水系統(tǒng)。過濾網(wǎng)可更換,集水井可清洗,以保持進入灌溉系統(tǒng)的雨水干凈,見圖8所示。3.3.3.市政雨水系統(tǒng)機動車道雨水收集匯流至收水口后滲入盲溝網(wǎng)絡(luò),盲溝網(wǎng)絡(luò)含水飽和后,收水口內(nèi)水位逐漸上升,當(dāng)水位高于溢水口高度后流入雨水井排入市政雨水管道。該系統(tǒng)中的雨水井與常規(guī)的雨水井無異。但在集水井與雨水井之間設(shè)置溢流檻。溢流檻為倒三角形,當(dāng)雨量過大、水位過高時,通過溢流檻進入雨水井及排水管道,而倒三角形溢流檻的設(shè)置,可以將贓物留在集水井中,不進入雨水井,見圖9所示。3.3.3.盲溝透管排水系統(tǒng)一個雨水收集系統(tǒng)包含一套完全水平的地下盲溝網(wǎng)絡(luò),各個盲溝網(wǎng)絡(luò)相互獨立,分別接一個收水口和一個雨水井(見圖10)。水平的盲溝網(wǎng)絡(luò)可以保證水通過盲溝內(nèi)的透水管自由流動,從而均勻地灌溉盲溝所覆蓋的綠化土壤。該盲溝由碎石組成,內(nèi)含能透水的軟管,能夠保證雨水在盲溝系統(tǒng)中的快速轉(zhuǎn)輸(見圖11)。碎石盲溝外側(cè)包裹土工布。在盲溝與路面結(jié)構(gòu)之間采用C15混凝土隔水墻,防止雨水反滲進入機動車道路面結(jié)構(gòu)。盲溝采用分段設(shè)置,每段盲溝為獨立水平盲溝網(wǎng)絡(luò),確保每個獨立網(wǎng)絡(luò)處于同一標(biāo)高,避免因為水往低處流導(dǎo)致灌溉不均勻。4積極探索區(qū)呈七路建設(shè)該城市道路路面雨水收集與利用系統(tǒng)由于設(shè)計簡單,生產(chǎn)便利,效果顯著,已經(jīng)在昆明市呈七公路改擴建工程中得到應(yīng)用。呈七路是呈貢綠色產(chǎn)業(yè)基地中的主要道路,是呈貢新城其他片區(qū)進出呈貢綠色產(chǎn)業(yè)基地的必經(jīng)之路(見圖12)。呈七路定位為城市Ⅱ級主干路,設(shè)計車速50km/h,紅線寬度60m,雙向6車道外加非機動車道與人行道,全長約8.6km。呈七公路改擴建工程的重要性不僅體現(xiàn)在作為一條必不可少的城市主干路所具有的交通功能。呈七路橫斷面總寬度60m。其中中央分隔綠化帶寬12m,兩側(cè)機非分隔綠化帶各寬5.25m,兩側(cè)人行道綠化帶各寬2.5m。即便不計道路兩側(cè)植草護坡,紅線范圍內(nèi)的道路綠化覆蓋率也接近50%。5道路雨水收集與利用系統(tǒng)設(shè)計該系統(tǒng)設(shè)計的目的主要是通過對道路橫斷面的布置的調(diào)整,增設(shè)雨水收集設(shè)施,將道路路面的雨水先通過道路雨水收水口進入地下盲溝網(wǎng)絡(luò),達到雨水過濾、綠化灌溉、綠化儲水的三大功能。收水口集滿雨水后會溢流至側(cè)面雨水井實現(xiàn)排水的功能。為充分收集利用雨水資源,實現(xiàn)雨水資源化、涵養(yǎng)地下水、降低面源污染、減輕城市洪澇和排水系統(tǒng)壓力、改善和修復(fù)城市水環(huán)境,城市道路建設(shè)工程項目有必要配套建設(shè)雨水收集利用設(shè)施。雨水收集處理后主要用于綠化、道路清潔、沖廁、景觀環(huán)境用水、補充河道景觀水等。該城市道路路面雨水收集與利用系統(tǒng)具有極大的應(yīng)用價值。(1)高效利用雨水。通過對對道路橫斷面的布置的調(diào)整,增設(shè)雨水收集設(shè)施,將道路路面的雨水先通過道路雨水收水口進入地下盲溝網(wǎng)絡(luò),達到雨水過濾、綠