一、雨水收集利用的價值和實用性
日前,水資源的缺乏己成為世界性的問題,在傳統(tǒng)的水資源開發(fā)方式己無法再增加水源時,回收利用雨水成為一種既經濟又實用的水資源開發(fā)方式。雨水利用是解決城市缺水和防洪問題的一項重要措施。雨水利用就是把從自然或人工集雨面流出的雨水進行收集、集中和儲存利用,是從水文循環(huán)中獲取水為人類所用的一種方法。雨水利用將會為解決未來水資源短缺問題做出重要貢獻。
城市雨洪利用技術是針對城市開發(fā)建設區(qū)域內的屋頂、道路、庭院、廣場、綠地等不同下墊面所產生的徑流,采取相應的措施,或收集利用,或滲入地下,以達到充分利用資源、改善生態(tài)環(huán)境、減少外排徑流量、減輕區(qū)域防洪壓力的目的,系寓資源利用于災害防范之中的系統(tǒng)工程。與缺水地區(qū)農村雨水收集利用不同,城市雨洪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,回補地下水減緩地下水位下降趨勢,控制雨水徑流污染、改善城市生態(tài)環(huán)境等廣泛的意義。因此,城市雨洪利用是一項多目標綜合性控制技術。
在炎熱的夏季,人工水景往往由于溶解氧下降、藻類大量繁殖,導致水景發(fā)黑、變臭甚至干涸,如用自來水補入水景和澆灌綠化,無疑會增加環(huán)境維護費,年水費少則幾萬元,多則10余萬元,同時也不符合國家的節(jié)能減排及綠色建筑設計要求。如按國家相關部門統(tǒng)計,目前我國由于缺水造成的國家財政收入年損失200億元計,每利用1立方米雨水,就可為國家創(chuàng)造5.48元的收益,同時省下1立方米自來水水費。與此同時,還減輕了市政管網的壓力,節(jié)省市政管線的投資。在緊急情況下,還可以用于消防用水。
二、雨水利用介紹
2.1雨水利用分類
雨水利用分為直接利用和間接利用。
雨水直接利用可將雨水收集后經混凝、沉淀、過濾、消毒等處理工藝后,用做生活雜用水如沖廁、洗車、綠化、水景補水等,或將徑流引入小區(qū)中水處理站作為中水水源之一。
雨水間接利用是指將雨水適當處理后回灌至地下水層或將徑流經土壤滲透凈化后涵養(yǎng)地下水。
2.2雨水收集利用設施
2.2.1雨水收集利用設施的組成
雨水收集利用設施的組成包括匯水面、收集系統(tǒng)、雨水棄流、雨水貯存、雨水處理、清水池、雨水供水系統(tǒng)、雨水用戶等。
2.2.2雨水收集利用條件
雨量充沛、匯水面雨水收集率高(徑流系數大)、常年降雨量大(一般適用于常年降雨量大于400mm的地區(qū))的地區(qū)。
2.2.3雨水回用用途
雨水回用應優(yōu)先作為景觀水體的補充水源,其次為綠化用水、循環(huán)冷卻水、汽車沖洗用水、路面、地面沖洗用水、沖廁用水、消防用水等,不可用于生活飲水、游泳池補水等。
2.2.4雨水收集場所
優(yōu)先收集屋面雨水,不宜收集機動車道等污染嚴重的路面上的雨水。當景觀水體以雨水為主要水源之一時,地面雨水可排入景觀水體。
2.3雨水收集系統(tǒng)
(1)屋面雨水收集系統(tǒng)的設計和計算可按雨水排除系統(tǒng)方法,但需注意以下不同點:
①屋面雨水系統(tǒng)中設有棄流設施時,棄流設施服務的各雨水斗至該設施的管道長度宜相近。
②當雨水蓄水池設在室內時,雨水收集管道上應設置能重力排放到室外的超越管,超越轉換閥門宜能實現自動控制。
(2)向室外蓄水設施輸送屋面雨水的室外輸水管道,可用檢查口替代檢查井,管道設計流量的降雨重現期可按照雨水蓄水池的設計重現期取值。
(3)向景觀水體排水的室外雨水排水系統(tǒng),管道系統(tǒng)的設計與計算可按室外排水系統(tǒng)的方法處理。
2.4初期徑流雨水棄流
2.4.1棄流設施的技術特征
(1)棄流設施的功能
棄流設施主要是把初期徑流雨水隔離出來,一般可使后期雨水的主要污染物平均濃度不超過: CODcr 70~100mg/L, SS 20~40mg/L,色度10~40度。
(2)棄流設施的類型
棄流設施分為容積式、雨量計式、流量式。
容積式棄流設施是用水箱或水池貯存棄流雨水,用水位判別并控制棄流量。容積式棄流設施可現場制作或做成品裝置,技術簡單、維護方便、便于集中設置,可設在蓄水池前端和建筑雨水管道的末端,主要應用于屋面雨水收集和地面雨水收集。
雨量計式和流量計式分別為用雨量計或流量計判別并控制棄流量,技術較復雜,一般為成品裝置,便于分散設置可以不設棄流池,可設在雨水管道上,主要應用于屋面雨水收集系統(tǒng)。
2.4.2棄流量
初期徑流棄流量應按照下墊面實測收集雨水的CODcr、SS、色度等污染物濃度確定,當無資料時,屋面棄流可采用2~3mm徑流厚度,地面棄流可采用3~5mm徑流厚度。當采用雨量計式棄流裝置時,屋面棄流降雨厚度可取4~6mm。
2.4.3棄流雨水處置
初期棄流雨水可排入綠地、排入雨水管道或排入污水管道,當排入污水管道時應采取措施確保污水不倒灌回棄流設施內。
2.5雨水處理
屋面雨水水質處理根據原水水質可選擇下列工藝流程:
(1)屋面雨水→初期徑流棄流→景觀水體;
(2)屋面雨水→初期徑流棄流→雨水蓄水池沉淀→雨水清水池→植物澆灌、地面沖洗;
(3)屋面雨水→初期徑流棄流→雨水蓄水池沉淀→過濾→消毒→雨水清水池→沖廁、車輛沖洗、娛樂性用水;
(4)當雨水用于冷卻塔補水或用戶對水質有較高要求時,需增加相應的深度處理措施。
2.6回用雨水水質標準
處理后的雨水水質根據用途確定, CODcr和SS應滿足下表要求,其余指標應符合國家現行相關標準的規(guī)定:
項目指標 |
循環(huán)冷卻系統(tǒng)補水 |
觀賞性水景 |
娛樂性水景 |
綠化 |
車輛沖洗 |
道路澆灑 |
沖廁 |
CODcr (mg/L) |
30 |
30 |
20 |
30 |
30 |
30 |
30 |
SS (mg/L) |
5 |
10 |
5 |
10 |
5 |
10 |
10 |
三、屋面雨水利用實例
3.1項目概況
以下所介紹為廈門市某民用建筑項目的雨水收集利用設計。
廈門市地處南亞熱帶季風氣候帶,屬亞熱帶海洋性氣候。降水及徑流時空變異較大,年內年際分配不均,汛期(4-10月)降水量占全年的80%,徑流占85%以上,最大年降水量是最小年的3.2倍。廈門島內年平均降雨量1349毫米,年均最大月(八月)降雨量209毫米,在多雨的華南地區(qū)屬少雨地區(qū),是淡水資源匱乏的福建海島之一。3-9月為春夏多雨濕潤季節(jié),每月雨量一般為100-200毫米,最多的月份可超過700毫米(受臺風影響); 10-11月、12-2月為秋冬少雨干燥季節(jié),每月雨量一般為30-80毫米,最少的月份可滴雨不下。
廈門市當地多年平均地表水資源量為11. 80億m3,地下水資源量1. 36億m3。按戶籍人口統(tǒng)計,廈門市人均水資源占有量僅為871m3,約為全國平均水平的40%,福建省平均水平的25%,若考慮暫住人口,人均水資源量為576 m3,低于國際公認下限1000 m3,屬水資源嚴重缺乏地區(qū)。
本工程位于廈門市杏林灣片區(qū),該項目充分考慮選址周圍地理條件以及廈門當地的氣候條件,合理規(guī)劃雨水排放、收集及回用途徑,統(tǒng)籌規(guī)劃城市管網供水以及雨水回收系統(tǒng)相結合,綜合利用各種水源。該項目對部分建筑屋面的雨水進行集中收集,通過雨量計自動控制,設置棄流井對初期徑流雨水進行棄流,棄流雨水排入市政雨水管道,然后經過過濾處理后用于補充景觀人工湖水。
該項目1號地塊用地面積為32140平方米,屋面面積為7900平方米,其中3620平方米屋面用于屋頂綠化,其余面積屋面雨水收集利用,實際收集雨水的面積為4690平方米(包括收集屋面面積4280平方米和對應的側墻面積的一半410平方米)。屋面雨水按兩個區(qū)域分別收集處理,其中一區(qū)為1230平方米,二區(qū)為3460平方米。
3.2雨水收集設計
3.2.1基本數據
統(tǒng)計福建45年的降雨數據得廈門市年均降雨量1255.1mm,年均降雨次數為121.6次,其中2mm以上的降雨降雨量占總降雨的比例為97.3%。
設計重現期1年一遇,日降雨量為79mm。考慮雨水回用部分的綜合投資及綜合利用率,雨水收集水池容積計算按降雨量34.3mm設計,相當于重現期0.12年的降雨強度,此時雨水收集控制率為85.3%。
3.2.2雨水收集利用的總體規(guī)劃及計算數據
(1)年均可利用雨水量的計算
收集屋面匯水面積為4690m2,綜合雨量徑流系數為0.90。
年均可直接利用屋面雨水量: Q=4690x1.2551x0.9x0.853=4519m3
(2) 雨水收集水池容積計算
考慮雨水回用用途對水質要求,將屋面雨水通過屋面雨水排放收集系統(tǒng)進行收集,再經過初期棄流后進入pp模塊組合水池進行儲存,經雨水過濾層過濾后即可回用。按設計規(guī)范要求,屋面雨水初期棄流可采用2-3mm徑流厚度,本設計取2mm。水池計算容積己除去初期棄流雨量,即屋面實際可收集雨水量厚度為34.3mm。
一次降雨可直接收集屋面雨水:
Q=4690x0.9x0.0343 = 144.78m3
一區(qū): Q=1230x0.9x0.0343=37.97m3
二區(qū): Q=3460x0.9x0.0343=106.81m3
結合設計用水量及當地的實際情況,本方案設置2座雨水收集池,收集屋面前水,可供回用水量為144.78m3。用水周期取5天,每天可用水量為28.96m3。
1#水池有效容積為: 6m*3m*2.2m=39.6m3
2#水池有效容積為: 10m*5m*2.2m=110m3
棄流井占地: 3.35m*1. 80m
3.2.3雨水收集后利用
根據用途不同采用不同的處理方式,本項目的雨水主要用于景觀補水,考慮屋面雨水的水質,以及對用水水質的要求,本項目所收集的雨水經雨水過濾系統(tǒng)后,可滿足景觀用水水質要求。
雨水在經過初期棄流后的水質為: CODcr 70~100mg/L; SS 20~40mg/L。經棄流后的雨水需再經過相應處理才可達到景觀用水的水質標準。具體工藝流程如下:
屋面雨水--雨水收集管網--初期雨水棄流--份雨水處理系統(tǒng)---景觀補水
棄流雨水--市政雨水管網
3.2.4雨水回用節(jié)約的經濟價值
①經處理收集后的雨水用于景觀水體的補水,可以節(jié)約自來水用水量,同時景觀水體的排污可以用于綠化用水,以加快景觀水體的換水周期。
②通過有效的截留和控制雨水,可大幅減小室外雨水排水管網的規(guī)模(約20%左右),同時可降低末端雨水提升泵站的投資。
3.2.5雨水收集利用系統(tǒng)的設置
(1)雨水處理設施的設置形式
雨水收集處理設施全都采用室外埋地形式,一區(qū)、二區(qū)分別建立棄流井和雨水處理收集池,棄流井和雨水收集池上面除人孔外可以種植花卉、草等。
(2)裝配式pp儲水池
用于收集雨水的儲存裝置,采用成品裝配式pp方塊,可以采用不同數量的組合,而成不同的容積。該材質儲水池便于安裝施工,且容易保證儲水油內水質。此類pp儲水方塊可回收使用。
pp儲水池以聚丙烯塑料模塊相組合,形成一個地下水池,在水池周圍根據工程的需要可 以包裹防滲不透水和可以入滲透水的兩種土工布,作成貯水型和滲透型的兩種不同類型。塑料模塊組合的水池安裝方便,承載力大。同時內壁粗糙度為0.009,比混凝土內壁光滑,內部結構不易附著雜質,更有利與保證水質穩(wěn)定。水池上方可做為綠地,種植花草和樹木等,起到美化環(huán)境的作用。
四、結語
(1)雨水收集利用比較適合于南方雨水資源豐富,并且可就地利用(綠化、景觀等)的小區(qū)和工廠。
(2)應優(yōu)先考慮收集屋面雨水,其次是路面雨水。
(3)雨水處理方法應根據收集雨水的類型和用水水質的要求來設計。
(4)雨水處理收集設施可放在室外綠地下面,既節(jié)約土地,又美化環(huán)境。
(5)雨水利用首先要改變"以排為主"的排水觀念,采用"以蓄為主、以排為輔、蓄后使用、用后排放"的城市雨水管理理念;同時,要推廣雨洪利用技術,生產系列化的成套設備,以便結合有關研究和示范成果,加快雨洪利用技術的產業(yè)化。