雨水收集利用技术知识
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- 作者：深圳市海绵雨水利用科技有限公司
- 来源：www.spongerain.com
- 发布时间：2018-05-28 00:00
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雨水收集利用技术知识
雨水作为一种宝贵的资源，在城市水循环系统和流域水环境系统中起着十分重要作用。由于人类的活动造成植被减少或破坏，城市发展中不透水面积的增加，导致雨水流失量增加和水循环系统的平衡遭到破坏，并引发一系列环境与生态问题。我国许多城市水资源严重不足，而大量雨水资源却白白流失，雨水利用率不到10％。水及生态环境修复功能，强化雨水入渗，以增加土壤的含水量，甚至利用雨水回灌提升地下水的水位，可改善水环境乃至生态环境，总之，城市雨水利用是解决城市水资源短缺，减少城市洪灾的有效途径。也是改善城市生态环境的重要组成部分。若能将雨水利用与雨水径流污染控制，城市防洪，生态环境的改善相组合，坚持技术和非技术措施并重，因地制宜，择优选用，兼顾经济效益，环境效益和社会效益，标本兼治，则雨水利用会产生广泛的效益，并极大地促进城市可持续发展。
雨水收集利用技术
1、雨水的初期弃流
雨水的收集再利用要满足相应的杂用水水质要求，因此，雨水水质的好坏将直接决定雨水收集利用的难易情况。雨水径流流污染属于非点源污染，具有突发性和非连续性。一般认为中期和后期的雨水水质较好，但初期雨水的水质由于受多种因素的影响而普遍较差且变化较大。因此为了降低雨水回用的处理难度，通常在雨水收集利用工程中都采取初期雨水弃流。
（1）初期雨水弃流量
初期雨水弃流量应按照当地实测收集雨水的污染物浓度变化曲线确定，当无资料时，遵照《建筑与小区雨水利用工程技术规范》（GB50400-2006）规定可采用2~3mm径流深度作为屋面初期雨水弃流深度，5~7mm，作为地面初期雨水弃流深度。
初期雨水弃流量按下式计算
W1=10X8XF
式中W1-设计初期雨水弃流量：
5-初期雨水弃流深度，mm，水面集雨取0；F-集雨面积，m²。
对于特定的生态区域，弃流量取值还需要综合雨水水质、用水量和雨水处理工艺等进行判定。
同时上述规范还规定“雨水收集回用系统应设初期雨水弃流设施绿化屋面除外，土壤入渗系统宜设初期雨水弃流设施。间隔日以内的降雨不宜弃流”。
（2）雨水初期弃流方式及装置
目前，在城市区域进行大规模的雨水利用项目还没有很成熟的实际经验，初期雨水的弃流方案也没有确定的参照标准。就现有的国内实例看，雨水利用的方式偏重于采用通过土地入渗、回灌补给地下水，实现地域的水循环的间接利用法，避免对雨水进行深度处理，也可以降低运行费用。结合有关专家在国家体育场雨水利用设计中对初期雨水弃流方式的思考，将初期雨水弃流的常用处置方式概况如下：
1、直接引入绿地，不单独处置初期雨水。适用于初期雨水水质良好的情况。初期雨水中一般含有一定量的影响植物生长的毒素，这些毒素可能包括硫化物、盐分、总溶解固体等，甚至不适当的。当其不超过植物的容忍限度时，将雨水直接排入绿地就是一个简单可行的方法。
2、将雨水排入级配石料的过滤盲沟或多孔混凝土过滤板进行简单过滤。适用于初期雨水水质条件较好的情况，会相应带来维护和更换的问题。
3、采用分散式处理对初期雨水进行弃流，如在单个雨漏管或道路雨水收集管下安装分离设备。这种方法可去除粒径大于物质，适用多种初期雨水水质。分散式处理的未端装置形式各异，常见的形式有：
初期雨水弃流装置
在弃流装置内设有浮球阀，随着水位的升高，浮球阀逐渐关闭当手机到一定雨量后，浮球阀完全关闭弃流后的雨水沿旁通管流至雨水收集管道，已收集的初期雨水，在降雨结束后打开放空管上的阀门将其排入污水管道，对于道路雨水考虑到其埋设于地下，收集的初期雨水不容易接入污水管道，且大面积的道路收集的初期雨水荣誉对污水管道系统形成冲击，因此你可以考虑将收集的初期雨水排入适宜的渗透系统如渗井、渗透管沟等。这种装置构造简单实用，但需要一定的人工维护。
对初期雨水进行集中弃流，考虑到区域面积可能占地较大，各种汇水面分布复制，上述各种形式的分散式雨水弃流装置用量过多。若每个可能的雨水立管未端、室外雨水口均设置弃流装置，设计安装这些装置本身就是一大问题，用量多页使维护量增大，明显不具备经济可行性。因此还可以考虑采用在蓄水池附近设置专用的弃流池这种方式弃流初期雨水。
设置弃流池的优点是：
1、通过计算确定弃流池容积，可以将一定量的初期弃流，从而保证处理设备进口的雨水水质在一定程度内稳定。
2、设置方法简单可行。
3、设置位置不多，当然弃流池并非完美，其确定也是明显的不同部位的雨水通过室外雨水管道汇集，再流行一段时间后进入弃流池，然而不同部位的初期雨水流到弃流池所需的实际是不同的，所有就会出现弃流池近处的中后期雨水可能比远处的初期雨水更先到达弃流池的问题。为解决这一问题，需要特别核算弃流池的服务区域，结合服务区域的管道布置形式决定弃流池的位置。必要时，也要通过改变场地雨水口布局和雨水管道布置形式，调整集流时间。
由上可见，弃流池增大了雨水弃流量，这在一定程度上违背了雨水收集利用的初衷，因此比较适用于雨量充足、全年需弃流次数相对较少的地区。
不同汇水面的弃流方式
不同的汇水面，由于其特点如径流污染程度，高程等各不相同，相应的雨水弃流方式也不尽相同。经分析归纳，各种汇水面可能采用的弃流方式如下：
屋面一般通过在雨落管上加设初期雨水弃流装置进行弃流当屋面有绿化时，通过绿化层收集到的雨水径流可以不金华弃流。但由于雨水中的不断累积可能阻塞雨水在土壤中的下渗路径，所以雨水绿化层应采取相应措施保证雨水的正常下渗，并应考虑选择耐淹耐旱植物。
路面雨水一般污染较为严重，可考虑在雨水口加设初期雨水弃流装置进行弃流当小区建有下凹式绿地时，可考虑将路面雨水引入绿地入渗收集，如当地年降雨量充足，需弃流次数少时，可考虑弃流池的方式进行统一弃流。
绿地的表层植被和土壤对雨水的一些污染物具有较强的截纳河净化作用，因此，绿地的雨水可考虑不进行初期弃流。但如同绿化屋顶，应采取一定的措施保持绿地的渗透性能，满足植被的生长条件。
运动场地篮球场、硬地网球场等汇水面如同路面一样通过雨水口收集雨水径流，因此其弃流方式可参考路面草地网球场、高尔夫球场、足球场等草地铺设的汇水面可考虑在地面下铺设级配石料的过滤盲沟或多孔混凝土过滤板进行简单过滤同时运动场地面积大，收集雨水多，初期弃流量大，也可考虑采用弃流池进行统一弃流。
停车场通过雨水口收集雨水径流，其弃流方式可参考路面当停车场的地面是渗透性铺装时，也可考虑在地面下铺设级配上料的过滤盲沟或多孔混凝土过滤板进行简单过滤。
当然，上述提出的各种汇水面的弃流方式并不完善。在实际工程中应综合考虑雨水收集区域的实际情况，整体规划雨水收集利用系统，在此基础上确定适宜的雨水弃流方式。
雨水利用技术
目前雨水利用技术可分为以下几大类：分散住宅的雨水收集利用中水系统，建筑群或小区集中式雨水收集利用中水系统，分散式雨水渗透系统，集中式雨水渗透系统，屋顶花园雨水利用系统，生态小区雨水综合利用系统（屋顶花园、中水、渗透、水景）等。上述各系统技术关键在于雨水的污染控制、截污和储存。
雨水利用的途应根据区域具体条件和项目要求而定，一般首先考虑补充地下水、涵养地表水、绿化、冲洗道路、停车场、洗车、景观用水和建筑工地等杂用水，有条件或需要时还可作为洗衣，冷却循环，冲厕和消防的补充水源。在严重缺水时也可作为饮用水水源。雨水利用系统一般包括雨水汇集区、输水管系、截污装置、储存、净化和配水等几部分，另外还有溢流设施或身体设施。
根据用途不同，雨水利用可以分为雨水直接利用（回用）、雨水间接利用（渗透）、雨水综合利用等几类。在许多情况下，如果雨水直接利用的经济效益不明显，雨水间接利用往往成为首选的利用方案。最好根据实地情况将二者结合起来，因地制宜，建立生态化的雨水资源综合利用系统。图4.2-2是城市雨水利用系统图。具体包括以下几个方面：
1、雨水的直接利用
雨水的直接利用是指建设雨水收集系统，将一定汇水面积上的雨水通过收集系统收集起来，贮存于雨水收集池，经处理后用于绿化、冲厕、洗车等用途。雨水直接利用可以是建筑单体雨水利用系统，也可以是建筑群或园区雨水利用系统。雨水的直接利用是一种开源节流的有效途径，可以缓解目前城市水资源紧缺的局面，可在一定条件下产生直接经济效益。
雨水直接利用的净化工艺主要根据径流雨水的水质、水量和雨水处理后所要达到的程度而定。如绿化、冲厕、道路清扫、消防、车辆冲洗、建筑施工等均应满足《污水再生利用城镇杂用水水质》（GB/T18920-2002）指标要求，景观环境用水应满足《污水再生利用景观环境用水水质》（BG/T18921-20020）指标要求：渗透应满足地下水人工回灌水质控制标准等。
2、雨水的间接利用
雨水的间接利用主要采用雨水渗透技术，将雨水下渗回灌地下。就雨量及其分布的不均匀性来说，间接利用（如渗透沟、渗透渠、渗透地面，渗透井，渗透塘及渗透绿地等）具有更高的经济、社会及环境效益，对于建设城市径流雨水量，补充涵养地下水资源，改善城市生态环境，缓解地面沉降和海水入侵，减轻城区水涝危害和水体污染等都有极其重要的作用和意义。
在地下水位高、土壤渗透能力差或雨水水质污染严重等条件下雨水简介利用技术会受到限制。相对来讲，我国北方大部分城市降雨量相对少而集中，蒸发量大、地下水利用比例较大，雨水的间接利用技术的优点更为突出。
3、雨水的综合利用
雨水的综合利用是借助生态学、工程学、经济学原理，通过人工净化和自然净化相结合，雨水集蓄利用、渗透与园艺水景观等相结合的综合性设计，从而实现建筑，园林、景观和水系的协调统一，实现经济效益和环境效益的统一，以及人与自然的和谐共处。这种协调具有良好的可持续性，能实现效益最大化，达到意想不到的效果。
雨水利用设计原则
雨水利用工程设计应遵循如下基本原则：
1、雨水利用应与雨径流污染控制、城市防洪减涝、生态景观改善相结合。
由于雨水利用作为生态用水和其他杂用水的补充水源，可以减少雨水排出量，消减洪峰，净化回用或身体补充地下水，从而有效地减少雨水污染物的排出，所以进行雨水利用工程规划设计时，往往与雨水径流污染控制一起考虑，并兼顾城市排涝防洪、生态环境改善与保护。
2、因地制宜，择优选用
城市雨水利用设计水处理、景观园林、水利用和环境生态等多专业内容，在选择利用或治理方案是，要特别注意地域及现场各种条件的差异，突出系统观点，协调好各专业的关系。
城市雨水利用技术措施应尽量可能采用生态和自然化的措施，符合可持续发展的原则。应兼顾近期目标和长远目标，资金条件有困难时可以分阶段实施。
3、兼顾经济效益、环境效益和社会效益。
城市雨水利用不应仅限于经济效益，还应考虑到环境效益、社会效益等方面。
雨水利用主要技术措施
雨水集蓄利用是指有计划地设置雨水集流面，提高集流效率，改善蓄水工程的防渗性能，对雨水资源进行深度开发。在现代节水理论和方法的指导下，雨水利用的效率和效益均大大提高。
1、完善各种集水面雨水收集系统，如采取源头截污措施，初期雨水弃流或分流。
2、合理设置调蓄池（塘）有条件时尽量减少多功能调蓄设施
3、各种渗透装置及其配水系统
4、合理选择处理净化工艺和措施，有条件时重点选用雨水湿地，雨水生态塘、雨水花坛扥自然生态处理措施
5、发展和建设人工水体自净和水质保障系统，大力推广植被浅沟技术
6、考虑雨水回用与景观园林相结合（喷灌，绿化，喷泉等）
7、考虑雨水循环利用的可行性，并合理设置相应的提升系统和安全溢流系统等。
规划设计要根据现场的气候及降雨、水文地质、水循环、水资源、雨水水质、给排水系统、建筑、园林道路、地形地貌、高程、水景、地下构筑物和总体规划等各种条件，充分考虑集蓄利用和各种渗透设施的优缺点及适用条件，通过水量平衡，水力计算和技术经济分析来确定方案，兼顾经济效益和社会效益，考虑城市和区域环境、生态和美学、人和自然的统一和谐，力求最佳效果。
限制屋面清洁雨水利用的实际问题是降雨量在时间分布上不均衡，需要建造雨水存储池，使得初期投资较高。将存储池的建造成本摊入提高排水系统标准与控制城市溢流雨水污染等雨水利用的间接效益上，可以认为这是一种安全一资料-环境效益兼备的雨水管理技术。
下图则是雨水渗透与利用雨水构筑水景观生态系统，这种系统更适合在城市公园、休闲场所应用。在住宅小区应特别注意加强管理，防止水质的恶化和蛀虫孳生，并保证安全。这类系统类似一些发达国家提倡的“雨水花园”可以是很小的规模，应用于独栋建筑的小花园里。
方案是将集蓄利用和渗透想结合，该系统首先应根据水量平衡确定调蓄容积，满足雨水回用的需要，多余的雨水再通过渗透设施下渗。为了保证系统的稳定运行和效果，设计了初期雨水的弃流和预处理装置。
如果雨水量充足，小区又具有较大的汇水面积和景观水体，绿化率也很高，可以考虑采用图中所示的流程。该系统采用比较自然化的设计，利用绿地和浅沟汇集雨水的同时达到减少水土流失、控制初期雨水污染物的目的。利用水体和渗透设施来调蓄雨水，水体底部可采用防渗膜来减少渗漏。通过仔细地水量平衡计算和综合设计，这种系统可以实现利用雨水资源、减少污染、改善小区环境、提高防涝标准扥多个目标。
雨水是天然水源，不需要水资源费用，水质一般较好，经过简单处理后就可以直接回用是最好的杂用水水源之一。
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