城市智能雨水采集利用系統

許艷 張蒲甜 潘子琦 高攀

【關鍵詞】智能;城市雨水采集利用;避免浪費;水資源

【中圖分類號】TU991.114 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）05-0069-03

1 智能雨水采集利用系統的優點及重要性

1.1 在農業、工業、生活上水資源領域的重要性

（1）農業發展中水的重要性。水是生命之源，對于農產品灌溉來說，水資源非常重要。水源充足對農作物養分的補給有著至關重要的作用，田地里的農作物通過水汲取養分，從而更好地在白天進行光合作用，確保農作物產品的品質。因此，在農業領域，水資源是非常重要的[1]。

（2）工業發展中水的重要性。在國內外的工業化進程中，沒有一項工業是與水資源無關的，大多數工業生產過程都離不開水資源的利用，例如鋼鐵廠的冶煉等。

（3）防治不可見的污染。水污染包括地表水污染和地下水污染，具體體現為地面積水污染和地底下水污染。在工廠的污水排放過程中會對水資源產生污染，而且生活中的垃圾污染及汽車尾氣排放等情況都是不可避免的[2]，這會對水資源有很大的危害，如果對這部分水資源的處理不達標，人飲用后會對身體造成危害，甚至引發疾病。

1.2 智能雨水采集利用系統的優點

對傳統雨水采集利用系統進行優化，可在一定程度上減少成本和雨水采集利用系統的占地面積。在初始收集階段，雨水經過水池的初次過濾，在經過存水池后，技術人員會對水池中的水質進行檢測，確保水質達到后續的利用標準。此項檢測采用物理方法，不僅不會引入新的污染源，還能節省資金。

2 系統方案設計與要求

2.1 設計原理

本次的雨水收集利用系統是通過一系列措施實現水資源的循環、節能利用，具體細分為通過屋頂形成排水管道或路面雨水徑流進行雨水采集，從輸水過程到儲蓄，通過清潔再循環使用，這一過程不僅能夠充分利用城市的雨水資源，減輕城市的內澇災害和地區供水不足的問題，而且有利于保持地下水的潔凈程度，實現可持續利用，最終達到循環利用水資源和促進城市可持續發展的目的。

2.2 方案設計

本系統的雨水處理和利用方法如下圖1所示。從圖1可以看出，本系統將雨水分為路面徑流和屋頂徑流。其中，屋頂徑流在經過降水沉積過后，部分水資源流入窯井當中進行初期沉淀，使部分污染物棄流，再通過生態濾溝、生態滲濾管進行進一步處理，最終流至雨水調蓄井內儲存。后期雨水可再次產生下滲，對綠地進行養護或其他方式的綠色循環利用。

2.3 方案要求

收集雨水除了需要一套生態濾溝初步進行過濾沉淀，還需要初沉井暫時儲存過濾后的水資源，以及雨水調蓄井調節分離達到后期使用的效果。雨水的收集系統并不復雜，投入使用后，占地面積最大的是蓄水池，其次是輸水管及凈化池等相關設備[3]。

2.4 雨水去污處理

（1）雨水循環利用前提。雨水在降落時，受空氣質量的影響很容易帶有各種各樣的雜質和浮塵，這些是導致水質量出現問題的根源，想要減少地表徑流中的污染物及地表沉積物必須進行水質的改善。采集處理的水資源雖然不能達到直接飲用的標準，但可作為人們在生活方面的用水，例如處理后的水可以用于公園噴灌、家庭沖廁、洗車等。

（2）多種去污凈化方式。目前，最常用的幾種去污凈化方法如下。實用法包括過濾、沉淀和上浮。生態方法包括生態自然凈化、生物過濾法及人工濕地法?；瘜W法包括化學反應、微生物處理及氧化還原法等。智能雨水采集利用系統采用的是物理生態過濾法，它可以便捷、有效地利用在生活的多個方面。

3 預測城市智能雨水采集利用系統使用效果

3.1 對定點地區鄠邑區降水量進行分析

鄠邑區降水量分析。筆者將本次設計的雨水采集利用系統在西安市鄠邑區進行反復試驗，測算該系統的使用效果。西安市鄠邑區屬于典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季分明，夏季屬于炎熱多雨，冬季天氣寒冷干燥，春秋時會出現連續降雨天氣。年降水變化大，最大降水與最小降水量的最大差值可達590 mm。降水的季節也分配不均勻，82%的雨量集中在每年的5～9月，其中7～10月的雨量占全年雨量的49%，經常有暴雨出現。年平均相對濕度為70%左右[4]。選取2018年西安市鄠邑區各種地面的典型徑流系數分析研究，結果見表1;選取2018年西安市鄠邑區不同密度建筑區域的綜合徑流系數分析研究，結果見表2。

假設雨水設計流量公式如下：

Qs=qΨF

上式中，Qs為雨水設計流量;q為設計暴雨強度;Ψ為徑流系數;F為匯水面積。

初步模擬城市智能雨水循環利用系統的實驗。本文建立了雨水利用設備，雨水利用排放系統是一種在道路廣場利用一定尺度的超雨洪設備和城市建設用地的地面徑流的雨水排放體系。設置協調雨洪利用系統是為了確保雨水在排放中不造成水患，但是不能把系統收集到的雨水流失掉。在鄠邑區，我們通過雨水利用排放系統實驗，收集小區、道路、綠地、公園的雨水。雨水滲透利用是采用各種雨水滲透設施，使雨水回滲地下，進而補充涵養地下水源的一種雨水間接利用技術。通過綠地滲透、人造透水地面滲透、園林水體滲透、滲透管、滲透井等多種滲透技術，達到雨水收集再利用、緩解城市淡水供應困難及減少城市內澇的目的。研究表明，隨著植被覆蓋率的增加，不同時段雨水累計入滲量呈指數增加，因此城市應加強植被覆蓋率，同時考慮到道路排水設計和綠地接納雨水的能力，根據具體地形和工程條件可將綠地與滲透地面、滲透管、滲透井等各種滲透設備進行組合，形成立體的滲透系統，依據現場條件選用適合的滲透裝置，取長補短，達到雨水利用率最大化。雨水收集的意義在于可以減少雨水的排放量，使干旱、緊急情況（如火災）時有水可取。此外，可以用于生活中的雜用水，節約自來水的用量，減少水處理成本。雨水的收集還可以減少城市街道雨水徑流量，減輕城市排水的壓力，同時有效避免雨污合流，減輕污水處理的壓力。

3.2 未來城市智能雨水采集利用系統的設想

（1）引入彈性城市理念。所謂彈性城市，是指城市能夠精確、適時地把受自然條件影響的經濟損失和公共設施減少到最低的建設理念。

（2）城市著重減少碳排放，因此可在建設過程中引入碳排放測算機制。如果把因建設海綿城市而減少的碳排放量引入交易市場采取以物換現形式實現交換，就可以形成長久牢靠的投資回報，在一定程度上減少項目的投資，創新融資渠道。

（3）采用科學技術手段讓城市建設實現智能化。隨著科學信息技術的飛速發展，我們在城市建設過程中也離不開科學技術的幫助，要將科學技術手段不斷融入我們的城市建設。

4 結語

雨水是一種極其珍貴的自然資源，我們應全面且科學地應用雨水資源。本文根據鄠邑區的降水及氣候條件對鄠邑區雨水處理與利用進行論述，分析智能城市雨水采集利用系統的特點并針對未來城市的發展，提出智能雨水采集的后續建議。智能城市雨水采集利用系統能夠有效提升雨水的利用價值，減少目前雨水資源浪費現象，同時能夠使地下水資源量逐步得到恢復，減緩城市熱島效應，從而提升城市水資源的利用率，促進城市可持續發展。

參 考 文 獻

[1]喬光健.北方地區農業雨水利用分析[J].水文期刊，2008（4）：29-34.

[2]顧朝林.論中國城市持續發展研究方向[J].城市規劃匯刊，1994（6）：50-76.

[3]陸浩.海綿城市雨水管理優化與監測系統設計[D].吉林：東北電力大學，2020.

[4]李東洋.城市污水收集及處理系統水質水量分布規律及數值模擬[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2019.