城市智能雨水采集利用系统

许艳 张蒲甜 潘子琦 高攀

【关键词】智能;城市雨水采集利用;避免浪费;水资源

【中图分类号】TU991.114 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）05-0069-03

1 智能雨水采集利用系统的优点及重要性

1.1 在农业、工业、生活上水资源领域的重要性

（1）农业发展中水的重要性。水是生命之源，对于农产品灌溉来说，水资源非常重要。水源充足对农作物养分的补给有着至关重要的作用，田地里的农作物通过水汲取养分，从而更好地在白天进行光合作用，确保农作物产品的品质。因此，在农业领域，水资源是非常重要的[1]。

（2）工业发展中水的重要性。在国内外的工业化进程中，没有一项工业是与水资源无关的，大多数工业生产过程都离不开水资源的利用，例如钢铁厂的冶炼等。

（3）防治不可见的污染。水污染包括地表水污染和地下水污染，具体体现为地面积水污染和地底下水污染。在工厂的污水排放过程中会对水资源产生污染，而且生活中的垃圾污染及汽车尾气排放等情况都是不可避免的[2]，这会对水资源有很大的危害，如果对这部分水资源的处理不达标，人饮用后会对身体造成危害，甚至引发疾病。

1.2 智能雨水采集利用系统的优点

对传统雨水采集利用系统进行优化，可在一定程度上减少成本和雨水采集利用系统的占地面积。在初始收集阶段，雨水经过水池的初次过滤，在经过存水池后，技术人员会对水池中的水质进行检测，确保水质达到后续的利用标准。此项检测采用物理方法，不仅不会引入新的污染源，还能节省资金。

2 系统方案设计与要求

2.1 设计原理

本次的雨水收集利用系统是通过一系列措施实现水资源的循环、节能利用，具体细分为通过屋顶形成排水管道或路面雨水径流进行雨水采集，从输水过程到储蓄，通过清洁再循环使用，这一过程不仅能够充分利用城市的雨水资源，减轻城市的内涝灾害和地区供水不足的问题，而且有利于保持地下水的洁净程度，实现可持续利用，最终达到循环利用水资源和促进城市可持续发展的目的。

2.2 方案设计

本系统的雨水处理和利用方法如下图1所示。从图1可以看出，本系统将雨水分为路面径流和屋顶径流。其中，屋顶径流在经过降水沉积过后，部分水资源流入窑井当中进行初期沉淀，使部分污染物弃流，再通过生态滤沟、生态渗滤管进行进一步处理，最终流至雨水调蓄井内储存。后期雨水可再次产生下渗，对绿地进行养护或其他方式的绿色循环利用。

2.3 方案要求

收集雨水除了需要一套生态滤沟初步进行过滤沉淀，还需要初沉井暂时储存过滤后的水资源，以及雨水调蓄井调节分离达到后期使用的效果。雨水的收集系统并不复杂，投入使用后，占地面积最大的是蓄水池，其次是输水管及净化池等相关设备[3]。

2.4 雨水去污处理

（1）雨水循环利用前提。雨水在降落时，受空气质量的影响很容易带有各种各样的杂质和浮尘，这些是导致水质量出现问题的根源，想要减少地表径流中的污染物及地表沉积物必须进行水质的改善。采集处理的水资源虽然不能达到直接饮用的标准，但可作为人们在生活方面的用水，例如处理后的水可以用于公园喷灌、家庭冲厕、洗车等。

（2）多种去污净化方式。目前，最常用的几种去污净化方法如下。实用法包括过滤、沉淀和上浮。生态方法包括生态自然净化、生物过滤法及人工湿地法。化学法包括化学反应、微生物处理及氧化还原法等。智能雨水采集利用系统采用的是物理生态过滤法，它可以便捷、有效地利用在生活的多个方面。

3 预测城市智能雨水采集利用系统使用效果

3.1 对定点地区鄠邑区降水量进行分析

鄠邑区降水量分析。笔者将本次设计的雨水采集利用系统在西安市鄠邑区进行反复试验，测算该系统的使用效果。西安市鄠邑区属于典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明，夏季属于炎热多雨，冬季天气寒冷干燥，春秋时会出现连续降雨天气。年降水变化大，最大降水与最小降水量的最大差值可达590 mm。降水的季节也分配不均匀，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%，经常有暴雨出现。年平均相对湿度为70%左右[4]。选取2018年西安市鄠邑区各种地面的典型径流系数分析研究，结果见表1;选取2018年西安市鄠邑区不同密度建筑区域的综合径流系数分析研究，结果见表2。

假设雨水设计流量公式如下：

Qs=qΨF

上式中，Qs为雨水设计流量;q为设计暴雨强度;Ψ为径流系数;F为汇水面积。

初步模拟城市智能雨水循环利用系统的实验。本文建立了雨水利用设备，雨水利用排放系统是一种在道路广场利用一定尺度的超雨洪设备和城市建设用地的地面径流的雨水排放体系。设置协调雨洪利用系统是为了确保雨水在排放中不造成水患，但是不能把系统收集到的雨水流失掉。在鄠邑区，我们通过雨水利用排放系统实验，收集小区、道路、绿地、公园的雨水。雨水渗透利用是采用各种雨水渗透设施，使雨水回渗地下，进而补充涵养地下水源的一种雨水间接利用技术。通过绿地渗透、人造透水地面渗透、园林水体渗透、渗透管、渗透井等多种渗透技术，达到雨水收集再利用、缓解城市淡水供应困难及减少城市内涝的目的。研究表明，随着植被覆盖率的增加，不同时段雨水累计入渗量呈指数增加，因此城市应加强植被覆盖率，同时考虑到道路排水设计和绿地接纳雨水的能力，根据具体地形和工程条件可将绿地与渗透地面、渗透管、渗透井等各种渗透设备进行组合，形成立体的渗透系统，依据现场条件选用适合的渗透装置，取长补短，达到雨水利用率最大化。雨水收集的意义在于可以减少雨水的排放量，使干旱、紧急情况（如火灾）时有水可取。此外，可以用于生活中的杂用水，节约自来水的用量，减少水处理成本。雨水的收集还可以减少城市街道雨水径流量，减轻城市排水的压力，同时有效避免雨污合流，减轻污水处理的压力。

3.2 未來城市智能雨水采集利用系统的设想

（1）引入弹性城市理念。所谓弹性城市，是指城市能够精确、适时地把受自然条件影响的经济损失和公共设施减少到最低的建设理念。

（2）城市着重减少碳排放，因此可在建设过程中引入碳排放测算机制。如果把因建设海绵城市而减少的碳排放量引入交易市场采取以物换现形式实现交换，就可以形成长久牢靠的投资回报，在一定程度上减少项目的投资，创新融资渠道。

（3）采用科学技术手段让城市建设实现智能化。随着科学信息技术的飞速发展，我们在城市建设过程中也离不开科学技术的帮助，要将科学技术手段不断融入我们的城市建设。

4 结语

雨水是一种极其珍贵的自然资源，我们应全面且科学地应用雨水资源。本文根据鄠邑区的降水及气候条件对鄠邑区雨水处理与利用进行论述，分析智能城市雨水采集利用系统的特点并针对未来城市的发展，提出智能雨水采集的后续建议。智能城市雨水采集利用系统能够有效提升雨水的利用价值，减少目前雨水资源浪费现象，同时能够使地下水资源量逐步得到恢复，减缓城市热岛效应，从而提升城市水资源的利用率，促进城市可持续发展。

参 考 文 献

[1]乔光健.北方地区农业雨水利用分析[J].水文期刊，2008（4）：29-34.

[2]顾朝林.论中国城市持续发展研究方向[J].城市规划汇刊，1994（6）：50-76.

[3]陆浩.海绵城市雨水管理优化与监测系统设计[D].吉林：东北电力大学，2020.

[4]李东洋.城市污水收集及处理系统水质水量分布规律及数值模拟[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2019.