城市智能雨水采集利用系统

城市智能雨水采集利用系统

买超

陕西地建土地勘测规划设计院有限责任公司，陕西西安， 710075

摘要：基于生态文明建设理念的海绵城市建设，对于探索新型环保城市的建设、合理规划城市水利系统和解决城市给排水难题具有重要意义。当前在我国城市化建设力度不断提升的今天，随着城市人口的高度集中以及工商业活动日益繁茂，再加上城市热岛效应和管网建设的不合理等相关因素，致使城区年降水量和地表径流量比不合理，因此，导致汛期到来之际出现洪涝灾害等问题。文章设计了符合我国城市状况的智能雨水采集利用系统，将雨水利用率最大化，从而实现水资源的可持续利用，促进城市的进一步发展。

关键词：海绵城市；智能；雨水收集系统

1导言

海绵城市概念的提出，在于让城市适应环境变化以及自然灾害等方面的能力具备一定的“弹性”，在此基础上提出了六字方针，分别为“渗、滞、蓄、净、用、排”，该项措施的提出能够将65%以上的降水实现充分消化和综合利用，不仅缓解了城市排水系统的压力，减少水体污染的可能性，也在很大程度上改善了生态环境。

2城市水环境变化分析

2.1雨水下垫面化，径流系数提高

由于城市社区、广场、道路面硬化和地下商场及地下车库建设，地表水入深少，拦蓄雨水能力低，径流系数提高，汇水快，流量大，道路成河现象时有发生，灾害频繁。通过SWMM模型分析，济宁市未开发前径流系数约为0.22，现中心城区径流系数明显增大。

2.2地下水补给困难，地下水位下降

由于城市发展用水量增加和地下水补给减少，北方城市地下水超采，地下水位下降，据统计，北京市20世纪80年代地下水年均补给量比20世纪60年代减少了约2.6亿m3。据统计济宁市2001—2014年均抽取地下水8.7亿m3，潜层超采区面积654.6km2，济宁—汶上漏斗区中心埋深15.6m。

2.3城市人口增加，用水量提高

水环境的变化带来了用水量的变化，在极端天气趋多的当下，城市防汛与供水出现了新的挑战与压力。北方城市在20世纪末普遍实行远距离或跨流域调水，以满足生产、生活及生态用水。

3海绵城市雨水收集施工内容

出于成本和环境保护的考虑，此工程运用了低影响开发技术对雨水进行收集。项目施工关键内容为透水铺装，对于铺设材料的选择来说，透水铺装材料主要可以划分为透水砖铺装以及透水沥青混凝土铺装两种。施工流程为：通过管道疏通将雨水集中→对雨水径流污染源进行控制→通过铺设材料进行雨水渗流→雨水集中处理和利用。在雨水收集和净化处理过程中，出于生态环境保护和节约成本的考虑，通过对地形环境和原生态灌木林的运用，实现对雨水的收集以及雨水的搜集。对于海绵城市雨水搜集来说，安装透水铺装是其项目施工的关键环节，主要以新材料和传统材料进行透水铺装，达到提高孔隙率的目标。再者可以综合运用诸如不同铺装材料进行雨水的收集和净化。本工程基于对透水铺装材料和施工程序的研究，可以有效提高公园建设中雨水收集系统的利用率。此项目施工的关键和重点环节是如何增强透水铺装的有效率。

4系统方案设计与要求

4.1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。

4.2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。

图1 小区雨水处理利用方法流程图

5城市智能雨水采集利用系统

5.1可渗透路面控制措施

可渗透路面要发挥地形的优势，将雨水疏通到指定位置进行净化。此项目立足于Revit软件建模，对可渗透路面的坡度、地形的构造进行研究，使得可渗透路面在发挥雨水收集功能的同时，能够与周围的环境彼此兼容，在增强可渗透路面植物净化功能的同时，营造出生态宜居的自然景观。对于海绵城市的建设来说，需要对原始生态系统的保护、生态系统的修复等诸多方面进行考虑。可渗透路面需要对以下因素进行考虑：受到重力势能的影响，相同体积的雨水从坡度越陡的地方降落，其水流的速度也越快。为了最大化提高降雨在可渗透路面中渗流和净化的时间，在对可渗透路面进行建设过程中，需要确保路面的坡度尽量缓一些，以增强可渗透路面雨水收集和净化效果。

将斜坡距离进行延长，雨水的降落速度将会加快。在对斜坡进行施工过程中，可将斜坡设计为阶梯式结构，使雨水和地表的接触面积变大，同时也有效改善了可渗透路面的生态环境。对于地形平缓的区域，在雨水径流方向保持相对稳定的前提下，施工人员可以在位于雨水汇集处对可渗透路面进行设计。而对于施工地形错综复杂的区域，可通过对原始径流交汇点的运用，对雨水进行分散疏通，提高雨水收集系统设计功能。

5.2生物滞留池

主要是通过人工挖掘以及在自然环境下所形成的浅凹绿地，其本身就具备了雨水的滞留能力，在城市中也称之为雨水花园，如今该项基础设施已经在全国范围内得到了广泛应用。不仅可以有效避免雨水初期径流量过大的问题，也具备了蓄水和改善水质的功能，以及一定的景观效应，完全符合海绵城市建设的管理理念。典型的生物自流池组成部分包括下渗层、蓄水层以及填料层等众多部分，考虑到初期雨水污染程度相对比较高，为了保证净化雨水的彻底性，大多数在结构上采用多重组合方案，也就能降解特殊的污染物，同时植被体系的构建也有助于节流和分解，对径流雨水起到明显的净化作用。土壤以及植物根系可以通过微生物的作用，有效去除雨水中的污染物和其他的化学物质。

5.3市政道路雨水蓄用工程

市政道路面积一般占城市面积的20%以上，应做好道路降雨的收集利用工作。1）路边绿化带。将目前街道中间或两侧的凸式绿化带改为下凹式，绿化带地面宜低于路面0.10～0.25m，适当种植耐淹植物，绿花带围沿设进水口，路面水流入绿花带后，多余的再流入市政雨水管网。2）排水管网改造。适当扩大现街道排水管径，做到排水、蓄水一体化，蓄水浇灌街道绿化带花树。

5.4城市河道改建工程

现在城区的河道大都用砌石或混凝土衬砌，主要起排水防冲作用。宜结合城市改造，进行生态河道规划建设，达到排水、蓄水、净化水、补充地下水。一是条件许可的情况下可拆除砌石改为生态护坡护岸，也可探讨建城休闲式生态护坡场；二是在河槽边种植水生植物，在河中设置人工浮岛，浮岛上种植美人蕉、睡莲等水生植物，净化水质，美化环境。

6未来城市智能雨水采集利用系统的设想

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；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；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。

结束语

综上所述，在我国生态文明建设速度加快的今天，特别是水资源日趋短缺的趋势下，我国建设雨水收集系统的经验也逐渐完善。在水资源日益匮乏的今天，有必要加强对初期雨水的综合处理和利用，不仅有利于改善用水环境，同时也能够有效缓解城市水资源短缺的现实问题。

参考文献

[1]陈祥宇,陈吉星,任泽俭.城市水环境变化及城市雨水蓄用方法探讨[J].山东水利,2021(10):10-11.

[2]赖雄伟.海绵城市建设中初期雨水径流处理技术研究[J].砖瓦,2021(09):75-76.