我国城市雨水资源的收集与利用可行性研究
一、文献综述
(一)、研究背景及意义
水是维持生命的之源,是包括人类在内的碳基生物生存的前提条件,更是现代化经济工业发展的必要条件。但地球上大约只有3%的淡水资源能够被人类用于生活和生产,其中还有很大一部分是冰川水,开采条件特殊,利用困难。而且,由于水资源存在的时空的不均匀性,加上人类的不合理开采和利用,以及人类生活和工业发展对水资源的污染,导致了水资源匮乏现象越来越突出。
我国的水资源的紧缺现象尤其突出,《中国世纪—中国世纪人口、环境与发展白皮书》中指出“中国目前人均水资源量只有2500立方米,约为世界人均水量的四分之一。随着人口和经济的发展,更多的城市和地区出现了严重的缺水问题[1]。”随着供水需求量的日益增加,人们开始把精力放在地下水资源的开采上。但随着时间的推移,新的问题又出现了,部分城市开采地下水过于盲目和掠夺式的使用,致使部分城市下方的地下水位接近枯竭,甚至造成了地面下沉、裂缝等地质危害。而对于沿海地区来说,地下水的枯竭引起了海水的倒灌,从而更进一步的造成植被大面积死亡,甚至造成了土地的沙化和荒漠化。
据统计我国北方各省、市区的地下水开采量占全国的88%,由此产生的后果是西安大雁塔产生不均匀下沉,塔身倾斜了1米多,闻名中外的敦煌月牙泉的“月牙”也在逐步枯萎。地下水不能及时补充还使得地质结构发生了显著的变化,由于北京市南郊的地下水位以1m/a的速度下降,自1966年以来北京市地面以10~20mm/a的速度下沉,而沈阳市地下水的超采己经达到258km2并以13km2/a的速度向外扩展[2]。于是,直接利用雨水作为水源之一,而不是等其转化为地下水再利用,可以免去很多可能存在的问题,故对于其的可行性研究已经成为了一个很有发展前途和实用价值的课题。
但是,与发展前景不符的是,国内大部分城市对于地下水的处理方式是不加处理和利用直接排放。随着城市规模的不断扩大,新的问题又开始浮现,城市容纳处理降雨能力不足,甚至许多严重缺乏水资源的城市,城区的雨水非但没有利用反而造成了财产损失。如北京城区以年平均降雨量计算,年雨水资源流失量为2.1亿m3,占全部降雨量的66%[3]。
(二)、国内外研究进展
二十世纪八十年代初,国际上成立了雨水收集系统协会,正式将雨水资源列入解决水资源困境的有效途径之一。随着各国对雨水资源研究的重视,雨水资源的利用技术飞速发展。雨水利用系统不仅在非洲等缺水国家大范围得以实施利用,连德国、日本等发达非缺水国家也积极研究雨水资源利用技术。
其中德国在这方面的研究始终处于世界前列。1989年,该国颁布法案《雨水利用设施标准》[4],1992年更是提升为自控技术,目前已经进入了设备集成化的新“第三代”发展阶段,成熟的雨水利用支撑体系已经基本成型。德国在城建时就注意雨水收集,还专门修建了雨水管线,按水质分类雨水,针对不同地方收集的雨水,按不同标准分类净化。一般来说,屋顶雨水的水质较好,可直接或稍加处理后用于灌概和冲洗厕所等杂用;而道路和停车场等处的雨水污染较严重,需处理达标后才能排放。在德国,雨水径流的收集、传输、存、过滤和处理整个过程都十分系统。对柏林地区的路面雨水,提出一套有效的处理措施,处理后雨水达到杂用水的标准。另外,比较有特色的是德国设计了两种径流过滤器——分散式和集中式,以过滤雨水径流中的树叶、砂土、草木等杂质。分散式过滤器体积小,安装于家庭漏雨管的下端;集中式体积较大,用于集中过滤大面积的雨水。此外,完善的政策、法律法规也是德国雨水利用技术得以实施的有效保障。政府制定了雨水排放费征收标准。在小区建成之前,若无雨水利用措施,政府将征收雨水排放设施费与雨水排放费德国的城市雨水利用主要有种形式:屋面雨水集蓄利用系统、雨水截污与渗透系统和生态小区雨水利用系统。屋面雨水集蓄利用系统在德国城市家庭中较为常见,雨水经屋顶滞留收集、过滤后存在地下蓄水池供生活杂用。雨水截污与渗透系统的提出主要针对道路雨水。它既能过滤雨水中污染物,又可补充地下水,其重点在于可渗透性铺装材料的选择。德国城市的街道采用铺地石和透水砖,铁路轨道附近用草皮砖,小区沿排水道设有渗透浅沟。生态小区雨水利用系统将生态学、工程学、经济学原理相结合,通过人工设计,依靠水生植物和土壤的“天然过滤器”的作用,达到净化雨水的目的。
目前,我国在有关雨水利用的问题上,仍然主要使用的是传统收集方法,且收集利用主要存在于我国西北部部分干旱地区。不仅利用率低下,还容易造成雨水倒灌、淹没城市等问题。由于对于雨水的利用率不足,对于超采地下水的依赖越来越大,造成了很多严重问题。
本文旨在通过对南方城市梅雨季节以及夏季雨水多发季节的雨水收集的研究,探讨其可行性并给出具体收集方法的理论研究,结合具体城市案例,给出具体城建措施,并尝试计算案例城市通过改进措施,每年可收集雨水量。
(三)、课题研究问题分析
本文以典型的长江中下游城市南京为例,南京地处中国东部地区,长江下游,濒江近海,属亚热带季风气候,雨量充沛,年降水1200毫米,四季分明,年平均温度15.4°C,年极端气温最高39.7°C,最低-13.1°C,年平均降水量1106毫米。春季风和日丽;梅雨时节,又阴雨绵绵;夏季炎热,秋天干燥凉爽;冬季寒冷、干燥[5]。其具有典型的梅雨季节和夏季雨水充沛、短时高发的特征。从数据上可以看出,南京市地处长江中下游,属于水资源充沛的城市。但近年来,随着城市的不断发展和人口的急剧增加,南京市水资源供给不足现象开始凸显日益严重起来。更为严重的是,随着城市工业化的进程的推进,南京市已经开始出现不仅是水资源供给不足的“水量型缺水”,更出现了饮水不达标的“水质型缺水”。
同时,南京市夏季瞬时降水量大,也是我国夏季内涝情况比较严重的城市之一。由于南京城建城较早,城市防洪标准不高,城市配套建设比较落后。每年降雨比较集中的月份,南京市内均会出现多处城市洪涝灾害。
本文已拟定从以下几个方面着手,对南京市降雨收集与利用进行全方位的研究,以期求得降雨收集新方法,给出具体措施建议。
1、文献研究法。
城市防洪的措施和降雨的收集与利用,无论其从理论上还是实践上都具有很强的研究空间,但同时也需要涉及到多种理论知识,并且相关资料的获取也必须查阅相关文献。因此本文拟定先从查阅文献着手调查。
2、统计分析法。
有了文献查阅的资料数据作为铺垫,可以模拟出城区瞬时降雨量的模拟情况,从而得到市区雨水利用情况和利用潜力,针对性的进行其可行性分析。
3、实地考察法。
实地考察南京市现有的雨水利用转化项目,了解现有城市改造方案、具体工程措施、现有实效性及存在问题。
目前尚处在查阅文献,获取实际情况、数据资料的阶段。目前存在的具体问题是南京市有部分数据资料不对外开放,互联网和相关文献难以查阅求证获得资料的真实性、可靠性,必须对所资料进行仔细甄别,以免获得错误数据导致结果的不准确性。
(四)、拟定实验方案
本文拟采用系统动力学(System Dynamics 或 SD)方法论对南京雨花台“中轴”循环利用系统进行分析与评价。实验方案如下列流程图所示:
[1]中国21世纪议程—中国21世纪人口、环境与发展白皮书[M],中国环境科学出版社,1994。
[2]李佩成,沈冰等,西安市供水水资源系统优化调配研究报告[C],2002,4。
[3]李俊奇,车武,孟广辉,汪宏玲,城市雨水利用方案设计与技术经济分析,中国给排水,200,1 ,267(12):25-28。
[4]董静静,上海临港新城雨水资源化利用中试研究,2008。
[5]百度百科—南京地理。
摘要
Abstract
一、引言
(一)、研究背景
(二)、研究目的及意义
(三)、研究内容及方法
二、城市雨水资源的收集与利用概况
(一)、城市用水紧张现状
(二)、国内外城市雨水收集现状
(三)、雨城市水的收集与利用的可行性和必要性
三、城市雨水收集方法的研究
(一)、城市雨水收集现有方式
(二)、雨水渗透循环途径
(三)、探究雨水资源可利用途径
四、城市雨水收集与利用实例解析——武汉市中央广场“中轴”循环利用系统
(一)、项目概况
(二)、设计思路
(三)、系统组成部分
(四)、设计原理及收集能力分析
五、结语
三、参考文献
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[3]允爽.生活小区雨水利用与雨水管网模拟[D].天津:天津大学硕士学位论文,2010
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