城市雨水的收集和利用

论文目：城市雨水的收集和利用 学科（专业）：土木 申请人： 指导教师 摘　要   雨水作为一种很有价值的水资源，污染轻，对调节补充城市水资源、改善城市自然生态系统具有重要作用。20世纪60年代初发达国家已开始重视雨水的利用和资源化研究，并已逐步进入到标准化和产业化的阶段。 随着人口的急剧增长和经济高速发展，水资源短缺已经成为全世界面临的问题。我国也是缺水大国，有专家指出：2010年后，我国将进入严重缺水时期；2030年，我国将缺水400亿立方米至500亿立方米，缺水高峰将会出现。因此把雨水作为重要水资源加以收集利用，已经成为了解决水资源不足的重要途径。城市化建设的快速发展，城市人口不断增加，水源需求量上升。与此 同时，城市不透水面积扩大，导致城市发展的进程打破了水循环系统的平衡。此外，忽视环境影响甚至依靠牺牲环境来换取经济发展这一发展中国家普遍的症状在水 资源领域现出的过度开采地下水资源和水资源污染，使得如何改善水质，解决水资源短缺，增加城市发展和建设活力成为迫在眉睫的问题。雨水利用在缓解水资源 短缺问题上作为可推行方案，对城市水环境恢复和重建的措施具有广泛意义。可以达到节能减排，绿色环保，减少雨水的排放量；另外可以用到生活中的杂用水，节约自来水，减少水处理的成本。 关 键 词：水资源；收集利用；绿色环保 论文类型：应用研究 目  录 摘　要    I 目  录    III 1 绪论    5 1.1 选题意义    5 1.2. 国外城市雨水利用    5 1.3 国内城市雨水利用    6 1.4研究方法与内容    7 2城市雨水收集的必要性    8 2.1 缓解城市缺水的现状    8 2.2 减免城市涝灾    8 2.3 减少雨污汇流    8 3城市雨水收集的途径及方法    9 3.1 屋顶集雨    9 3.2 街道集雨    13 3.3绿地雨水的收集     13 4结论    15 致    谢    17 参考文献    17 附    录    18 附件：    19 预览中看不见即可）： 一  绪论     选题意义 随着人口的急剧增长和经济高速发展，水资源短缺已经成为全世界面临的问题。我国也是缺水大国，有专家指出：2010年后，我国将进入严重缺水时期；2030年，我国将缺水400亿立方米至500亿立方米，缺水高峰将会出现。 因此把雨水作为重要水资源加以收集利用，已经成为了解决水资源不足的重要途径。城市化建设的快速发展，城市人口不断增加，水源需求量上升。与此 同时，城市不透水面积扩大，导致城市发展的进程打破了水循环系统的平衡。此外，忽视环境影响甚至依靠牺牲环境来换取经济发展这一发展中国家普遍的症状在水 资源领域表现出的过度开采地下水资源和水资源污染，使得如何改善水质，解决水资源短缺，增加城市发展和建设活力成为迫在眉睫的问题。雨水利用在缓解水资源 短缺问题上作为可推行方案，对城市水环境恢复和重建的措施具有广泛意义。可以达到节能减排，绿色环保，减少雨水的排放量；另外可以用到生活中的杂用水，节约自来水，减少水处理的成本。    雨水收集利用是实现雨水资源化、节约用水、涵养地下水、降低面源污染、减轻城市洪涝和排水系统压力、改善和修复城市水环境的重要手段。随着经济的飞速发展与城市化进程的加快，淡水资源的匮乏问题更为突出，雨水收集利用具有广阔的发展空间，已经成为缓解水资源短缺、减少雨洪危害、提高废水利用率的重要举措之一。 1.2. 国外城市雨水利用 从20世纪80年代开始，世界各国就开始探索雨水资源化利用。目前世界上很多国家已经认识到了雨水的利用价值，采用各种技术、设备和措施对雨水进行收集、利用、控制和管理。美国、加拿大、意大利、德国、法国、日本、苏丹、也门、澳大利亚等五大洲约40多个国家和地区已经开展了不同规模的雨水利用与管理的研究和应用。 技术方面，国外城市雨水利用的方式主要有三种：一是屋面雨水集蓄系统，收集下来的雨水主要用于家庭、公共场所和企业的非饮用水；二是雨水截污与渗透系统， 道路雨水通过下水道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充地下水；三是生态小区雨水利用系统，小区沿着排水道建有渗透浅沟，表面植有草皮，供雨水流过时下渗，超过渗透能力的雨水则进入雨水池或人工湿地，作为水景或继续下渗。 政策方面，许多国家和地区已经出台了相应的技术手册规范和标准，另外还制订了一系列有关雨水利用的法律法规，对雨水利用给予支持。如德国联邦水法、建设法规和地区法规均以法律条文或规定的形式，要求加强对自然环境的保护和水的可持续利用，如规定新建项目的业主必须对雨水进行处置和利用。同时，通过经济手段控制雨水排放量，如向业主征收不透水地面面积的雨水费用等。设备方面，专门生产雨水利用设备的厂家和公司也逐渐增多。德国GEP公司的雨水过滤器、屋顶雨水利用控制设备、雨水储存罐等产品畅销整个欧洲市场；德国UFT公司的流量控制和监控设备已经开始在全球20多个国家和地区销售和使用；荷兰WAVIN公司的孔隙雨水蓄水池填充料、整体式雨水检查井、雨水口等雨水利用设备已经在全球30多个国家使用。此外，德国在污水联合会ATV规范框架下，基于水体的分类、空气的污染状况、汇水区域的被污染状况、雨水处理设施的效果四个方面做出雨水携带的污染负荷对水体影响的评价。根据评价结果，可以应该如何布置雨水处理设施或提出改进现有雨水处理设施的建议。 1.3 国内城市雨水利用 我国城市雨水利用具有悠久的历史，而真正意义上的城市雨水利用的研究与应用却从20世纪80年代开始，并于90年代发展起来。总的来说技术还较落后，缺乏系统性，更缺少法律、法规保障体系。20世纪90年代以后，我国特大城市的一些建筑物已建有雨水收集系统，但是没有处理和回用系统。在技术和资金缺乏的情况下，收集后的雨水未经任何处理直接排入水体，对城市水体水质造成了很大的影响。 随着城市和工业的发展，水源危机和雨洪危害日益严重。雨水作为重要的水资源加以收集利用，实行综合治理已成为重要的新兴课题。在城市总体规划上，过去普遍采用的合流制排水系统大多数已被改制，改为分流制或截流制排水系统。雨水收集利用的新技术和新设备也不断涌现。对于大型公用建筑、居住区、建筑群等屋面及地面雨水，经收集和一定处理后，除用于土地入渗补充地下水，还可用于景观环境、绿化、洗车场用水、道路冲洗、冷却水补充、冲厕及一些其他生活用水用途。通过因地制宜的规划设计结合雨水收集、利用设备的实施，减少用于以上用途的自来水用量，既可以节约水资源，又可以节约大量自来水费和排污费。另外还有小型雨水利用设备如一体化HDPE雨水贮存利用设备，是以HDPE密封式贮罐为基体，在罐内设置相应的机电设备。罐体可以安放在地面上或者埋入地下，自屋面或者其他集流场所收集的雨水在罐内做简单处理。贮水可以通过自动化设备提供给冲厕、浇灌绿地、洗车、水景等用途。罐内设有水位计量装置，最低水位时限制吸水，提示引入其他水源。该设备可广泛应用于小型建筑、别墅、洗车场、住宅的雨水收集与利用。 但是这些设备中，对于初期雨水均采用弃流的方式，也没有对弃流后的处理提出较好的方案。 目前，我国大中城市的雨水利用基本处于探索与研究阶段，北京、上海、大连、哈尔滨、西安等许多城市相继开展研究，已显示出良好的发展势头。由于缺水形势严峻，北京市开展的步伐较快，城市雨水利用已进入示范与实践阶段。《北京城市总体规划(2004—2020年)》的描述，市政系统的中水将成重要水源，到2020年，中心城和新城区的雨水管道覆盖率达90%以上，完善污水处理设施和回收系统，建立中水回用系统，使中水成为城市绿化、道路浇水、生活杂用和工业冷却等主要水源。通过一批示范工程，争取用较短的时间带动整个领域的发展，实现城市雨水利用的标准化和产业化，从而加快我国城市雨水利用的步伐 1.4研究方法与内容 城市缺水日益严重, 泛滥的雨水却使城市排水系统不堪重负。本文阐述了雨水资源利用的必要性。由国内外部分城市,地区合理利用雨水资源的成功典范,阐明利用雨水资源的可行性，提出了雨水收集与利用的具体方案 把雨水收集起来，经简单处理用于土地入渗补充地下水、城市的浇灌绿化、冲洗马路、消防、洗车、冲厕、洗衣服及其他生活用途，既能减少城市雨洪危害、减轻城市排水和河道行洪压力，又能缓解城市水资源短缺的危机。在我国，城市雨水利用还处于刚刚起步阶段。城市建设中，由于偏重于基础设施的建设，忽视对城市自然调节功能的保留和培育，导致整个城市被钢筋水泥覆盖，市区地面大面积硬化，雨水难以下渗，大量雨水通过排水系统白白流走，造成资源的巨大浪费。据测算，北京市城区每年可利用的雨水量有2．3亿立方米而目前，全市年收集水量仅为150万立方米，大量雨水白白地流走了，非常可惜。因此，在水资源危机和雨洪危害日益严重的情况下，加强雨水的收集利用，成为我国城市建实验法设中的重要新兴课题 本论文综合运用文献研究法，实验法， 实证研究法和模拟法等多种方法，去探究雨水收集的方法和策略。针对目前国内城市雨水利用的现状，结合国内外先进的雨水利用技术，分别提出屋顶雨水，街道雨水和绿地雨水的收集和回用的措施。对现阶段国内雨水利用提出一些建议，以便更大限度地利用雨水资源 2城市雨水收集的重要性 2.1 缓解城市缺水的现状 城市化是衡量国家发达程度的重要标准，也是农业国向 工业国转化的必经之路。我国现是一个发展中国家，还未进 入工业化成熟阶段，城市化进程任重道远。必然会给城市供 水系统增加新的压力。由于近十几年来城市化进程加快，水 资源供需不平衡已十分突出。在现有的 672 座城市，有 400 多座供水不足，110 多座严重缺水，全国工业产值平均每年 减少 2300 多亿元，其中绝大多数在城市工业，那么严重缺 水的城市会更多，其中资源型缺水问题更加凸显。 随着人口的急剧增长和经济高速发展，水资源短缺已经成为全世界面临的问题。我国也是缺水大国，有专家指出：2010年后，我国将进入严重缺水时期；2030年，我国将缺水400亿立方米至500亿立方米，缺水高峰将会出现。因此把雨水作为重要水资源加以收集利用，已经成为了解决水资源不足的重要途径。城市化建设的快速发展，城市人口不断增加，水源需求量上升。与此 同时，城市不透水面积扩大，导致城市发展的进程打破了水循环系统的平衡。此外，忽视环境影响甚至依靠牺牲环境来换取经济发展这一发展中国家普遍的症状在水 资源领域表现出的过度开采地下水资源和水资源污染，使得如何改善水质，解决水资源短缺，增加城市发展和建设活力成为迫在眉睫的问题。雨水利用在缓解水资源 短缺问题上作为可推行方案，对城市水环境恢复和重建的措施具有广泛意义。可以达到节能减排，绿色环保，减少雨水的排放量；另外可以用到生活中的杂用水，节约自来水，减少水处理的成本。  2.2 减免城市涝灾 我国地势西高东低，且河流众多，平原中的平地大部分 都位于江河洪水水位以下，是洪水洪灾的易发区。加之，我 国大部分地区的气候属于亚洲季风气候，雨季年内高度集中， 夏季冷暖气流相遇时，通常有强度较大暴雨发生，易产生洪 涝灾害。目前我国城市较重视防外水，即防洪，忽视预防内 水，即暴雨汇流产生的涝灾。随着城市化进程的加快，土地成了稀缺资源，挤占排水 河道和市区湖泊、洼地、绿地等现象十分明显。不仅减少了 水域、绿地拦蓄能力，而且增加暴雨汇流强度及洪涝的机率。 可以通过有地恢复城市水域空间和绿地面积，增加雨水 拦蓄能力，减免涝灾，恢复生态。 2.3 减少雨污汇流 我国城市通常都是一个排水通道，雨污不分，不仅增加 了城市排水系统的雨洪排水压力，还增加了城市污水排放量。 一遇暴雨，雨污混流，污水倒溢，到处积水。 城市雨水利用，虽无法减轻水质污染，但是可以减少雨 污混流，从而减轻城市产生雨污水量和雨污水合流的处理量。 3城市雨水收集的途径及方法 3.1 屋顶集雨  屋顶集雨，即利用建筑物屋顶面积收集雨水，蓄水池储 存，生活饮用。年集雨量等于屋顶面积乘以当地当年年降水 量。蓄水池容量根据年集雨量和所居人口需水量综合考虑确定。其主要设置有屋顶面积、檐槽、引水管道、蓄水池、水 泵、供水管道和过滤器或反渗透过滤器等。蓄水池主要有混 凝土浇筑、土窖或砖石结构等材料，蓄水池设拦污网和拦污 池。供水管道可借用原屋内供水管道，管道进水口和出水口 分别安设过滤和反渗透过滤器。城市居住区屋面集雨利用是城市雨水利用体系的重要组成部分，它是指利用居住区屋面进行雨水收集，收集的雨水经过处理后存储并回用于家庭的生活用水，例如冲厕、洗衣、灌溉和洗车等。方案三、楼房屋顶雨水的收集利用 楼房屋顶雨水的收集利用主要分为集蓄利用和屋顶绿化，集蓄利用系统是将屋顶作为集雨面，通过收集-输水-净水-储存等渠道利用雨水。其收集到的水可以用于家庭、公共设施、工业等方面的非饮用水，如浇灌、冲洗、冷却循环等中水系统。根据当地的气候条件选择适宜的植被和土壤类型，在屋顶铺设一定厚度的土壤层，进行屋顶绿化。  对于高密度建设的城市，屋面雨水收集大幅提高对降水资源的利用。 3.2 街道集雨 街道、马路集雨，即利用街道、马路专设雨水排水管道 引水，分区设置蓄水池储存，就地利用。排水管道设置要采 用雨污分流设置，雨水管道进口晴天封闭，雨天打开；排污 管道晴天打开、雨天封闭。蓄水池可置于绿地下，容量根据 集雨面积和当地暴雨强度计算得到的雨水流量确定。 这种雨污分流系统，不仅可以应用于市政管道，也可用 于居民小区，自蓄自用。城市建设中可以统一规划，也可以 分别列入各街区、各居住小区建设规划当中。城市建设部门 统一管理，制定相应的制度，用经济、行政措施逐步推行。 在街道设计 一 建设过 程中 , 雨水 被作为一种 生态资源，景观资源加以利用 , 街道绿地区被建设成具有雨水管理功能的绿色景观 空间 , 同时合理化、最 大化地应 用不透水铺装 , 最终 以 植 物，土壤等自然 元素管理雨水，恢 复街道 自然的雨水循环 过程。广 义的绿 色街道进一步扩展 利用雨水管理景观设施 进行雨水管理的范围 , 将街道地表 雨水管理 、 街道旁建筑 雨水管理与街道景观建设，街道 交通 系统构 建结构协调在一起的街道建设形式 。因此 , 绿色街道具有显著 的雨水 水 量与雨水水质管理作用，它可以 减缓 雨水径流流速，减少 雨水径流总量，减少雨 水径流洪 峰流量，延迟雨 水径 流形成时间，促进雨水 自然下渗，补充地下水资源，净化雨水质。此外 , 绿 色街道 也具有减少城市热岛效应， 提供动 植物 栖息地等生态功能,具有形 成优美安全 的街道环境，适 宜的街道尺度，提升街道活力与吸引力的景观功能。最 后 , 绿色街道 还具有节省城市雨水管 网建设与维护运行成 本、提升其所在区域房产价值等方面的经济功能 。 3.3 绿地雨水的收集 雨水经过绿地后，会有相当一部分被截留在绿地土壤中，但仍有一部分多余的雨水会以地面径流的方式浪费掉，而这部分水经过绿地后，得到大幅度的净化，有很高的利用价值，因此我们应该收集起来进行利用。 绿地的雨水收集可以采取建造雨水贮留设施的方法，雨水贮留设施可分为地面蓄水和地下蓄水两种： 地面蓄水设施可以是蓄水池、水库、也可以是塘坝。直接的也是最经济的办法是将城市低洼地进行优化改造，并配以适当的引水设施，能很好地蓄存雨水径流； 对于收集后的雨水，我们采取直接利用和间接利用的方法。 直接利用是将雨水径流收集起来，据用途的不同进行不同程度处理后用于绿化、洗车、道路喷洒、厕所冲洗等。 间接利用是使用多种措施强化雨水就地入渗，使更多雨水留在城市境内并渗入地下以补充地下水。 绿地中，雨水的利用途径方案的选择应根据水资源的紧缺程度、雨水利用的可行性与可靠度、投资额以及管理的难易程度等多方面因素综合考虑来决定。对于缺水地区来说，以较少的资金获得较大的生态效益，我们应该采取以大部分渗透，小部分收集排放为主要设计方案。在这一方面，我们可以采取四种方式： 第一种方式，增加植被或其他材料的覆盖，减少硬质铺装和裸露地表面积 研究表明，植被覆盖度对径流量的影响极为显著。植被覆盖能够有效的影响地表反射率、地表温度、下垫面的粗糙度和土壤-植被-大气连续体间的水分交流。随植被的覆盖度的增加，径流量明显减少，特别是覆盖度从30%增至80%时，径流量减少尤为明显，当覆盖度超过80%后，径流量就基本趋于稳定。如图1                             图1 第二种方式，降低地表坡度值，并将单一坡度变为陡缓结合的坡度 坡度是一个影响土壤侵蚀的重要因子，一般认为在其他条件相同情况下，坡度越大，产流速度越快，径流量越大。但从各坡度范围分析，径流量随坡度增加而增加，并非连续的，而是存在一个临界坡度，这个临界坡度大约为26o—30o,从26o到30o径流量随坡度的增加而减少，大于30o后，径流量又随坡度的增加而增加。在进行绿地设计时应尽可能控制地表坡度，坡度越趋于平缓，雨水汇集的速度减缓，增加了雨水渗透的时间，同时也增加了渗透量。将单一坡度变为陡缓结合的坡度可以有效延长雨水下渗量。如图2 陡缓结合的地形有利于雨水的渗透                      图2 第三种方式，降低绿地标高，形成下凹绿地 在建设绿地时应协调好绿地周边高程、绿地高程的关系，使周边高程高于绿地高程，形成下凹绿地。这样，降雨后雨水径流进入绿地，经绿地蓄渗、补充消耗的土壤水分后，多余的雨水再流入雨水管道。北京市在1990年—1991年做了草坪高度对入渗量的影响试验，结果表明若草坪低于路面，其入渗量是高于路面时的3~4倍。如图3                  下凹绿地可以临时储存雨水并渗透  图3 4结论 随着人口的急剧增长和经济高速发展，水资源短缺已经成为全世界面临的问题。我国也是缺水大国，因此把雨水作为重要水资源加以收集利用，已经成为了解决水资源不足的重要途径。雨水利用在缓解水资源 短缺问题上作为可推行方案，对城市水环境恢复和重建的措施具有广泛意义。可以达到节能减排，绿色环保，减少雨水的排放量；另外可以用到生活中的杂用水，节约自来水，减少水处理的成本。雨水收集利用是实现雨水资源化、节约用水、涵养地下水、降低面源污染、减轻城市洪涝和排水系统压力、改善和修复城市水环境的重要手段。随着经济的飞速发展与城市化进程的加快，淡水资源的匮乏问题更为突出，雨水收集利用具有广阔的发展空间，已经成为缓解水资源短缺、减少雨洪危害、提高废水利用率的重要举措之一。收集、利用雨水，是发展循环经济、建设节约型社会的重要举措。这就要求有关部门转变城市治水思路，本着先发展雨水利用工程、再建排水系统的原则，依靠科技，加大投入，建立先进高效、生态环保的城市排水系统。同时，要建立健全规章制度和法律法规。应尽早制定《雨水利用条例》，积极推动城市雨水利用与管理进程，使之成为集经济效益、社会效益和生态效益为一体的和谐工程。 致    谢 本论文是在XX老师的悉心指导下完成的。老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅是我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与人处事的道路。在论文完成之际，我要特别感谢XX老师的热情关怀和悉心指导。 参考文献 [1]牟海省．国内外雨水利用的历史、现状与趋势[A]．中国 雨水利用研究文集[C]．北京：    中国矿业大学出版社， 1998,44～52 [2]朱强，李元红.论雨水集蓄利用技术[A]．中国雨水利用 研究文集[C]．北京：中国矿业大    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