探討管道在建筑小區(qū)內(nèi)雨水收集、排放的新應(yīng)用
城市雨水作為第二大水資源，一方面沒有被很好的收集回用，從而沒有從根本上解決國內(nèi)大部分嚴(yán)重缺水城市的用水問題;另外一方面，雨水是城市內(nèi)澇的根源。地埋管道不僅是雨水排放的主要手段，還可以在經(jīng)濟(jì)的技術(shù)改造下，簡易地成為雨水收集、調(diào)蓄的有效工具，進(jìn)而有效地解決城市內(nèi)澇、城市用水緊張等全球性問題。
1.雨水排放
目前，為提高污水COD、BOD處理效率，降低地下水二次污染風(fēng)險(xiǎn)，我國新城建筑采用雨污分流進(jìn)行雨水獨(dú)立排放。即便如此，城市化的高度發(fā)展，使得城市不透水地面(水泥地、道路路面)面積快速增長，雨水不能直接回流入地下導(dǎo)致雨水徑流量大大增加，雨水管道、雨水泵站等設(shè)施的負(fù)荷也大大加重;近年來，國內(nèi)城市內(nèi)澇頻發(fā)，給城市發(fā)展帶來巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)損失。
一方面由于中國人口基數(shù)大，使得水資源極度緊缺，另一方面又未能利用寶貴的雨水資源，造成了水資源的浪費(fèi)。單方面地研究雨水排放(例如設(shè)計(jì)更長的暴雨重現(xiàn)期對(duì)應(yīng)的地下管網(wǎng))已經(jīng)不能在根本上解決水資源供需平衡。
導(dǎo)致城市內(nèi)澇的原因較多，總體可以歸納為以下三點(diǎn)：一是城市化快速發(fā)展，道路、建筑群等不透水面積不斷擴(kuò)大，可滲雨水面積明顯縮小;二是全球氣候變化大、暴雨強(qiáng)度不可預(yù)測(cè)，致使地面匯流的雨水不能及時(shí)通過明渠收集系統(tǒng)(雨水井、排水溝)導(dǎo)入地下管網(wǎng)，三是管網(wǎng)輸送能力不及匯水流量。城市管網(wǎng)的輸送能力主要是由設(shè)計(jì)所決定。城市雨水管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)從建國以來一直采用超低標(biāo)準(zhǔn)，即設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期使用低標(biāo)準(zhǔn)、流量計(jì)算方法安全系數(shù)選用低取值。當(dāng)城市內(nèi)澇嚴(yán)重時(shí)，提升現(xiàn)有的雨水管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)幾乎無法實(shí)現(xiàn)。
2. 本文探討在城市建筑小區(qū)內(nèi)雨水收集、排放的新型應(yīng)用路線和內(nèi)容
本文將探討地埋管道(新型環(huán)保塑料管材：HDPE纏繞增強(qiáng)B型結(jié)構(gòu)壁管)在城市建筑小區(qū)內(nèi)雨水收集、排放的新型應(yīng)用。管道在雨水排放時(shí)，可根據(jù)暴雨強(qiáng)度發(fā)揮蓄水功能，降低雨水匯流峰值、減緩排放入市政排水管道，有效降低城市內(nèi)澇的幾率;在雨水收集時(shí)，作為替代傳統(tǒng)蓄水池的初級(jí)“沉淀池”，為雨水再利用提供條件。故本文將根據(jù)雨水收集與排放特點(diǎn)、傳統(tǒng)調(diào)蓄池的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合建筑小區(qū)內(nèi)景觀水池，綜合探討環(huán)保、安全的地埋塑料管材作為雨水儲(chǔ)蓄池的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
3. 管道在雨水收集、排放中的新思路
建筑物雨水收集與利用系統(tǒng)，是指收集、利用建筑物屋頂及道路、廣場(chǎng)等硬化地表匯集的降雨徑流，經(jīng)收集渠道積蓄在地下管網(wǎng)，此時(shí)建筑地下雨水管網(wǎng)作為儲(chǔ)水池，在雨水充裕時(shí)緩排入市政雨水管;在雨水不足季節(jié)進(jìn)行水質(zhì)處理，為綠化、景觀用水、洗滌及地下水源提供雨水補(bǔ)給，以達(dá)到綜合利用雨水資源和節(jié)約用水的目的。
傳統(tǒng)的雨水儲(chǔ)蓄池利用綠地和空地，不占耕地，提高土地利用率，儲(chǔ)蓄后雨水可回用于城市雜用，符合國家節(jié)能減排政策;但是缺點(diǎn)是：設(shè)計(jì)內(nèi)容較為繁瑣;運(yùn)行維護(hù)管理復(fù)雜，安全性較差;施工內(nèi)容多，施工難度大(1)。因此，將原地埋塑料管道簡易改造為雨水調(diào)蓄池意義重大。
雨水收集系統(tǒng)主要涉及管網(wǎng)系統(tǒng)。一般來說對(duì)于城市雨水主要有屋面、路面、綠地3種匯流介質(zhì)。本文主要探討建筑群雨水匯流到地下雨水管道時(shí)，管道與排水溝的分析與應(yīng)用，因此將屋面與路面雨水收集雨水的管網(wǎng)合并來進(jìn)行本案的設(shè)計(jì)。
圖3.1為建筑小區(qū)雨水收集工藝(5)：
對(duì)于排水閥的細(xì)部構(gòu)造圖，主要可分為溢流/沉淀裝置、閥門裝置和回用提升泵裝置三大部分，并可分別應(yīng)用于建筑物和工業(yè)兩大領(lǐng)域，如圖2和圖3：
(2)、在大多數(shù)已有的建筑管網(wǎng)內(nèi)，在原有管道匯入主干市政管道前安裝節(jié)流閥，并在管網(wǎng)與景觀水池間增設(shè)一臺(tái)水泵。
a、在降雨量少時(shí)，收集的雨水需要儲(chǔ)存在管道中，因此，管道接口密封性要求高;
b、由于中國南部酸雨降雨頻繁，管道需要有很好的防氣、液體腐蝕性能;
c、管道儲(chǔ)水需要選用中等以上口徑管材(例如：DN≥500)，且自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;
d、雨水收集長伴有塵土、沙、煤屑等物，在開始排放時(shí)需要放閘沖刷，流速要求高，故管道需要有光滑的內(nèi)壁及耐磨性;
e、管道系統(tǒng)應(yīng)對(duì)地質(zhì)擾動(dòng)(如地震)要有一定的自適應(yīng)能力。
在雨水排放方面，常用的雨水管道有U-PVC雙壁波紋管，HDPE雙壁波紋管和HDPE纏繞增強(qiáng)管。這些管材各自的特點(diǎn)如下：
表1：建筑物常用塑料雨水管道綜合比較
|
項(xiàng)目 |
U-PVC雙壁波紋管 |
HDPE雙壁波紋管 |
HDPE纏繞增強(qiáng)管 |
|
管型 |
B型 |
B型 |
B型 |
|
材料脆性 |
較大 |
小 |
小 |
|
連接方式 |
承插膠圈連接、粘合連接 |
承插式密閉圈、 |
承插式電熔連接 |
|
防滲性能 |
接口處容易漏水 |
接口處容易滲水 |
可實(shí)現(xiàn)零滲漏 |
|
耐腐蝕性 |
好 |
好 |
好 |
|
流阻系數(shù) |
0.009-0.01 |
0.009-0.01 |
0.009-0.01 |
|
結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 |
較差 |
較好 |
好 |
|
環(huán)剛度（埋深） |
適合覆土1.5米以內(nèi)的環(huán)境 |
適合覆土1.5米以內(nèi)的環(huán)境 |
覆土深度可達(dá)20m |
|
綜合造價(jià) |
低 |
低 |
低 |
由以上要求和塑料管材對(duì)比可知，新型HDPE纏繞增強(qiáng)B型結(jié)構(gòu)壁管是雨水收集排放的最佳選擇。此種管型最大的特點(diǎn)是承插式電熔連接，保證連接零滲漏;其次是這種管道系統(tǒng)具有優(yōu)越的自適應(yīng)能力，可有效抵抗地基沉降和地質(zhì)擾動(dòng)(有資料表明，在日本阪神和福島大地震中，HDPE纏繞增強(qiáng)管是唯一一種不被破壞的管道)。另外，吸水率小、內(nèi)壁光滑、超耐腐蝕和施工安裝簡單也是次管道突出的特點(diǎn)。
屋面雨水水質(zhì)較好、徑流量大又便于收集輸送。本章主要討論對(duì)地埋管網(wǎng)簡易改造后進(jìn)行雨水排放、收集，需要對(duì)能匯流到雨水管的雨水全部收集，所以管網(wǎng)可以合并。
在典型的城市生活建筑中，路面匯流為重力流，由地勢(shì)較高處向地勢(shì)較低的明渠收集系統(tǒng)匯集。路面匯流具有以下特點(diǎn)：
a. 徑流量大，收集起來相對(duì)容易;
b. 初期水質(zhì)COD通常高達(dá)3000-4000mg/L，難以直接回用;
c. 我國是全球三大酸雨(pH5.6以下)(2)區(qū)之一，據(jù)1999年的106個(gè)城市的降雨pH值檢測(cè)結(jié)果，我過降雨酸度最大可達(dá)4.3，其中南方城市酸雨頻率達(dá)80%;
d. 易堆積淤泥，對(duì)下游雨水管系統(tǒng)輸送能力要求高。
在雨水匯如市政雨水管網(wǎng)前，明渠系統(tǒng)承擔(dān)主要的雨水收集工作。路面雨水收集與傳輸主要采用雨水井、傳統(tǒng)混凝土排水溝和樹脂混凝土排水溝。
|
項(xiàng)目 |
雨水井 |
水泥混凝土排水溝 |
樹脂混凝土排水溝 |
|
材料 |
磚、水泥混凝土 |
鋼筋、水泥混凝土 |
樹脂混凝土 |
|
環(huán)保性 |
水泥屬堿性材料，公認(rèn)不環(huán)保 |
水泥屬堿性材料，公認(rèn)不環(huán)保 |
不溶有害物質(zhì)、粉碎后可回收利用 |
|
分布 |
按平均匯水面積分布，比較零散 |
可沿建筑物周圍、道路兩邊集中分布 |
可沿建筑物周圍、道路兩邊集中分布 |
|
外觀 |
與周圍建筑 |
現(xiàn)場(chǎng)澆筑，美觀度較差 |
整潔，美觀 |
|
輸水能力 |
與單位面積個(gè)數(shù)有關(guān) |
流阻大，輸水能力差 |
流阻小，輸水能力強(qiáng) |
|
防滲性能 |
較差 |
差 |
好 |
|
現(xiàn)場(chǎng)施工 |
現(xiàn)場(chǎng)搭筑：耗時(shí)，人工成本高 |
現(xiàn)場(chǎng)搭筑：耗時(shí)，人工成本高 |
工廠預(yù)鑄，安裝簡單 |
|
耐腐蝕 |
耐堿性佳，無耐酸性 |
耐堿性佳，無耐酸性 |
耐pH1-10佳 |
|
使用壽命 |
惡劣環(huán)境12-15年 |
惡劣環(huán)境12-15年 |
惡劣環(huán)境 > 100年 |
|
材料造價(jià) |
低 |
較低 |
較高 |
注：惡劣環(huán)境：pH1-10的極酸、極堿環(huán)境。
由表2.1可知，雖然由水泥混凝土筑成的雨水井和排水溝雖然造價(jià)低，且成為工程施工單位、設(shè)計(jì)單位人員慣用產(chǎn)品，但是生產(chǎn)水泥，消耗大量的粘土和原煤，能耗大，已是公認(rèn)的非環(huán)保材料;從國家環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略角度，水泥制品管道或者排水溝將會(huì)逐步被限制或被同類新型環(huán)保產(chǎn)品替換。另一方面，樹脂混凝土(主要成分為聚酯、樹脂)排水溝，從環(huán)保、水利性能、防腐蝕能力和綜合使用壽命來說，都體現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)：其中，樹脂混凝土排水溝美觀、大方，與建筑小區(qū)格局能很好的匹配(如圖3.2);此外，樹脂混凝土排水溝，施工方便，使得其可沿著建筑物周邊、道路兩側(cè)分布，大大增加了匯水面積，有效應(yīng)對(duì)因不透水面積增大而影響地表雨水排放。
因此，預(yù)鑄聚酯樹脂混凝土排水溝是替代傳統(tǒng)水泥混凝土雨水井和排水溝的最佳選擇。
雨水管道的設(shè)計(jì)通常采用極限強(qiáng)度理論——城市設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、匯水面積采用設(shè)計(jì)條件的極限值，即當(dāng)匯水面積上最遠(yuǎn)點(diǎn)的雨水流至計(jì)算檢查井時(shí)，雨水管道設(shè)計(jì)流量最大;當(dāng)降雨歷時(shí)等于匯水面積上最遠(yuǎn)點(diǎn)的雨水流至計(jì)算檢查井的時(shí)間時(shí)，雨水管道的設(shè)計(jì)流量最大，據(jù)此確定設(shè)計(jì)流量的最大值，并作為雨水管段設(shè)計(jì)的依據(jù)[3]。
其中，此方法是基于降雨在匯水面積分布、降雨強(qiáng)度在某段降雨時(shí)段均勻和匯水面積增長速度均勻的假設(shè)條件而得出的。故可以根據(jù)此理論繪制降雨過程線，如圖3.
從徑流過程圖可以看出，當(dāng)徑流流量剛到達(dá)峰值時(shí)(A1)，匯水面積上最遠(yuǎn)點(diǎn)的雨水已經(jīng)被匯集到計(jì)算的檢查井里。這時(shí)，無論對(duì)于雨水排放或者收集，流向市政主干雨水管的閥門應(yīng)該被打開，使雨水直接排放。因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候的雨水夾雜含量較多的塵土、沙、煤屑等物，且雨水酸性較大，水質(zhì)渾濁、色度大，不適合回收利用。對(duì)于面積A2的雨水可以儲(chǔ)存，這時(shí)的雨水水質(zhì)比較好，同時(shí)這是也是市政雨水主干管排水壓力最大的時(shí)候。最后對(duì)于面積A3內(nèi)的雨水流量，在滿足建筑小區(qū)內(nèi)用水后，可以設(shè)置溢流閥，這時(shí)雨水流量不會(huì)因?yàn)榕欧胖劣晁晒芏疬^飽和負(fù)荷。
城市雨水管道的設(shè)計(jì)計(jì)算公式如下：
(1)式中 Q——雨水管道設(shè)計(jì)流量，L/s
φ——徑流系數(shù)
q——設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/(s ? 104 m2)
F——匯水面積，104 m2
P——設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度重現(xiàn)期，a
t1——地面集水時(shí)間，min
t2——管道流行時(shí)間，min
m——折減系數(shù)
A1、C、n、b——地方參數(shù)
利用以上公式，可以初步計(jì)算出需要小區(qū)每月所能儲(chǔ)存的回收雨水總量，進(jìn)而對(duì)小區(qū)景觀、綠化所需用水進(jìn)行最大程度的補(bǔ)給，也同時(shí)減輕市政雨水主干管的排放壓力。雨水利用工程設(shè)計(jì)應(yīng)通過水量平衡、水力計(jì)算和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析來確定方案，協(xié)調(diào)各專業(yè)關(guān)系，兼顧經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。做到盡可能多的利用雨水，又不盲目擴(kuò)大設(shè)計(jì)規(guī)模。
我國水資源總體缺乏，《住宅建筑規(guī)范》明確規(guī)定“人工景觀水體的補(bǔ)充水嚴(yán)禁使用自來水”。其補(bǔ)水水源可考慮中水或雨水。雨水利用作居民的非生活直接用水，對(duì)缺水地區(qū)來說，具有很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是確定一套經(jīng)濟(jì)適用、方便管理、運(yùn)行可靠的方案。此應(yīng)用的最大優(yōu)點(diǎn)在于在不占用緊張建筑用地的同時(shí)，可以進(jìn)行簡易改造，可操作性強(qiáng)。另外，只需維護(hù)管道，比較單一。
因此，地埋塑料管道作為建筑小區(qū)雨水收集裝置在經(jīng)過簡易改造后，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化。規(guī)模化后的市政雨水主干管的負(fù)擔(dān)才可被分?jǐn)?，如此才可根本上解決城市內(nèi)澇、用水緊張等問題。
以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關(guān)于雨水的知識(shí)技巧了，學(xué)習(xí)以上的探討管道在建筑小區(qū)內(nèi)雨水收集、排放的新應(yīng)用知識(shí)，對(duì)于雨水的幫助都是非常大的，這也是新手學(xué)習(xí)資源環(huán)境所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問題可以點(diǎn)擊右側(cè)人工服務(wù)，我們會(huì)有專業(yè)的人士來為您解答。
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