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探讨管道在建筑小区内雨水收集、排放的新应用
城市雨水作为第二大水资源,一方面没有被很好的收集回用,从而没有从根本上解决国内大部分严重缺水城市的用水问题;另外一方面,雨水是城市内涝的根源。地埋管道不仅是雨水排放的主要手段,还可以在经济的技术改造下,简易地成为雨水收集、调蓄的有效工具,进而有效地解决城市内涝、城市用水紧张等全球性问题。
1.雨水排放
目前,为提高污水COD、BOD处理效率,降低地下水二次污染风险,我国新城建筑采用雨污分流进行雨水独立排放。即便如此,城市化的高度发展,使得城市不透水地面(水泥地、道路路面)面积快速增长,雨水不能直接回流入地下导致雨水径流量大大增加,雨水管道、雨水泵站等设施的负荷也大大加重;近年来,国内城市内涝频发,给城市发展带来巨大的经济与社会损失。
一方面由于中国人口基数大,使得水资源极度紧缺,另一方面又未能利用宝贵的雨水资源,造成了水资源的浪费。单方面地研究雨水排放(例如设计更长的暴雨重现期对应的地下管网)已经不能在根本上解决水资源供需平衡。
导致城市内涝的原因较多,总体可以归纳为以下三点:一是城市化快速发展,道路、建筑群等不透水面积不断扩大,可渗雨水面积明显缩小;二是全球气候变化大、暴雨强度不可预测,致使地面汇流的雨水不能及时通过明渠收集系统(雨水井、排水沟)导入地下管网,三是管网输送能力不及汇水流量。城市管网的输送能力主要是由设计所决定。城市雨水管道设计标准从建国以来一直采用超低标准,即设计暴雨重现期使用低标准、流量计算方法安全系数选用低取值。当城市内涝严重时,提升现有的雨水管网标准几乎无法实现。
2. 本文探讨在城市建筑小区内雨水收集、排放的新型应用路线和内容
本文将探讨地埋管道(新型环保塑料管材:HDPE缠绕增强B型结构壁管)在城市建筑小区内雨水收集、排放的新型应用。管道在雨水排放时,可根据暴雨强度发挥蓄水功能,降低雨水汇流峰值、减缓排放入市政排水管道,有效降低城市内涝的几率;在雨水收集时,作为替代传统蓄水池的初级“沉淀池”,为雨水再利用提供条件。故本文将根据雨水收集与排放特点、传统调蓄池的优缺点,结合建筑小区内景观水池,综合探讨环保、安全的地埋塑料管材作为雨水储蓄池的社会经济效益。
3. 管道在雨水收集、排放中的新思路
建筑物雨水收集与利用系统,是指收集、利用建筑物屋顶及道路、广场等硬化地表汇集的降雨径流,经收集渠道积蓄在地下管网,此时建筑地下雨水管网作为储水池,在雨水充裕时缓排入市政雨水管;在雨水不足季节进行水质处理,为绿化、景观用水、洗涤及地下水源提供雨水补给,以达到综合利用雨水资源和节约用水的目的。
传统的雨水储蓄池利用绿地和空地,不占耕地,提高土地利用率,储蓄后雨水可回用于城市杂用,符合国家节能减排政策;但是缺点是:设计内容较为繁琐;运行维护管理复杂,安全性较差;施工内容多,施工难度大(1)。因此,将原地埋塑料管道简易改造为雨水调蓄池意义重大。
雨水收集系统主要涉及管网系统。一般来说对于城市雨水主要有屋面、路面、绿地3种汇流介质。本文主要探讨建筑群雨水汇流到地下雨水管道时,管道与排水沟的分析与应用,因此将屋面与路面雨水收集雨水的管网合并来进行本案的设计。
图3.1为建筑小区雨水收集工艺(5):
建筑小区地埋管网收集雨水示意图
对于排水阀的细部构造图,主要可分为溢流/沉淀装置、阀门装置和回用提升泵装置三大部分,并可分别应用于建筑物和工业两大领域,如图2和图3:
(2)、在大多数已有的建筑管网内,在原有管道汇入主干市政管道前安装节流阀,并在管网与景观水池间增设一台水泵。
a、在降雨量少时,收集的雨水需要储存在管道中,因此,管道接口密封性要求高;
b、由于中国南部酸雨降雨频繁,管道需要有很好的防气、液体腐蚀性能;
c、管道储水需要选用中等以上口径管材(例如:DN≥500),且自身结构稳定;
d、雨水收集长伴有尘土、沙、煤屑等物,在开始排放时需要放闸冲刷,流速要求高,故管道需要有光滑的内壁及耐磨性;
e、管道系统应对地质扰动(如地震)要有一定的自适应能力。
在雨水排放方面,常用的雨水管道有U-PVC双壁波纹管,HDPE双壁波纹管和HDPE缠绕增强管。这些管材各自的特点如下:
表1:建筑物常用塑料雨水管道综合比较
项目 |
U-PVC双壁波纹管 |
HDPE双壁波纹管 |
HDPE缠绕增强管 |
管型 |
B型 |
B型 |
B型 |
材料脆性 |
较大 |
小 |
小 |
连接方式 |
承插胶圈连接、粘合连接 |
承插式密闭圈、 |
承插式电熔连接 |
防渗性能 |
接口处容易漏水 |
接口处容易渗水 |
可实现零渗漏 |
耐腐蚀性 |
好 |
好 |
好 |
流阻系数 |
0.009-0.01 |
0.009-0.01 |
0.009-0.01 |
结构稳定性 |
较差 |
较好 |
好 |
环刚度(埋深) |
适合覆土1.5米以内的环境 |
适合覆土1.5米以内的环境 |
覆土深度可达20m |
综合造价 |
低 |
低 |
低 |
由以上要求和塑料管材对比可知,新型HDPE缠绕增强B型结构壁管是雨水收集排放的最佳选择。此种管型最大的特点是承插式电熔连接,保证连接零渗漏;其次是这种管道系统具有优越的自适应能力,可有效抵抗地基沉降和地质扰动(有资料表明,在日本阪神和福岛大地震中,HDPE缠绕增强管是唯一一种不被破坏的管道)。另外,吸水率小、内壁光滑、超耐腐蚀和施工安装简单也是次管道突出的特点。
屋面雨水水质较好、径流量大又便于收集输送。本章主要讨论对地埋管网简易改造后进行雨水排放、收集,需要对能汇流到雨水管的雨水全部收集,所以管网可以合并。
在典型的城市生活建筑中,路面汇流为重力流,由地势较高处向地势较低的明渠收集系统汇集。路面汇流具有以下特点:
a. 径流量大,收集起来相对容易;
b. 初期水质COD通常高达3000-4000mg/L,难以直接回用;
c. 我国是全球三大酸雨(pH5.6以下)(2)区之一,据1999年的106个城市的降雨pH值检测结果,我过降雨酸度最大可达4.3,其中南方城市酸雨频率达80%;
d. 易堆积淤泥,对下游雨水管系统输送能力要求高。
在雨水汇如市政雨水管网前,明渠系统承担主要的雨水收集工作。路面雨水收集与传输主要采用雨水井、传统混凝土排水沟和树脂混凝土排水沟。
项目 |
雨水井 |
水泥混凝土排水沟 |
树脂混凝土排水沟 |
材料 |
砖、水泥混凝土 |
钢筋、水泥混凝土 |
树脂混凝土 |
环保性 |
水泥属碱性材料,公认不环保 |
水泥属碱性材料,公认不环保 |
不溶有害物质、粉碎后可回收利用 |
分布 |
按平均汇水面积分布,比较零散 |
可沿建筑物周围、道路两边集中分布 |
可沿建筑物周围、道路两边集中分布 |
外观 |
与周围建筑 |
现场浇筑,美观度较差 |
整洁,美观 |
输水能力 |
与单位面积个数有关 |
流阻大,输水能力差 |
流阻小,输水能力强 |
防渗性能 |
较差 |
差 |
好 |
现场施工 |
现场搭筑:耗时,人工成本高 |
现场搭筑:耗时,人工成本高 |
工厂预铸,安装简单 |
耐腐蚀 |
耐碱性佳,无耐酸性 |
耐碱性佳,无耐酸性 |
耐pH1-10佳 |
使用寿命 |
恶劣环境12-15年 |
恶劣环境12-15年 |
恶劣环境 > 100年 |
材料造价 |
低 |
较低 |
较高 |
注:恶劣环境:pH1-10的极酸、极碱环境。
由表2.1可知,虽然由水泥混凝土筑成的雨水井和排水沟虽然造价低,且成为工程施工单位、设计单位人员惯用产品,但是生产水泥,消耗大量的粘土和原煤,能耗大,已是公认的非环保材料;从国家环境保护和可持续发展的战略角度,水泥制品管道或者排水沟将会逐步被限制或被同类新型环保产品替换。另一方面,树脂混凝土(主要成分为聚酯、树脂)排水沟,从环保、水利性能、防腐蚀能力和综合使用寿命来说,都体现出其优势:其中,树脂混凝土排水沟美观、大方,与建筑小区格局能很好的匹配(如图3.2);此外,树脂混凝土排水沟,施工方便,使得其可沿着建筑物周边、道路两侧分布,大大增加了汇水面积,有效应对因不透水面积增大而影响地表雨水排放。
因此,预铸聚酯树脂混凝土排水沟是替代传统水泥混凝土雨水井和排水沟的最佳选择。
雨水管道的设计通常采用极限强度理论——城市设计暴雨强度、降雨历时、汇水面积采用设计条件的极限值,即当汇水面积上最远点的雨水流至计算检查井时,雨水管道设计流量最大;当降雨历时等于汇水面积上最远点的雨水流至计算检查井的时间时,雨水管道的设计流量最大,据此确定设计流量的最大值,并作为雨水管段设计的依据[3]。
其中,此方法是基于降雨在汇水面积分布、降雨强度在某段降雨时段均匀和汇水面积增长速度均匀的假设条件而得出的。故可以根据此理论绘制降雨过程线,如图3.
从径流过程图可以看出,当径流流量刚到达峰值时(A1),汇水面积上最远点的雨水已经被汇集到计算的检查井里。这时,无论对于雨水排放或者收集,流向市政主干雨水管的阀门应该被打开,使雨水直接排放。因为这个时候的雨水夹杂含量较多的尘土、沙、煤屑等物,且雨水酸性较大,水质浑浊、色度大,不适合回收利用。对于面积A2的雨水可以储存,这时的雨水水质比较好,同时这是也是市政雨水主干管排水压力最大的时候。最后对于面积A3内的雨水流量,在满足建筑小区内用水后,可以设置溢流阀,这时雨水流量不会因为排放至雨水干管而引起过饱和负荷。
城市雨水管道的设计计算公式如下:
(1)式中 Q——雨水管道设计流量,L/s
φ——径流系数
q——设计暴雨强度,L/(s Ÿ 104 m2)
F——汇水面积,104 m2
P——设计暴雨强度重现期,a
t1——地面集水时间,min
t2——管道流行时间,min
m——折减系数
A1、C、n、b——地方参数
利用以上公式,可以初步计算出需要小区每月所能储存的回收雨水总量,进而对小区景观、绿化所需用水进行最大程度的补给,也同时减轻市政雨水主干管的排放压力。雨水利用工程设计应通过水量平衡、水力计算和技术经济分析来确定方案,协调各专业关系,兼顾经济效益和社会效益。做到尽可能多的利用雨水,又不盲目扩大设计规模。
我国水资源总体缺乏,《住宅建筑规范》明确规定“人工景观水体的补充水严禁使用自来水”。其补水水源可考虑中水或雨水。雨水利用作居民的非生活直接用水,对缺水地区来说,具有很好的社会效益和经济效益。设计的关键是确定一套经济适用、方便管理、运行可靠的方案。此应用的最大优点在于在不占用紧张建筑用地的同时,可以进行简易改造,可操作性强。另外,只需维护管道,比较单一。
因此,地埋塑料管道作为建筑小区雨水收集装置在经过简易改造后,可以实现规模化。规模化后的市政雨水主干管的负担才可被分摊,如此才可根本上解决城市内涝、用水紧张等问题。
以上就是100唯尔(100vr.com)小编为您介绍的关于雨水的知识技巧了,学习以上的探讨管道在建筑小区内雨水收集、排放的新应用知识,对于雨水的帮助都是非常大的,这也是新手学习资源环境所需要注意的地方。如果使用100唯尔还有什么问题可以点击右侧人工服务,我们会有专业的人士来为您解答。
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