海绵城市网格智慧型雨水利用及管理系统原理和特点□ 四川牧雨环保科技有限公司 谢刚  摘要：在海绵城市建设中，雨水的净化和利用是个十分重要的环节。《海绵城市建设技术指南（试行）》的要求，海绵城市应当对雨水采用“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，使降雨就地消纳和利用。本文主要从海绵城市建设的雨水净化和利用关键技术环节入手，介绍网格智慧型雨水利用及管理系统原理和特点，为海绵城市建设提供可借鉴的思路。 关键词：海绵城市；网格智慧型；雨水利用及管理 一、雨水的净化和利用应作为海绵城市建设的出发点和着力点1、城市雨水的弃用是造成“城市雨水病”的根源 随着城市化进程加快，城市空间不断扩张，建筑物、道路增多导致硬化面积越来越大。与其相对应的是城市水体及绿地面积越来越少。城市化以前，雨水一般经绿地土壤自然渗透到地下，地面径流则汇集到天然沟渠流到河流和湖泊中；在地面硬化后，大量的雨水无法渗透到地下，只有通过雨水管网快排快放到江河湖泊中去，由此带来以下问题： （1）造成雨水这种天然资源的直接浪费。雨水回收再利用的成本十分低廉，如果不加以利用，将使这个廉价的资源白白浪费掉，加剧城市水资源匮乏。 （2）城市雨水弃用后，雨水裹挟地表大量的垃圾及其它有害的污染物进入城市排水管网，最终这些垃圾及污染物直接排入自然水体，造成自然水体的污染加剧。 （3）城市雨水由于得不到绿地的渗透和滞留作用，很快形成地面径流汇集，必然导致地面径流峰值增大，加之地下排水管网不畅或排水能力不足，极易出现城市内涝现象。 （4）弃用城市雨水，将减少城市地表水的蒸发，从而导致城市出现热岛效应及其它极端气候现象。 2、雨水的净化和利用，是解决现代“城市雨水病”的药方 雨水的净化让我们从源头上解决了城市雨水带来污染的隐患；雨水的利用则实现了雨水的资源化，减少了地下水的提取和使用为城市缺水问题提供了解决办法。同时，雨水通过间接利用（如：渗透等方式）和直接利用（如：存储等方式）予以利用，可有效地降低雨水的径流峰值，降低出现城市内涝的风险。由于海绵城市是人们对雨水弃用观念的修正，是雨水利用理念的回归，在这样的背景下，海绵城市建设成为必然的选择。 二、海绵城市建设的重要意义海绵城市建设，能产生巨大的社会效益和经济效益。社会效益主要体现在两个方面：一是可以有效治理水污染、改善水环境，由此使人们生产、生活环境的质量得到提高；二是可带来城市地下水位的恢复和改善，可减小城市出现内涝的风险，同时也可以带来城市小气候的改善。从经济效益角度看，一方面可以在工业生产中把它作为要求不高的生产用水；另一方面也可以用于除饮用水外的城市居民生活用水。这样，雨水就可以产生巨大的经济效益。 三、网格智慧型雨水利用及管理系统的原理1、理念的提出 根据《海绵城市建设技术指南》，城市建设将强调优先利用”绿色”措施来组织渗水、净水、排水，以”慢排缓释”、”源头分散”、”源头控污”、”源头减排”为主要规划设计理念。而网格智慧型雨水利用及管理系统的原理，就是建立在这些理念之上，以雨水的净化、利用为核心，并结合海绵城市建设的“渗、滞、蓄、净、用、排”六个关键技术环节而提出。 从本质上讲，“海绵城市” 并不是某种固定的城市形态，而是在城市建设过程中以对环境的低影响、可持续开发为指导思想，通过现代化的雨洪管理手段，来解决城市排水中的水安全、水资源化、水污染等问题，最终在城市实现接近自然界那样的雨水循环与平衡。 “海绵城市”是解决现代城市病（如：“水安全”、水资源化、水污染、热岛效应等）的最有效手段，但从国际上看，“海绵城市” 的“LID—低影响开发”需要大量的土地资源。受制于客观情况，我国进行“LID—低影响开发”，必须要结合中国国情，用“低影响开发”这个理念来指导修复我们已建的城市水生态及雨水循环，同时保护好我们新建城市的水生态及雨水循环。 2、“网格智慧型雨水利用及管理系统”设计指导原则 居于这种符合中国国情的海绵城市建设需求，我们开发设计出一种能模拟现实自然生态系统中雨水循环功能的工业设备（“人工雨水海绵体”），高效地实现雨水的“渗”、“蓄”、“滞”、“净”、“用”、“排”功能。具体而言，该系统的设计包括以下几个方面的理念：（1）将城市划分成大的网格，每个大的网格再细分成小的网格，每个小的网格可根据不同地貌来设置对应处理雨水量的“人工雨水海绵体”。（2）系统采用模块化功能设计，各部件生产和组装在工厂里完成，以标准化生产、标准化组装，确保产品同一性及产品质量，同时节约产品现场安装时间，提高安装效率。 （3）为便于后期系统管理，我们用现代传感技术和软件管理平台相结合，对系统的工作状况、运行成果、远程控制实现智能控制、智慧化大数据管理。（4）系统设计中，安全性放在首位，同时产品使用寿命要足够长（至少要50年或更长时间），系统的维护保养要尽量简便。 3、功能模块的组成、功能及其特点（图1、2）  图1 系统原理图  图2 功能模块组合产品示意图 按照设计理念，系统各模块分别包括： （1）雨水收集（预处理）功能模块（实现海绵体 “净”的功能）：该模块应实现的功能包括：雨水收集口集雨水预处理及雨水收集为一体；能有效地分离出雨水中大部分泥沙及漂浮杂质,方便后期雨水深度处理；大部分泥沙及大块漂浮杂质沉积在沉淀腔，方便观察及清理；雨水过滤斜板过滤雨水效率高，且自动清除过滤板上的杂质；雨水挂篮方便过滤杂质的收集及清理。 （2）雨水精准分流弃流功能模块（实现海绵体“净”“排”的功能）：该部分应实现的功能包括：初期雨水弃流分流装置按装置设置的雨水弃流量来精准弃流；雨水弃流量及分流过程全自动完成，无需人为干预；雨水弃流量不会因为降雨的大小而受影响；极端暴雨天气时有有效的安全溢流通道。 （3）雨水在线式过滤功能模块（实现海绵体深度“净”的功能）：该部分应实现的功能包括：该雨水过滤装置采用独特的逆向过滤法过滤，具有自动清洗过滤杂质的功能；过滤材料实行模块化，可根据水质要求，自由增加或调整模块组合；能实时在线过滤雨水，雨水过滤量大，过滤效率高；过滤模块清洗检修简单、方便、快捷。 （4）雨水存储、渗透一体化功能模块（实现海绵体“蓄”“渗”的功能）：该部分应实现的功能包括：该装置为双壁结构，其结构承载能力强；巧妙地利用双壁间中空的腔室作为渗水腔，渗水腔直接跟四周渗水滞水层接触，渗水效率高；该装置集雨水存储及渗透为一体，先确保雨水优先存储，然后在一定水位溢出渗透；该装置深埋在地下，不占用地面空间，地下环境同时有利于雨水的长时间存储不变质，不蒸发；以该装置为平台，增加其他雨水处理装置，组合成新的雨水处理系统。 （5）雨水滞流、渗流功能模块（实现海绵体 “滞”“渗”的功能）：该部分应实现的功能包括：采用容易取得价格便宜的砂砾石作为滞流、渗流层材料；滞流、渗流层深埋地下，不占用地面空间；砂砾石滞流层空间孔隙率大，滞流量大，滞流效果明显，也有利于渗流；雨水跟土壤直接接触，接触面积大，渗流效率高；砂砾石滞流层虽然空间孔隙率大，但其承受压力的能力也很强。 （6）雨水回用功能模块（实现海绵体 “用”的功能）：该部分应实现的功能包括：雨水储存量大，用很大的雨水回用量；雨水回用设备可实现远程控制，方便雨水的回用；存储的雨水在地下，温度较低，不易蒸发变质；存储的雨水水量、水质可实时远程监测，便于有计划利用。 （7）雨水监测控制、功能模块（实现海绵体 “智慧”的功能）：该部分应实现的功能包括：利用现在先进的传感器技术，实时监测雨水的流速、流量、液位、浑浊度等指标；通过对采集到的数据存储分析，可以对设备的工况实时了解，便于设备检修维护；可以随时掌握雨水的存储状态，为雨水的回用或雨水的调配作出科学决策。 四、智能型雨水收集管理系统的特点与现有技术比较，“网格智慧型雨水利用及管理系统”各部分系统功能模块设计原理及功能有自身的特点。如“雨水精准分流弃流功能模块”无论雨量大小，均能精准地实现初期雨水弃流；且初期雨水弃流量可自由调节；“雨水在线式过滤功能模块”采取的“逆向过滤法”，使得系统过滤的杂质能自动排出、自动清洗，滤芯使用寿命长且容易清洗维护；“雨水存储、渗透一体化功能模块”的双层壁结构罐体设计集雨水的存储、渗透功能于一体，同时它也是一种非常好的承力结构；“雨水监测、控制功能模块”可以把“网格智慧型雨水收集管理系统”融入到“智慧城市”中，实现智慧雨洪管理。 从国内现状看，这套“网格智慧型雨水收集管理系统”具有一定的新颖性。截至目前，围绕该系统已申请了17项实用新型专利和6项发明专利，其中实用新型专利均已获得授权；6项发明专利已处于公开及审核状态。 五、典型应用案例1、在小区、公园及市政广场的应用（图3）  图3 系统功能简介：（1）该系统设置于小区、市政广场绿化草坪或小区地面车位、路面下，不占用地面空间，可灵活布置；（2）对小区、市政广场内陆面及屋面的径流雨水进行收集处理，确保一般情况下的降雨雨水不外排；（3）存储的雨水可以为小区、市政广场的消防、绿化、洗车等提供水源；（4）该系统可以和小区、市政广场的人造水景系统联通，为人造水景提供水源，同时对水景循环水行过滤，净化水体、保障水体质量。 2、在市政道路的应用（图4）  图4 系统功能简介：（1）该系统设置于市政道路的非机动车路面下，是该系统海绵城市建设雨水收集处理的主要型式，不占用地面空间，可灵活布置，系统和市政排水管网连通，确保行洪安全；（2）对市政道路及周边路面小区的径流雨水进行收集处理，确保一般情况下的降雨雨水不外排；（3）存储的雨水可以为市政道路的消防、绿化、路面清洗等提供水源；（4）该系统可以为道路周边的小区雨水外排预留处理空间和通道，小区排入的雨水可以计量，这为日后收取雨水排污费提供技术支持。 DOI：10.16116/j.cnki.jskj.2017.01.003 |
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