雨水滲透系統(tǒng)
雨水滲透系統(tǒng):是一種綜合考慮雨水徑流污染控制、城市防洪以及生態(tài)環(huán)境的改善等要求。建立包括屋面雨水集蓄系統(tǒng)、雨水截污與滲透系統(tǒng)、生態(tài)小區(qū)雨水利用系統(tǒng)等。將雨水用作噴灑路面、灌溉綠地、蓄水沖廁等城市雜用水的技術(shù)手段。
基于水量的規(guī)模計(jì)算
根據(jù)水量平衡的原理,雨水滲透設(shè)施的有效存儲(chǔ)容積為設(shè)施服務(wù)匯水面所產(chǎn)生的降雨徑流量、雨水棄流量以及通過(guò)設(shè)施底部或側(cè)壁滲入下層土壤的滲透雨水量之間的差值。要使得滲透量達(dá)到最大值,一般采用以下幾種常用的計(jì)算方法:美國(guó)Urbonas Ben提出的圖解法、德國(guó)Geiger提出的經(jīng)驗(yàn)公式法(以滲透溝為例)和汪慧貞等提出的最大值法。
Geiger經(jīng)驗(yàn)公式法的具體計(jì)算是一個(gè)試算過(guò)程,以滲透溝為例,先設(shè)定b和h值,根據(jù)不同降雨歷時(shí):求得一系列L值,從中選取最大值,從而最終確定滲透設(shè)施的規(guī)模。而最大值法是在Urbonas Ben圖解法基礎(chǔ)上提出的計(jì)算方法,先確定滲透設(shè)施的長(zhǎng)、寬、高,計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的,并令,解方程得設(shè)計(jì)存儲(chǔ)空間為最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的降雨歷時(shí)t,將t代入即可得 的值。將與進(jìn)行比較,若兩者相差較大則需調(diào)整長(zhǎng)、寬、高重新試算,直至與相等或前者略大即可。
Urbonas Ben圖解法和Geiger經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算原理一致,都是先確定滲透設(shè)施的尺寸,再進(jìn)行試算。只是它們?cè)趨?shù)選擇上有所不同,即土壤滲透系數(shù)K,分別采用(0.3~0.5)K實(shí)和0.5K實(shí);有效滲透面積分別采用(1/2側(cè)面積)和(底面積+1/4側(cè)面積);設(shè)計(jì)進(jìn)水量分別為 和qtA。汪慧貞等的研究表明,Urbonas Ben圖解法的參數(shù)更適宜于北京地區(qū)使用,同時(shí)在此基礎(chǔ)上提出了最大值法,它采用數(shù)學(xué)法快捷、準(zhǔn)確地解得最大值,計(jì)算過(guò)程更為簡(jiǎn)練。上述三種方法均基于水量平衡,用于保證水質(zhì)基礎(chǔ)上的水量調(diào)節(jié)。其中圖解法以其通用性及較準(zhǔn)確性最為常見(jiàn),《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》中滲透設(shè)施的設(shè)計(jì)即采用了這種算法.
優(yōu)化組合應(yīng)用
雨水滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用過(guò)程中,有時(shí)僅采取單一的滲透設(shè)施很難達(dá)到既能回灌地下、緩解洪澇,又能有效凈化雨水水質(zhì)的效果,需要多種雨水滲透設(shè)施或技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合,常用的有以下幾種:
(1)下凹式綠地一滲透渠:
該工藝是德國(guó)典型的雨水滲透技術(shù)MR系統(tǒng)(Mulden Rigolen system),如處理效果好,可延緩匯流時(shí)間,便于雨水就地處理,且布置靈活,得到廣泛應(yīng)用,主要應(yīng)用于城市公共建筑及道路附近,該工藝后可接滲透管繼續(xù)對(duì)雨水進(jìn)行下滲。
(2)初期棄流一滲透井一管道一滲透渠:
具有占地少、滲透量大的特點(diǎn),在用地較緊張時(shí)可采用此工藝。但由于滲透井對(duì)雨水水質(zhì)的要求相對(duì)較高,因此對(duì)初期棄流措施的污染物去除效果要求較高。
(3)高位花壇一低勢(shì)綠地一植被淺溝(滲透溝):
該工藝通常首先通過(guò)高位花壇完成屋面雨水的滲透凈化,然后與路面雨水一起通過(guò)低于路面的綠地、植被淺溝、無(wú)砂混凝土滲透溝等滲透沒(méi)施,最終將凈化后的雨水滲入地下。該工藝完全采用生態(tài)處理方法對(duì)雨水水質(zhì)進(jìn)行控制,采用植物及土壤截留雨水中的污染物,處理效果好,同時(shí)也可對(duì)水量進(jìn)行控制。
(4)初期棄流一雨水池一滲透渠(滲透池):
在雨水水質(zhì)較好時(shí)(如某些屋面雨水),可采用該工藝將
雨水收集技術(shù)與滲透技術(shù)進(jìn)行結(jié)合。初期棄流去除初期污染物的雨水進(jìn)人雨水池收集,部分溢流雨水進(jìn)入滲透設(shè)施進(jìn)行滲透。 [1]
存在的主要問(wèn)題 南于徑流雨水中含有各種污染物質(zhì),如未經(jīng)必要的預(yù)處理或預(yù)處理不夠,滲透設(shè)施在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)造成堵塞,堵塞問(wèn)題嚴(yán)重時(shí)甚至可導(dǎo)致雨水滲透設(shè)施的失效。
經(jīng)研究證實(shí),在雨水滲透系統(tǒng)中,堵塞主要來(lái)源于懸浮物、污染物、微生物等系統(tǒng)中的沉積物。Siriwardene的一維垂直流試驗(yàn)將滲透介質(zhì)分為上下兩層(0.9 m的礫石層和0.7m的土壤層),通過(guò)對(duì)雨水滲透設(shè)施滲透層的模擬,發(fā)現(xiàn)固體顆粒在土壤層與礫石層交界處易發(fā)生堵塞,此處大多數(shù)顆粒粒徑均小于 ,且以小于的顆粒為主。鄭興等的試驗(yàn)研究結(jié)果表明,當(dāng)滲透設(shè)施上層種植有植物時(shí),由于種植層孔隙率小于下層濾床,顆粒污染物可更多地被截留在土壤孔隙內(nèi),堵塞首先發(fā)生在種植層,因此種植土的選擇是防止?jié)B透設(shè)施堵塞的關(guān)鍵??梢?jiàn),不同的雨水滲透系統(tǒng)其發(fā)生堵塞的部位不同,需進(jìn)行系統(tǒng)的理論分析與試驗(yàn)研究,有針對(duì)性地對(duì)堵塞層采取相應(yīng)的防堵措施,保障滲透系統(tǒng)的有效性。
不僅堵塞層的結(jié)構(gòu)要進(jìn)行防堵設(shè)計(jì),而且雨水滲透設(shè)施本身也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行周期性的清理與維護(hù)。例如,為了保持設(shè)施的水力有效性,多孔鋪裝中截留的固體通常采用表層清洗技術(shù)(如真空水射器)進(jìn)行清理;低勢(shì)綠地的設(shè)計(jì)中則可通過(guò)加強(qiáng)濾料層的通風(fēng)作用來(lái)緩解其堵塞,促進(jìn)滲濾性能的良性恢復(fù)。
對(duì)地下水的影響
雨水滲透技術(shù)是一種低成本的污染控制方法,但對(duì)地下水存在潛在威脅。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn),徑流雨水中含有不同種類(lèi)的重金屬,可隨下滲雨水的移動(dòng)而發(fā)生遷移,最后進(jìn)入地下水,從而威脅人類(lèi)的健康與其他生物的繁衍生息,如來(lái)自城市工業(yè)區(qū)的徑流雨水中含有大量的氰、砷、汞、鉻等有害物質(zhì),是地下水污染的主要來(lái)源之一,由于其在地下水中難以有效去除而對(duì)地下水產(chǎn)生長(zhǎng)期影響。美國(guó)在制定系列條款對(duì)滲透設(shè)施的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí),也特別強(qiáng)調(diào)對(duì)部分溶解性重金屬(如Cu和Zn)的檢驗(yàn)。徑流雨水中的無(wú)機(jī)物也會(huì)對(duì)地下水產(chǎn)生一定的影響,當(dāng)滲透雨水中含有大量融雪劑時(shí),導(dǎo)致土壤鹽化,對(duì)地下水產(chǎn)生一定的污染,因此受到廣泛關(guān)注。另外,雨水中含有的各種難降解有機(jī)污染物質(zhì)如進(jìn)入地下水環(huán)境,也會(huì)由于其難降解性及持久性而產(chǎn)生不可逆的環(huán)境影響。
因此,在雨水滲透技術(shù)中,需設(shè)定相應(yīng)的回灌指標(biāo)對(duì)人滲雨水水質(zhì)進(jìn)行限制,如MS4(Mu-nicipal separate storm sewer system)項(xiàng)目禁止污染嚴(yán)重的道路(此處規(guī)定大于25 000輛/d的交通量時(shí)為污染嚴(yán)重)徑流雨水下滲。此外,也可在滲透設(shè)施前增加預(yù)處理措施,或在滲透設(shè)施中填充凈化雨水的濾料對(duì)水質(zhì)進(jìn)行凈化處理后再進(jìn)行下滲。如可在雨水集中收集口設(shè)置截污掛籃、初期棄流裝置等進(jìn)行截污;還可在滲透設(shè)施中填充濾料,如活性炭、石英砂、無(wú)煙煤等凈化水質(zhì)。
滲透設(shè)施的要求
透水地面面層的滲透系數(shù)均應(yīng)大于1*0.0001m/s。
根據(jù)不 的材料孔隙率不宜小于百分之二十,找平層厚度宜為20-500mm,透水墊層厚度不宜小于150mm,孔隙率不應(yīng)小于百分之三十。
雨水滲透系統(tǒng)的組成
雨水滲透系統(tǒng)是根據(jù)受雨面的不同,結(jié)合相關(guān)的設(shè)備來(lái)完成的一組系統(tǒng),相關(guān)設(shè)備包括:滲透雨水口、滲透雨水井、滲透雨水管、滲透雨水結(jié)構(gòu)來(lái)完成雨水滲透。