摘要：城市水資源協(xié)調(diào)是大自然系統(tǒng)中農(nóng)的一個(gè)子系統(tǒng)，令城市中雨水資源得到良好利用可達(dá)到改善區(qū)域環(huán)境的目的，提出對海綿是建設(shè)中嵌入式<strong>雨水收集系統(tǒng)</strong>進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，根據(jù)收集方式的不同概況為屋面雨水收集、道路雨水收集及綠地雨水收集，通過對年雨水量的計(jì)算獲取集雨量數(shù)據(jù)，利用徑流系數(shù)了解地面匯水面積、地面坡度、建筑密度分布及路面鋪砌情況，對雨水管渠進(jìn)行設(shè)計(jì)初步完成嵌入式雨水收集系統(tǒng)，其次，對收集后的雨水采用初期雨水棄流和旋流分離污染物控制處理技術(shù)，利用雨水徑流對污染物的沖刷規(guī)律和輸送規(guī)律對雨水中的雜質(zhì)和非點(diǎn)源污染進(jìn)行控制，再通過旋流分離器對雨水中難以分離的泥沙實(shí)現(xiàn)分離，通過以上步驟完成了城市雨水收集系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)。嵌入式雨水收集系統(tǒng)可提高對雨水資源的利用率。</p> 
<p>近些年隨著城市人口的不斷增長及城市面積的不斷夸張，城市化進(jìn)程也是呈現(xiàn)迅速加快的模式。由于城市化進(jìn)程使透水面積在逐漸減小，水資源問題就顯得尤為突出，因此在城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中有效解決水資源矛盾成為首要問題。比較其他可再生的水資源，雨水有較明顯的優(yōu)勢，例如，雨水就地收集，處理步驟簡單，水質(zhì)硬度低及水中含有土壤需要的營養(yǎng)成分，雨水中也不含污染土壤及污染地下水的成分。</p> 
<p>提到對雨水的有效收集能夠使過度開采地下水而造成 的城市地面區(qū)域下陷得到緩解，也是解決城市內(nèi)澇及城 市惡性水循環(huán)等一系列問題的有效方法。雨水資源的高效收集和利用，能提高蓄養(yǎng)水資源的能力，增強(qiáng)城市防澇抗洪能力及提升城市生態(tài)環(huán)境。</p> 
一、海綿城市嵌入式雨水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程</strong></p> 
1.1基于水質(zhì)特性的雨水收集系統(tǒng)</p> 
">雨水是一種受到輕度污染的水資源，該資源的高效利用一方面可以控制雨水徑流產(chǎn)生的污染物質(zhì)，另一方面還可以解決城市水資源的短缺問題。對雨水資源進(jìn)行使用前，要先實(shí)現(xiàn)雨水收集過程。海綿城市雨水的收集方法主要包括三類：</p> 

一、是屋面雨水收集

>二、是路面雨水收集</p> 

<p class="ql-align-justify">三、是綠地雨水收集</p> 
<p class="ql-align-justify">集雨方式劃分后，通過設(shè)計(jì)雨水管渠達(dá)到最大集雨量，根據(jù)年降水量不同，集雨量也存在區(qū)別。雨水綜合利用是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，高效利用雨水前需先處理好雨水收集問題。根據(jù)海綿城市的年雨水量對雨水管渠流量q進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算公式如下：</p> 
<p class="ql-align-justify"><img src="http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181128/0836b4866e5942caa90560506c73231e.jpeg" max-width="600" /></p> 
<p class="ql-align-justify">式中：ψm表示流量凈水系數(shù)，q表示設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，f表示回收面積，m表示折減系數(shù)，A表示常熟，c表示流速系數(shù)，t表示雨水匯集時(shí)間，n表示雨水渠粗糙系數(shù)，b表示雨水渠寬度，p表示設(shè)計(jì)重現(xiàn)期。</p> 
<p class="ql-align-justify">在城市中，雨水從地面徑流至雨水口，經(jīng)雨水管再匯入河流，這個(gè)過程中所需的世界為雨水匯集時(shí)間t，則可描述為：</p> 
<p class="ql-align-justify"><img src="http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181128/443144f91c9945379b33277c26c2df88.jpeg" max-width="600" /></p> 
<p class="ql-align-justify">式中：t1表示地面集水時(shí)間，t2表示管渠內(nèi)雨水流動時(shí)間，地面集水時(shí)間主要受雨水流距長短，地面坡度和地面覆蓋情況等因素影響。資料顯示，地面集水時(shí)間所采用數(shù)據(jù)大多數(shù)不需要計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)取值，而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般地面集水時(shí)間t，取值范圍為5~10min。</p> 
<p class="ql-align-justify">管渠內(nèi)雨水流至河道的流經(jīng)時(shí)間，t2值是暴雨強(qiáng)度指標(biāo)之一，與管道長度、坡度、雨水流速及管材性質(zhì)等因素相關(guān)。通過式（4）可對管渠內(nèi)雨水流動時(shí)間，t2進(jìn)行描述：</p> 
<p class="ql-align-justify"><img src="http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181128/3e0a0817626847a9b42fb0c8b7bf0848.jpeg" max-width="600" /></p> 
<p class="ql-align-justify">式中：L2表示各管段長度，V表示各管段滿流時(shí)水流速度。</p> 
<p class="ql-align-justify">折減系數(shù)是我國學(xué)者依據(jù)雨水空隙容量思想研究提出的，因此折減系數(shù)的取值范圍也必須根據(jù)海綿是地區(qū)的實(shí)際條件進(jìn)行取值。通過以上公式已經(jīng)確定了地面集水時(shí)間及管渠內(nèi)雨水的流動時(shí)間，通過確定折減系數(shù)可最后獲取雨水收集量。</p> 
<p class="ql-align-justify">1.2基于雨水污染控制技術(shù)的雨水收集利用設(shè)計(jì)</p> 
<p class="ql-align-justify">為有效實(shí)現(xiàn)雨水資源的綜合利用，需對收集后的雨水進(jìn)行收集，本文：“海綿雨水”提出采用兩種技術(shù)對雨水的污染物進(jìn)行控制。具體雨水收集系統(tǒng)綜合利用結(jié)構(gòu)如圖1所示。</p> 
<p class="ql-align-justify"><img src="http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181128/e4cfb67841334b88b917f6b1ef17d0e5.jpeg" max-width="600" /></p> 
<p class="ql-align-justify">圖1雨水收集系統(tǒng)綜合利用結(jié)構(gòu)圖</p> 
<p class="ql-align-justify">初期雨水棄流控制技術(shù)是一種適用性強(qiáng)且有效的水質(zhì)處理技術(shù)，經(jīng)過對雨水棄流裝置的合理設(shè)計(jì)可對雨水中細(xì)小顆粒或可溶性污染物進(jìn)行處理控制。雨水匯集存在不同徑流量的情況，例如小匯水面的徑流雨水，由于初期雨水棄流量較小，可設(shè)計(jì)簡易的雨水棄流裝置。雨水先流入棄流池，當(dāng)棄流池蓄滿后雨水從設(shè)置的高水位蓄水池溢出后進(jìn)入后續(xù)處理系統(tǒng)，直到雨停后將棄流池排空。</p> 
<p class="ql-align-justify">對于旋流分離器來講，在其他條件相同的情況下，污染顆粒越小，則在旋流器內(nèi)占用的平衡軌道半徑越小，這種顆粒物不易與旋流器邊壁產(chǎn)生有效分離，其分離的難度比分離大顆粒雜志難度高。若想使極細(xì)顆粒物質(zhì)達(dá)到良好的分離效果，必須使旋流分離器能夠達(dá)到較小的分離顆粒度。下面對影響旋流分離器的主要結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括旋流器進(jìn)出口、旋流分離器直徑和擋板安裝角度等。旋流分離系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。</p> 
<p class="ql-align-justify"><img src="http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181128/a352635b7c3546f58e16705560f33dc9.jpeg" max-width="600" /></p> 
<p class="ql-align-justify">圖2旋流分離系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖</p> 
<p class="ql-align-justify">進(jìn)出口高度確定：依據(jù)旋流條件的限制，為防止旋轉(zhuǎn)時(shí)水流速度過快出現(xiàn)的涌出現(xiàn)象，需要合理設(shè)計(jì)進(jìn)出口高度，進(jìn)口應(yīng)該設(shè)置在距離觀察孔一倍左右的進(jìn)口下方，該設(shè)計(jì)方式可以避免水流涌出現(xiàn)象，但也不能夠使進(jìn)出口過高，過高會使旋流不順暢，造成流動受阻現(xiàn)象，可將進(jìn)出口設(shè)計(jì)為距離頂部4.0cm處。</p> 
<p class="ql-align-justify">旋流分離器直徑確定：該組件主要對過流能力和分離力度大小產(chǎn)生影響。過流能力和分離力度會伴隨旋流分離器直徑的增大而增加，因此進(jìn)口直徑與旋流器直 徑的關(guān)系為：D進(jìn)口=(0.15-0.25)D直徑，計(jì)算得到中間值， 則旋流分離器的直徑為150cm。</p> 
<p class="ql-align-justify">旋流分離器總高度確定：對于旋流分離器來說，若旋流沉降的線路越長，表明旋流分離器越高，顆粒物沉降處理時(shí)間越長，效果也越好。但根據(jù)實(shí)際工程情況和 沉淀物處理等步驟，不能將旋流分離器設(shè)計(jì)得過高。考慮到實(shí)際條件，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)通過計(jì)算后確定旋流分離器高度為200cm。</p> 
<p class="ql-align-justify">綜上所述，通過對雨水管渠的計(jì)算可以初步對雨水收集系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在經(jīng)過雨水收集后充分利用旋流分離系統(tǒng)對收集后的雨水進(jìn)行污染物控制處理，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn) 回用水水質(zhì)，從而完成了海綿城市雨水收集系統(tǒng)的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)。</p> 
<p class="ql-align-justify"><strong>二、實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析</strong></p> 
<p class="ql-align-justify">為緩解城市化進(jìn)程給生態(tài)環(huán)境帶來的影響，本文提出對海綿城市的雨水收集系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而增加雨水的綜合利用效率，達(dá)到改善城市生態(tài)環(huán)境的目的。通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文雨水收集系統(tǒng)的可行性，具體實(shí)驗(yàn)如下。</p> 
<p class="ql-align-justify">實(shí)驗(yàn)1：將海綿城市的某區(qū)域作為實(shí)驗(yàn)對象，統(tǒng)計(jì)夏季汛期6-8月的降水量，同時(shí)對該區(qū)域各雨水收集系統(tǒng)設(shè)施的集雨量進(jìn)行實(shí)際監(jiān)測，通過運(yùn)用本文雨水管渠設(shè)計(jì)方法對該區(qū)域的雨水集雨量進(jìn)行求解計(jì)算，并對兩組數(shù)據(jù)比較差異性。具體集雨量數(shù)據(jù)如表1所示。</p> 
<p class="ql-align-justify"><img src="http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181128/f8c18573350346c389a003ba4be13e7a.jpeg" max-width="600" /></p> 
<p class="ql-align-justify">表1數(shù)據(jù)為對6—8月份雨水收集系統(tǒng)的實(shí)際集雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)，對照表1可看出6-8月份屋頂集雨量、綠地集雨量、路面集雨量和水面集雨量與實(shí)際監(jiān)測結(jié)果差距微小，且總集雨量也基本一致，表明本文的雨水管渠設(shè)計(jì)方法對該區(qū)域6-8月份的雨水集雨水量計(jì)算較為準(zhǔn)確，能較好地反映該地區(qū)雨水收集系統(tǒng)的良好性能。</p> 
<p class="ql-align-justify">實(shí)驗(yàn)2：為提高雨水的利用率，在通過雨水收集步驟之后，利用本文的旋流分離系統(tǒng)對雨水資源進(jìn)行進(jìn)一步污染物控制處理。對收集后的雨水進(jìn)行樣品采集，運(yùn)用本文旋流分離系統(tǒng)和雨落管棄流系統(tǒng)對雨水樣品進(jìn)行處理，分別觀察雨水經(jīng)過處理后進(jìn)出口ss（懸浮固體）濃度變化及進(jìn)出口濁度變化，具體變化曲線圖如圖3、4所示。</p> 
<p class="ql-align-justify">（1）先從雨水收集系統(tǒng)中取3組樣品，利用旋流分離系統(tǒng)對以上3組樣品進(jìn)行處理，獲取進(jìn)出口ss濃度變化曲線圖，具體如圖3所示。</p> 
<p class="ql-align-justify"><img src="http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181128/3976cfa2ccaf4798b41285b12dedcfcf.jpeg" max-width="600" /></p> 
<p class="ql-align-justify">圖3旋流分離系統(tǒng)處理后的雨水懸浮固體濃度</p> 
<p class="ql-align-justify">圖3為利用旋流分離系統(tǒng)對收集后的雨水進(jìn)行懸浮固體控制處理操作，從圖中能夠看出隨著處理時(shí)間的增加，懸浮固體濃度層先逐漸下降的趨勢，且下降趨勢明顯，說明由出水口流出處理后的雨水水質(zhì)較好。</p> 
<p class="ql-align-justify">（2）實(shí)驗(yàn)提供3組雨水樣品，利用落管棄流系統(tǒng)對雨水樣品實(shí)行處理后，比較處理后雨水的濁度變化，具體如圖4所示。</p> 
<p class="ql-align-justify"><img src="http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20181128/a56cf007b3954b13828750e1085f37d7.jpeg" max-width="600" /></p> 
<p class="ql-align-justify">圖4雨落管棄流系統(tǒng)處理后雨水濁度變化</p> 
<p class="ql-align-justify">對比以上兩種系統(tǒng)，顯示本文中的旋流分離系統(tǒng)對水處理綜合利用效率較高。</p> 
<p class="ql-align-justify">結(jié)論</p> 
<p class="ql-align-justify">城市水資源的有效利用能夠?yàn)榻?jīng)濟(jì)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，因此本文提出對海綿城市的雨水收集系統(tǒng)進(jìn)行化設(shè)計(jì)，從而提高雨水資源的利用效果，緩解城市熱效應(yīng)。首先，利用不同的雨水收集方式，即屋頂雨水收集、綠地收集、路面收集等方式先對雨水實(shí)現(xiàn)收集，根據(jù)集雨量和徑流系數(shù)設(shè)計(jì)雨水管渠，使嵌入式雨水收集系統(tǒng)初步完成，其次，采用初期雨水棄流控制技術(shù)和旋流分離控制技術(shù)對收集后的雨水進(jìn)行處理，根據(jù)雨水徑流規(guī)律和污染物的沖刷規(guī)律，運(yùn)用兩種控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)雨水污染物處理過程，最終完成<strong>雨水收集系統(tǒng)</strong>的綜合設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明，運(yùn)用該嵌入式雨水收集系統(tǒng)可提高對雨水資源的利用率。</p>