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)模計算
根據(jù)水量平衡的原理,雨水滲透設(shè)施的有效存儲容積為設(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。要使得滲透量達到最大值,一般采用以下幾種常用的計算方法:美國Urbonas Ben提出的圖解法、德國Geiger提出的經(jīng)驗公式法(以滲透溝為例)和汪慧貞等提出的最大值法。
Geiger經(jīng)驗公式法的具體計算是一個試算過程,以滲透溝為例,先設(shè)定b和h值,根據(jù)不同降雨歷時: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)上提出的計算方法,先確定滲透設(shè)施的長、寬、高,計算出所對應的,并令,解方程得設(shè)計存儲空間為最大時所對應的降雨歷時t,將t代入即可得 的值。將與進行比較,若兩者相差較大則需調(diào)整長、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)驗公式法計算原理一致,都是先確定滲透設(shè)施的尺寸,再進行試算。只是它們在參數(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實和0.5K實;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)計進水量分別為 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,同時在此基礎(chǔ)上提出了最大值法,它采用數(shù)學法快捷、準確地解得最大值,計算過程更為簡練。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確性最為常見,《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)計即采用了這種算法.
優(yōu)化組合應用
雨水滲透系統(tǒng)的設(shè)計與應用過程中,有時僅采取單一的滲透設(shè)施很難達到既能回灌地下、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,可延緩匯流時間,便于雨水就地處理,且布置靈活,得到廣泛應用,主要應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)對雨水進行下滲。
(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,在用地較緊張時可采用此工藝。但由于滲透井對雨水水質(zhì)的要求相對較高,因此對初期棄流措施的污染物去除效果要求較高。
(3)高位花壇一低勢綠地一植被淺溝(滲透溝):
該工藝通常首先通過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低于路面的綠地、植被淺溝、無砂混凝土滲透溝等滲透沒施,最終將凈化后的雨水滲入地下。該工藝完全采用生態(tài)處理方法對雨水水質(zhì)進行控制,采用植物及土壤截留雨水中的污染物,處理效果好,同時也可對水量進行控制。
(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(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)進行結(jié)合。初期棄流去除初期污染物的雨水進人雨水池收集,部分溢流雨水進入滲透設(shè)施進行滲透。 [1]
存在的主要問題 南于徑流雨水中含有各種污染物質(zhì),如未經(jīng)必要的預處理或預處理不夠,滲透設(shè)施在運行過程中會造成堵塞,堵塞問題嚴重時甚至可導致雨水滲透設(shè)施的失效。
經(jīng)研究證實,在雨水滲透系統(tǒng)中,堵塞主要來源于懸浮物、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),通過對雨水滲透設(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。鄭興等的試驗研究結(jié)果表明,當滲透設(shè)施上層種植有植物時,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?,不同的雨水滲透系統(tǒng)其發(fā)生堵塞的部位不同,需進行系統(tǒng)的理論分析與試驗研究,有針對性地對堵塞層采取相應的防堵措施,保障滲透系統(tǒng)的有效性。
不僅堵塞層的結(jié)構(gòu)要進行防堵設(shè)計,而且雨水滲透設(shè)施本身也應當進行周期性的清理與維護。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)進行清理;低勢綠地的設(shè)計中則可通過加強濾料層的通風作用來緩解其堵塞,促進滲濾性能的良性恢復。
對地下水的影響
雨水滲透技術(shù)是一種低成本的污染控制方法,但對地下水存在潛在威脅。近年來的研究發(fā)現(xiàn),徑流雨水中含有不同種類的重金屬,可隨下滲雨水的移動而發(fā)生遷移,最后進入地下水,從而威脅人類的健康與其他生物的繁衍生息,如來自城市工業(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源之一,由于其在地下水中難以有效去除而對地下水產(chǎn)生長期影響。美國在制定系列條款對滲透設(shè)施的設(shè)計標準進行檢驗時,也特別強調(diào)對部分溶解性重金屬(如Cu和Zn)的檢驗。徑流雨水中的無機物也會對地下水產(chǎn)生一定的影響,當滲透雨水中含有大量融雪劑時,導致土壤鹽化,對地下水產(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污染物質(zhì)如進入地下水環(huán)境,也會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)定相應的回灌指標對人滲雨水水質(zhì)進行限制,如MS4(Mu-nicipal separate storm sewer system)項目禁止污染嚴重的道路(此處規(guī)定大于25 000輛/d的交通量時為污染嚴重)徑流雨水下滲。此外,也可在滲透設(shè)施前增加預處理措施,或在滲透設(shè)施中填充凈化雨水的濾料對水質(zhì)進行凈化處理后再進行下滲。如可在雨水集中收集口設(shè)置截污掛籃、初期棄流裝置等進行截污;還可在滲透設(shè)施中填充濾料,如活性炭、石英砂、無煙煤等凈化水質(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)來完成雨水滲透。