摘 要 隨著城市發(fā)展,城市水資源短缺已成為日后發(fā)展的嚴重威脅,而汛期的集中降水,大部分降水都進入城市排水管網,無法得到充分利用,因此,考慮利用雨水資源,以解決水資源的嚴重不足推進城市雨水資源化。
關鍵詞 水資源;雨水;利用;可行性
中圖分類號:TV213 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2013)22-0149-02
1 緒論
隨著城市建設的發(fā)展,對水資源的需求量日益增多,以致地下水開采量不斷增加,超過允許開采量,形成大面積的降落漏斗,形成地面沉降地質災害。同時,城市的路面、建筑物頂面等不透水面積增多,雨水難以滲入地下,而是進入排水管網隨污水一起排入排污河。與污水深度處理相比,雨水利用更為經濟也更為安全,可以緩解當前水資源短缺的局面、防止?jié)撛诘牡孛娉两档鹊刭|災害,還可以減輕排水系統(tǒng)負擔,減輕雨洪災害威脅,因此,對雨水資源的利用成為當前重大課題。本文以長春市為例加以論述。
2 研究區(qū)概況
2.1 自然經濟地理條件
長春市位于我國松遼平原中部,是吉林省的省會,位于東經125°12′-26′,北緯44°47′-59′?偯娣e20571平方公里,其中市區(qū)面積3663平方公里。地處北溫帶大陸性半濕潤季風氣候區(qū),年均氣溫5.3℃,年均降水量為583.5 ㎜。市區(qū)缺水率2010年達到26.9%,預計2030年缺水率將達到驚人的45.3%。
研究區(qū)地表水系分布較少,僅伊通河自南向北貫穿市區(qū)東部,伊通河在研究區(qū)內平水期最大水深2.5 m,最小水深小于1 m,每天流入19萬m?以上的工業(yè)、生活污水使其受到嚴重污染。
2.2 地形地貌及地質、水文地質條件
長春市位于松遼平原東側高平原臺地上,區(qū)內根據地貌成因類型可分為堆積地形和構造剝蝕地形。本區(qū)大地構造位于天山—興安地槽褶皺區(qū)吉黑褶皺的松遼平原斷陷上,有侏羅系、白堊系及第四系松散巖類沉積。
區(qū)內地下水類型按含水介質可分為兩種類型,即松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。地下水主要靠大氣降水,包括降水后形成的暫時性地表積水的入滲補給。在伊通河河床兩側及湖泡水庫近岸地帶,地下水與地表水相互之間有一定的補排作用。一級階地和河漫灘地勢地平利于降水入滲,波狀臺地起伏大、坡度陡降水入滲條件差。在市區(qū),由于各種建筑物大面積覆蓋,地面不平,易產生地表徑流,不利于接受降水補給。地下水的排泄方式有蒸發(fā)、側向排泄和人工開采。
3 雨水利用的可行性分析
3.1 水量的可行性分析
對雨水資源的可利用潛力、可利用量、可回收的雨水資源量進行分析。
目前城市收集的雨水根據匯流介質來區(qū)分,主要分為3種:1)路面雨水;2)屋面雨水;3)草坪、森林等綠地集蓄。草坪滲透能力強,本次可回收的雨水資源量定義為降落在屋面、街道等相對不透水的下墊面,進入排水管網的雨量。
城區(qū)道路,屋面等相對不透水的面積大致占長春市總面積的65%。因此考慮一個綠地折減系數ld(取0.65)。
初期雨水水質較差,應該舍棄,且冬季雨雪難以回收。因此考慮一個棄流系數ql,暫取0.7。
而且路面,屋頂等徑流系數較大,瀝青砼和水泥砼路面的地面徑流系數J,取0.9。
因此根據以下數據:
年均降雨量Q=0.567 m;綠地折減系數ld=0.65;初期棄流系數ql=0.7;徑流系數J=0.9。
因此可回收雨量的計算公式為:Q可回收雨量=Q*ld*ql*J
表1 長春各區(qū)可回收雨量一覽表
朝陽區(qū) 南關區(qū) 寬城區(qū) 二道區(qū) 綠園區(qū) 經開區(qū) 高新區(qū)
占地面積(km2) 62.61 53 56.1 56.82 75.74 86 41
可回收雨量(106m3) 14.52 12.29 13.01 13.18 17.57 19.95 9.51
求其總和約為1.01*108 m3。其一年可回收雨量約為年均供水量的1/5,約為地下水年均抽水量。由此可見,雨水可利用量十分可觀。
3.2 水質的可行性分析
屋面雨水前期受灰塵、雜質以及大氣污染致污染較為嚴重,后期水質良好;路面徑流水質相對于屋面水質較差,其污染物含量明顯高于屋面。
經過處理的雨水有多種用途,不同的用途有相應的水質標準,需要經過相應的凈化工藝來處理。雨水經初期棄流后,水質一般較好,再經過后期的沉淀,過濾和消毒等手段處理,就可以達到一般生活用水的水質標準,可以用于綠化,清潔路面和工業(yè)用途等。
但是如果要回灌地下,為了保證地下水水質的絕對安全性,需要對其有更為嚴格的標準。
表2 長春市雨水水質(單位:mg/l)
Ph HCO3- Ca2+ 硬度 Cl- SO42- COD
屋頂 6.43 77.07 17.99 24.33 52.11 14.12 23.21
路面 6.67 165.15 26.56 30.45 6.95 4.03 44.65
根據分析結果,與我國地下水回灌標準(本文略)對比,可得雨水水質硬度較小,水質較為良好,經過沉淀,過濾,消毒等步驟即可以使用。若回灌,不會對含水層造成水質方面的污染,且可以加強含水層的流動性,促進含水層水循環(huán),對含水層具有修復作用。
3.3 儲存空間的可行性分析
若考慮將回收的雨水用于回灌,則必須考慮是否有足夠的儲存空間。同時,為了緩解地面沉降,地下水降落漏斗帶就是理想的選擇。
表3 長春市降落漏斗區(qū)情況
位置 開采強度(104m3/a·km2) 中心水位埋深(m) 漏斗面積(km2)
賈家洼子 40.81 27 6.8
市中心 66.92 49.7 12
四間房 23.48 38.04 23.13
鐵北 23.48 27 21.45
根據當地水文地質條件,為方便進行計算,假設降落漏斗為圓形,降落漏斗以漏斗中心進行均勻擴散,漏斗邊緣距中心是等距的。即假設含水介質為均質各向同性,且其滿足Dupuit假設。
依據以上假設,根據降落漏斗的面積推算出降落漏斗的影響半徑。根據公式:
來計算導水系數T,從而計算各個點水位降深。
以賈家洼子降落漏斗為例:
其流量Q=7600 m?/d;
影響半徑R=1470 m;
水位降深s=25 m。
由于影響半徑較大,除以rw,再取ln后,對整體數值影響不大,取lnR/rw為8.3,帶入計算得T=401.58 m2/d。
則s與r的關系式即為s=Q/2πT*ln(R/r)代入數據整理,得s=3.02ln(1470/r)則求降落漏斗體積V=2π∫01470 3.02ln(1470/r)*rdr。
經計算得,V=1.03*107m3。
同理,其他降落漏斗的體積分別為:市中心2.57*107m3,四間房4.59*107m3,鐵北2.46*107m3。
四個降落漏斗體積之和約為1.312*108m3。如果孔隙度取0.3,則儲水空間約為4*107m3。因此若考慮將雨水回灌含水層,空間充足。
4 結論
長春地區(qū)年均降水量充足,水量可觀,如果能充分利用,將對長春市缺水的局面有巨大改善;且長春地區(qū)雨水水質良好,經初步的過濾,沉淀等工藝后可就地利用也可回灌地下;長春地區(qū)存在四個主要的降落漏斗可以作為儲存空間。因此,長春市雨水利用可行且收益大。
參考文獻
[1]鄧履翔.城市水資源可持續(xù)利用研究[D].中南大學,2011.