摘要：城市水資源協(xié)調(diào)是大自然系統(tǒng)中農(nóng)的一個子系統(tǒng)，令城市中雨水資源得到良好利用可達到改善區(qū)域環(huán)境的目的，提出對海綿是建設中嵌入式<strong>雨水收集系統(tǒng)</strong>進行設計。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，對雨水管渠進行設計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，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)和非點源污染進行控制，再通過旋流分離器對雨水中難以分離的泥沙實現(xiàn)分離，通過以上步驟完成了城市雨水收集系統(tǒng)的綜合設計。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，城市化進程也是呈現(xiàn)迅速加快的模式。由于城市化進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)設計過程</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。對雨水資源進行使用前，要先實現(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，通過設計雨水管渠達到******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較為復雜的過程，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進行設計，計算公式如下：</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表示設計暴雨強度，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表示雨水匯集時間，n表示雨水渠粗糙系數(shù)，b表示雨水渠寬度，p表示設計重現(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，這個過程中所需的世界為雨水匯集時間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表示地面集水時間，t2表示管渠內(nèi)雨水流動時間，地面集水時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，地面集水時間所采用數(shù)據(jù)大多數(shù)不需要計算，按經(jīng)驗取值，而根據(jù)經(jīng)驗一般地面集水時間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)時間，t2值是暴雨強度指標之一，與管道長度、坡度、雨水流速及管材性質(zhì)等因素相關。通過式（4）可對管渠內(nèi)雨水流動時間，t2進行描述：</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表示各管段滿流時水流速度。</p> 
<p class="ql-align-justify">折減系數(shù)是我國學者依據(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)的實際條件進行取值。通過以上公式已經(jīng)確定了地面集水時間及管渠內(nèi)雨水的流動時間，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的雨水收集利用設計</p> 
<p class="ql-align-justify">為有效實現(xiàn)雨水資源的綜合利用，需對收集后的雨水進行收集，本文：“海綿雨水”提出采用兩種技術對雨水的污染物進行控制。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是一種適用性強且有效的水質(zhì)處理技術，經(jīng)過對雨水棄流裝置的合理設計可對雨水中細小顆?；蚩扇苄晕廴疚镞M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，可設計簡易的雨水棄流裝置。雨水先流入棄流池，當棄流池蓄滿后雨水從設置的高水位蓄水池溢出后進入后續(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。若想使極細顆粒物質(zhì)達到良好的分離效果，必須使旋流分離器能夠達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)部件進行設計，包括旋流器進出口、旋流分離器直徑和擋板安裝角度等。旋流分離系統(tǒng)的具體設計結(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)的具體設計結(jié)構(gòu)圖</p> 
<p class="ql-align-justify">進出口高度確定：依據(jù)旋流條件的限制，為防止旋轉(zhuǎn)時水流速度過快出現(xiàn)的涌出現(xiàn)象，需要合理設計進出口高度，進口應該設置在距離觀察孔一倍左右的進口下方，該設計方式可以避免水流涌出現(xiàn)象，但也不能夠使進出口過高，過高會使旋流不順暢，造成流動受阻現(xiàn)象，可將進出口設計為距離頂部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，因此進口直徑與旋流器直 徑的關系為：D進口=(0.15-0.25)D直徑，計算得到中間值， 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，顆粒物沉降處理時間越長，效果也越好。但根據(jù)實際工程情況和 沉淀物處理等步驟，不能將旋流分離器設計得過高?？紤]到實際條件，根據(jù)經(jīng)驗通過計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算可以初步對雨水收集系統(tǒng)進行設計，在經(jīng)過雨水收集后充分利用旋流分離系統(tǒng)對收集后的雨水進行污染物控制處理，達到標準 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)化設計。</p> 
<p class="ql-align-justify"><strong>二、實驗與結(jié)果分析</strong></p> 
<p class="ql-align-justify">為緩解城市化進程給生態(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)進行優(yōu)化設計，從而增加雨水的綜合利用效率，達到改善城市生態(tài)環(huán)境的目的。通過仿真實驗驗證本文雨水收集系統(tǒng)的可行性，具體實驗如下。</p> 
<p class="ql-align-justify">實驗1：將海綿城市的某區(qū)域作為實驗對象，統(tǒng)計夏季汛期6-8月的降水量，同時對該區(qū)域各雨水收集系統(tǒng)設施的集雨量進行實際監(jiān)測，通過運用本文雨水管渠設計方法對該區(qū)域的雨水集雨量進行求解計算，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計方法對該區(qū)域6-8月份的雨水集雨水量計算較為準確，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">實驗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)對雨水資源進行進一步污染物控制處理。對收集后的雨水進行樣品采集，運用本文旋流分離系統(tǒng)和雨落管棄流系統(tǒng)對雨水樣品進行處理，分別觀察雨水經(jīng)過處理后進出口ss（懸浮固體）濃度變化及進出口濁度變化，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組樣品進行處理，獲取進出口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)對收集后的雨水進行懸浮固體控制處理操作，從圖中能夠看出隨著處理時間的增加，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）實驗提供3組雨水樣品，利用落管棄流系統(tǒng)對雨水樣品實行處理后，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為經(jīng)濟發(fā)展提供堅實基礎，因此本文提出對海綿城市的雨水收集系統(tǒng)進行化設計，從而提高雨水資源的利用效果，緩解城市熱效應。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現(xiàn)收集，根據(jù)集雨量和徑流系數(shù)設計雨水管渠，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和旋流分離控制技術對收集后的雨水進行處理，根據(jù)雨水徑流規(guī)律和污染物的沖刷規(guī)律，運用兩種控制技術實現(xiàn)雨水污染物處理過程，最終完成<strong>雨水收集系統(tǒng)</strong>的綜合設計。實驗證明，運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>