CN107989151A - 一种区域雨水收集利用工程系统及调配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种区域雨水收集利用工程系统及调配方法，区域雨水收集利用工程系统包括雨水汇集系统、水质处理系统和控制调配系统，雨水汇集系统包括硬质化下垫面的雨水汇集沟渠管道、拦挡和蓄水池，水质处理系统包括过滤系统，控制调配系统包括水质监测设备、水位监测器、控制闸门和水泵；过滤系统通过雨水汇集沟渠管道与下垫面连通，过滤系统与蓄水池连通，控制闸门设置于过滤系统与蓄水池之间，水质监测设备和水位监测器设置于蓄水池中，水泵用于将蓄水池中的水排出，拦挡设置于可蓄渗下垫面的外周。本发明的区域雨水收集利用工程系统可有效提高雨水的利用率，减少水体污染，减轻地表径流造成的水土流失。

Description

一种区域雨水收集利用工程系统及调配方法

技术领域

本发明涉及雨水收集利用技术领域，具体涉及一种区域雨水收集利用工程系统及调配方法。

背景技术

雨水是一种最基本、直接、经济的自然资源，是水循环系统中的重要环节。雨水利用是一种古老的传统技术，随着人类社会的进步和技术发展，雨水利用技术逐步受到重视并有了很大进步。雨水利用不仅涉及到水资源的保护与利用，还与排水系统、生态环境等有着密切的联系。当前我国大多数城市采用雨水管道排除雨水，不仅使大量资源直接流走，且地表径流雨水沿城市排水管道进人河、湖等水体，加剧了城市地表水源的污染，加剧了水资源供需矛盾。

目前我国雨水资源化利用技术还处在初级发展水平，雨水利用工程包括建筑物屋顶、道路等汇集雨水的收集利用设施，以及削减、调节雨水径流、补充地下水资源的渗透设施和调蓄设施；雨水径流污染控制与净化设施等，目前国内先进的雨水收集利用技术大部分形式较少，偏向应用于单项工程或小区的具体工程，且我国雨水利用率很低，尚未形成区域规模化、系统性地利用雨水。

发明内容

本发明的目的在于提供一种区域雨水收集利用工程系统及调配方法，用以解决现有的雨水利用技术存在雨水利用率低，尚未形成区域规模化、系统性地利用雨水的现实难题。

为实现上述目的，本发明提供一种区域雨水收集利用工程系统，所述区域雨水收集利用工程系统包括雨水汇集系统、水质处理系统和控制调配系统，所述雨水汇集系统包括硬质化下垫面的雨水汇集沟渠管道、拦挡和蓄水池，所述水质处理系统包括过滤系统，所述控制调配系统包括水质监测设备、水位监测器、控制闸门和水泵；所述过滤系统通过所述雨水汇集沟渠管道与下垫面连通，所述过滤系统与所述蓄水池连通，所述控制闸门设置于所述过滤系统与所述蓄水池之间，所述水质监测设备和水位监测器设置于所述蓄水池中，所述水泵用于将所述蓄水池中的水排出，所述拦挡设置于可蓄渗下垫面的外周。

优选的，所述水质处理系统还包括沉淀系统。

相对应地，本发明还提供一种区域雨水调配方法，所述区域雨水调配方法包括以下步骤：

步骤a，选定区域，搜集整理所述区域内的水文气象和自然地形资料，引入所述区域的GIS高精度地图，根据所述区域具体情况构建模型，计算监测点水位限制高度h_限和雨水蓄滞系统可蓄雨水量的具体数值，构建所述区域的基础数据库；

步骤b，根据所述区域内的水文气象资料和区域雨水收集利用工程系统的现状，结合所述区域内水资源的特点，对所述区域内的区域雨水收集利用工程系统进行补充完善；

步骤c，根据天气预报引入降雨数据，通过模型分析计算，将地表雨水资源Q_总在水位和水质约束条件下调配到雨水蓄滞系统以及河流中，得出地表雨水量初步调配结果；

步骤d，在所述区域降雨过程中，根据实时雨量、水位、水质、土壤水分的监测数据再次调用模型进行计算，若计算结果与初步调配结果一致，则维持初步调配结果，否则重复步骤c。

优选的，所述模型包括降雨量模型和雨水蓄滞模型。

优选的，所述水文气象包括区域内的降雨量和区域水系资料。

优选的，所述自然地形资料包括土地渗透系数、区域下垫面的占地面积和百分比、绿地植被的类型和覆盖率、雨水利用率和已建雨水设施、区域工业生产类型。

优选的，所述雨水蓄滞系统可蓄雨水量的具体数值包括区域内可储存雨水量V_储、区域内可下渗雨水量V_渗、区域内绿地可蓄滞雨水量V_绿和区域内补充消防水量V_消。

本发明具有如下优点：

1.通过区域雨水调配系统的构建，实现雨水资源化，进行雨水的综合管理，合理规划、高效利用雨水资源，是缓解水资源短缺局面的重要措施。采用控制调配系统进行实时监测和调配使得区域雨水资源利用更加精准和细化，能有效减少重复和不确定的成本。

2.通过区域雨水资源的合理蓄积分配，能够延缓暴雨汇流，减轻洪涝灾害，减轻区域排水和处理系统负荷，减少水体污染，维护城市良性水循环，同时可减轻地表径流造成的水土流失。

3.雨水资源主要用来绿化、生态用水及消防用水和对地下水进行补给，减少区域内的需水量，同时也可缓解城市地下水位下降。根据使用需要对雨水资源进行过滤-沉淀等处理，能有效减少供水水源成本，是区域水资源开发利用的重要手段。

4.本发明均选用环保节能材料，便于安装和拆卸，较传统减少如混凝土、砂石等工程材料的使用，能有效减轻二次污染，施工简单，维护方便。

附图说明

图1为本发明区域雨水收集利用工程系统的俯视结构示意图。

图2为本发明区域雨水收集利用工程系统的侧视剖面结构示意图。

图3为本发明区域雨水调配方法的流程图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和2所示，该区域雨水收集利用工程系统包括雨水汇集系统、水质处理系统和控制调配系统。

雨水汇集系统包括硬质化下垫面的雨水汇集沟渠管道1、拦挡3和蓄水池2，雨水汇集沟渠管道1沿硬质化下垫面(道路、广场、屋顶等)的周边设置，具体设置型式参数根据当地的雨强、汇水面积和径流系统确定，通常雨水管径DN100-1500mm，道路广场等雨水收集系统可通过马路两侧的水漏进行雨水的收集，水漏的截面型式采用梯形、圆锥、U形或矩形。拦挡3设置于绿地或湿地的四周，便于汇集和储存雨水，材料采用具有一定强度硬质化且不透水的工程塑料、钢板或其他材料，拦挡3的高度为50-300mm。蓄水池2根据使用需要及现场情况进行设计，在不影响周边地基与基础的情况下满足不渗透的条件即可。

水质处理系统包括过滤系统4，过滤系统4用于对雨水汇集沟渠管道1收集的雨水进行过滤，除去雨水中的杂质，过滤系统4主要设置在雨水汇集口处，在管道口和蓄水池2入口处采用不同孔径的多层滤网进行过滤，滤网最小孔径为0.43～0.28mm，除去杂质的雨水在控制闸门5的控制下进入蓄水池2。进一步的，水质处理系统还包括沉淀系统，沉淀主要在蓄水池2中进行，根据需要定期对蓄水池2进行清理。

控制调配系统包括水质监测设备7、水位监测器6、控制闸门5和水泵8，水质监测设备7设置于蓄水池2中，用于监测蓄水池2中雨水的水质。水位监测器6用于实时监测蓄水池2中水位的高度，控制调配系统根据区域调配的要求，在水位和水质约束条件下将地表雨水资源Q_总合理调配到雨水蓄滞系统以及河流中，具体调配方式，参见下列表格1，在此不再详细介绍。

相对应地，本发明还提供一种区域雨水调配方法，如图3所示，该区域雨水调配方法包括以下步骤：

步骤a，选定区域，搜集整理区域内的水文气象和自然地形资料，引入区域的GIS高精度地图，根据区域具体情况构建模型，计算监测点水位限制高度h_限和雨水蓄滞系统可蓄雨水量的具体数值，构建区域的基础数据库。

区域选定后，首先需要搜集整理区域内的水文气象和自然地形资料，水文气象包括区域内的降雨量和区域水系资料，自然地形资料包括土地渗透系数、区域下垫面(建筑屋面、道路、广场、绿地等)的占地面积和百分比、绿地植被的类型和覆盖率、雨水利用率和已建雨水设施、区域工业生产类型。GIS高精度地图采用尽可能的高精度分辨率，并及时更新。h_限为监测点水位限制高度。

模型包括降雨量模型和雨水蓄滞模型，在降雨量模型中，Q_总＝Q_屋顶+Q_道路+Q_广场+Q_绿，其中Q_总为该区域内降雨产生总的地表水量，Q_屋顶、Q_道路、Q_广场和Q_绿分别为区域内所有建筑物屋顶、道路、广场和绿地产生的雨水量，模型中雨量采用公式Q＝α*s*h计算，其中Q为降雨产生的地表水量，s为区域降雨计算面积，α为计算面积对应的径流系数，h为降雨量。雨水蓄滞模型V＝V_绿+V_渗+V_消+V_储，其中V为区域内可蓄滞雨水总量，V_绿为区域内绿地可蓄滞雨水量，V_渗为区域内可下渗雨水量，V_消为区域内补充消防水量，V_储为区域内可储存雨水量；调配系统根据水质、时间、距离及重要程度等约束条件对区域内雨水资源Q进行智能分配，通常情况下水质q满足要求时供应顺序为V_储、V_消、V_绿、V_渗，可根据表1针对不同地区不同情况进行调配。在建立模型之后，计算监测点水位限制高度h_限，以及雨水蓄滞系统可蓄雨水量的具体数值，既V_储、V_消、V_绿、V_渗。区域的基础数据库主要由区域的GIS地图、气象、地形、下垫面、水系沟渠等基础资料组成。

表1.雨水资源调配

注：1.表中q为经过本系统处理后雨水收集的实时监测水质；2.h为雨水收集不同点的实时监测水位高度，h_限为监测点水位限制高度；3.缺水区域在系统设计时根据当地情况尽可能多设计储水池和消防水池，及水质处理设备，确保雨水资源充分利用。

步骤b，根据区域内的水文气象资料和区域雨水收集利用工程系统的现状，结合区域内水资源的特点，对区域内的区域雨水收集利用工程系统进行补充完善。

雨水收集利用工程系统包括如上所述的雨水汇集系统、水质处理系统和控制调配系统，对上述系统进行定期检查，确保管道沟渠畅通和设备的运行正常。

步骤c，根据天气预报引入降雨数据，通过模型分析计算，将地表雨水资源Q_总在水位和水质约束条件下调配到雨水蓄滞系统以及河流中，得出地表雨水量初步调配结果。

将地表雨水资源Q_总在水位和水质约束条件下调配到雨水蓄滞系统以及河流中可按照上述表1进行调配。由于初步调配结果未必是最优化调配结果，因此还需要执行步骤d对初步调配结果进行修正。

步骤d，在区域降雨过程中，根据实时雨量、水位、水质、土壤水分的监测数据再次调用模型进行计算，若计算结果与初步调配结果一致，则维持初步调配结果，否则重复步骤c。

经过步骤d对初步调配结果进行修正，得出最优化调配结果，最后经过远程控制闸门5和水泵8将区域地表雨水输送至蓄水池2、绿地等处，实现区域雨水资源的充分利用。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种区域雨水收集利用工程系统，所述区域雨水收集利用工程系统包括雨水汇集系统、水质处理系统和控制调配系统，其特征在于，所述雨水汇集系统包括硬质化下垫面的雨水汇集沟渠管道、拦挡和蓄水池，所述水质处理系统包括过滤系统，所述控制调配系统包括水质监测设备、水位监测器、控制闸门和水泵；所述过滤系统通过所述雨水汇集沟渠管道与下垫面连通，所述过滤系统与所述蓄水池连通，所述控制闸门设置于所述过滤系统与所述蓄水池之间，所述水质监测设备和水位监测器设置于所述蓄水池中，所述水泵用于将所述蓄水池中的水排出，所述拦挡设置于可蓄渗下垫面的外周。

2.根据权利要求1所述的区域雨水收集利用工程系统，其特征在于，所述水质处理系统还包括沉淀系统。

3.一种区域雨水调配方法，其特征在于，所述区域雨水调配方法包括以下步骤：

步骤a，选定区域，搜集整理所述区域内的水文气象和自然地形资料，引入所述区域的GIS高精度地图，根据所述区域具体情况构建模型，计算监测点水位限制高度h_限和雨水蓄滞系统可蓄雨水量的具体数值，构建所述区域的基础数据库；

步骤b，根据所述区域内的水文气象资料和区域雨水收集利用工程系统的现状，结合所述区域内水资源的特点，对所述区域内的区域雨水收集利用工程系统进行补充完善；

步骤c，根据天气预报引入降雨数据，通过模型分析计算，将地表雨水资源Q_总在水位和水质约束条件下调配到雨水蓄滞系统以及河流中，得出地表雨水量初步调配结果；

步骤d，在所述区域降雨过程中，根据实时雨量、水位、水质、土壤水分的监测数据再次调用模型进行计算，若计算结果与初步调配结果一致，则维持初步调配结果，否则重复步骤c。

4.根据权利要求3所述的区域雨水调配方法，其特征在于，所述模型包括降雨量模型和雨水蓄滞模型。

5.根据权利要求3所述的区域雨水调配方法，其特征在于，所述水文气象包括区域内的降雨量和区域水系资料。

6.根据权利要求3所述的区域雨水调配方法，其特征在于，所述自然地形资料包括土地渗透系数、区域下垫面的占地面积和百分比、绿地植被的类型和覆盖率、雨水利用率和已建雨水设施、区域工业生产类型。

7.根据权利要求3所述的区域雨水调配方法，其特征在于，所述雨水蓄滞系统可蓄雨水量的具体数值包括区域内可储存雨水量V_储、区域内可下渗雨水量V_渗、区域内绿地可蓄滞雨水量V_绿和区域内补充消防水量V_消。