CN114934420A - 一种城市健康水循环系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种城市健康水循环系统，属于城市水资源可持续管理领域。系统从城市水资源的总体管理框架出发，结合水资源的自然和社会二元属性，开展自然循环过程和社会循环过程的统筹管理：在自然水循环过程中，通过海绵城市建设和调蓄设施的联合调度，最大程度蓄积雨水，削减峰值流量，雨水净化之后用于绿化和市政用水；在社会水循环过程中，将污水处理厂达标排放的尾水通过泵站输送至再生水调蓄设施，用于绿化灌溉，总体实现分质供水和循环回用。本申请提出的城市健康水循环系统能够有效提升城市水资源的利用效率，减少水资源浪费，促进城市水资源的可持续管理，能够有效帮助改善城市水资源短缺和水环境恶化状况。
Description
技术领域
本申请涉及一种城市健康水循环系统，属于城市水资源可持续管理方法技术领域。
背景技术
城镇化建设过程中不透水面积增加，绿化面积增大，一方面不透水地面和管道体系使将雨水快速外排，减少了本地的地下水补给，破坏了水循环过程；另一方面绿化灌溉和市政杂用急剧增加，这些用水来源多以区域自然水体的水资源为主，给区域水资源管理带来双重压力。为有效改善水资源的缺乏局面，提升水资源利用效率，改善水资源时空分布不均衡的负面影响，亟需改变当前的水资源利用格局，提出新的技术方法，对区域水资源进行统筹管理，形成可持续的长效水资源利用模式，以绿色发展支持生态文明建设。
健康水循环技术，从城市水资源的自然和社会二元属性出发，以水资源的最大化循环利用为手段，结合分质供水策略，通过调蓄设施实现对雨水和再生水的循环利用，尽可能减少城市对自然水体的负荷排放和水资源的抽取，最终实现对区域水资源、水生态、水环境的综合保护。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种可落地的、兼顾自然和社会二元循环过程的城市健康水循环系统。
具体地，本申请通过以下方案实现：
一种城市健康水循环系统，包括自然水循环子系统和社会水循环子系统。所述自然水循环子系统包括海绵城市系统、雨水调蓄系统、绿化灌溉系统和市政杂用系统；所述社会水循环子系统包括生活用水系统、污水处理系统、再生水调蓄系统和绿化灌溉系统；所述自然水循环子系统和社会水循环子系统均包括在溢流条件下的应急外排安全保护设施；所述健康水循环系统还包括从自然水体抽水用于绿化灌溉和市政杂用的应急备用设施。
上述系统的运行过程如下：城市中降雨期间产生的地表径流，通过海绵城市措施进行净化处理，多余的径流通过雨水管道输送至区域雨水调蓄设施，通过静置沉淀和湿地处理，净化雨水水质，并储存在调蓄设施内用于日常的绿化灌溉和市政杂用，如果降雨产生的径流量超过雨水调蓄设施的容积，则通过溢流设施进行安全外排，避免出现内涝；城市以自然水体为水源，经净化处理后作为生活用水，居民使用后产生的生活污水由污水管道和泵站输送至污水处理厂，经处理达标后排放再生水，通过泵站和输送管道将再生水输送至调蓄设施，利用重力自流或者泵站进行绿化灌溉，如果产生的再生水量超过再生水调蓄设施的总容积，则在污水处理厂通过泄流设施对再生水进行弃流；在雨水和再生水系统之外，单独布设抽取自然水体用于绿化灌溉和市政杂用的应急备用设施，作为在雨水调蓄池和再生水调蓄池水量不能满足需求时的应急备用。
上述方案将雨水和生活污水收集、处理后用于绿化灌溉和市政杂用，通过匹配不同用水单位对于水质的差异化要求，通过优水优用、分质供水实现水资源在本区域内的多次循环利用，从而避免采用“一刀切”的优质水资源供应模式，能够从最大程度上降低水资源浪费、减少对本地水资源的过度取用、减少城市污染负荷对自然水体的排放，最大化生态效益，改善区域水环境、水生态和水资源整体状况。
在上述方案中：
(1)海绵城市系统：利用透水铺装、下凹式绿地、植草沟、干塘、湿塘、生态滞留池等分散化小型管控措施，就地蓄滞雨水，增加入渗，实现对初期雨水的净化过滤，补给地下水，多余的雨水通过溢流和植草沟等传输后进入雨水管道。
(2)雨水调蓄系统：建设在区域的中下游位置，接纳通过雨水管道传输来的雨水，在降雨期通过调蓄空间蓄纳雨水，配置闸门、泄流孔等泄流设施，使所蓄纳雨水以可控的方式泄流到下游，同步设置溢流设施，对超过安全水位的来水快速泄流，避免产生内涝。多个雨水调蓄池可以建立上下游串联关系，实现雨水在不同调蓄池之间的联合调度。
(3)绿化灌溉系统：以雨水调蓄池或者再生水调蓄池的蓄水为水源，利用水泵或者重力自流方式，使用雨水或再生水对绿地、植被等进行灌溉，灌溉系统采用滴灌或者喷灌等高效节水灌溉模式，减少漫灌方式的自然蒸发损失。
(4)市政杂用系统：以雨水调蓄池为起点，利用水泵或者重力自流方式，使用雨水作为冲厕、洗车、道路浇洒等市政用水，经利用后进入市政污水管道进一步处理。
(5)生活用水系统：从城市的水源地抽取水资源，经过滤、净化、消毒等处理后得到符合《生活饮用水卫生标准》的生活用水，通过加压管道输送给城市各用水单位，满足日常生活用水需求。
(6)污水处理系统：利用污水管道收集城市各用水单位产生的生活污水，经污水泵站和加压管道，输送至污水处理厂进行处理，经预处理、沉砂、初沉、气浮、活性污泥、砂滤、混凝、反渗透、脱氮除磷等系列工序处理后，得到符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》要求的再生水。再生水通过泵站和加压管道输送至再生水调蓄水池。
(7)再生水调蓄系统：建设在区域的上游或者海拔相对较高的位置，接纳通过泵站和加压管道输送来的再生水，结合滴灌或者喷灌设施，通过泵站或者重力自流实现对周边绿地和植被的灌溉。
(8)备用绿化灌溉和市政杂用系统：在城市的雨水和再生水系统之外，单独建设绿化灌溉和市政杂用系统，利用泵站从自然水体取水，经加压管道输送至雨水调蓄设施和再生水调蓄设施，满足应急状态下的绿化灌溉和市政杂用需求。
进一步的，作为优选：
所述健康水循环系统配套安装土壤墒情监测装置，实时监测绿地植被所在区域的土壤墒情，根据土壤墒情分配灌溉水量。
所述雨水调蓄池和再生水调蓄池设有可编程逻辑控制器(PLC)装置，操作闸门和水泵的启闭，实现对泄流和灌溉过程的远程控制。
所述雨水调度系统可以根据天气预报情况，在暴雨事件前预先排空，腾出调蓄空间，更好地蓄纳初期雨水，从而最大程度减少初期雨水和污染负荷排放。
本申请的有益效果概括如下：
(1)从城市水资源管理的顶层构建循环利用机制，减少水资源浪费，挖掘水资源潜力，推动水资源可持续管理。
(2)能够有效促进本地地下水补给，提升本地水资源禀赋，减少城市初期径流污染，提升城市水环境和水生态健康状况。
(3)再生水中的营养物质能够有效促进绿地和植被的生长，减少因施肥带来的二次污染。
本申请所提供的方案，除生活用水、污水处理厂和各类泵站的能源使用市电以外，雨水调蓄设施和再生水调蓄设施用于绿化灌溉和市政杂用的系统均可以采用太阳能或者风力发电机等新能源，进一步降低整个系统的能耗；通过PLC模块，能够实现系统的远程自动控制。
附图说明
图1是城市健康水循环系统的总体架构示意图。
图2是雨水调蓄系统的实施例示意图。
图3是污水处理系统和再生水调蓄系统的实施例示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
参考图1，一种城市健康水循环管理系统，主要包括自然水循环系统和社会水循环系统，所述自然水循环系统包括海绵城市系统、雨水调蓄系统、绿化灌溉系统和市政杂用系统；所述社会水循环子系统包括生活用水系统、污水处理系统、再生水调蓄系统和绿化灌溉系统；所述自然水循环子系统和社会水循环子系统均包括在溢流条件下的应急外排安全保护设施；所述健康水循环系统还包括从自然水体抽水用于绿化灌溉和市政杂用的应急备用设施。
本实施例中，所述自然水循环系统中的海绵城市系统与雨水调蓄系统通过雨水管道连通，海绵城市系统的雨水通过重力自流进入雨水调蓄系统；雨水调蓄系统与绿化灌溉系统和市政杂用水系统通过管道连通，根据海拔选择重力自流或者泵站与加压管道组合的方式连通。
其中，如图2所示，所述雨水调蓄系统包括沉砂池、生态净化池、潜流湿地和深水池，所述沉砂池负责对雨水中的污染物进行沉淀和过滤；所述生态净化池由浅水池和表流湿地组成，种植沉水和挺水植被进行水质净化；所述潜流湿地通过厌氧过程进一步去除水中污染物；深水池负责收集处理后的雨水，由泵站或者自流方式满足绿化灌溉和市政杂用需求；所述沉砂池建有连接自然水源的应急泵站和管道，在深水池水量不足时抽取自然水源补充使用。
具体地，图2中的沉砂池、生态净化池、潜流湿地和深水池的容积需结合汇流区的面积和区域设计降雨共同确定。
具体地，沉砂池中收集的泥沙需要定期清理，以保持设计的调蓄空间。
具体地，生态净化池和潜流湿地内的植被需要定期维护，确保植被生长状况良好。
具体地，在深水池设置有泄流通道，以便于在大的降雨事件中快速排放深水池中的蓄水，避免出现溢流。
具体地，雨水调蓄系统布设在区域的中下游位置，多个雨水调蓄系统之间以串联或并联方式连接。
本实施例中，所述污水处理系统和再生水调蓄系统如图3所示，所述污水处理系统接收生活污水，经处理后生成符合排放标准的再生水，储存于污水处理厂出水池；所述再生水调蓄池接收由泵站输送的再生水，再由泵站或者自流方式用于绿化灌溉；所述再生水调蓄池建有连接自然水源的应急泵站和管道，在调蓄池水量不足时抽取自然水源进行补充使用。
具体地，污水处理厂出水池设有弃流通道，以便于在污水处理厂出水大于再生水调蓄池总容积的时候进行弃流。
具体地，再生水调蓄池分散在区域上游各处，尽可能覆盖区域内有灌溉需求的绿地和植被，多个再生水调蓄池之间以并联方式连接。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (11)
1.一种城市健康水循环系统，其特征在于：包括自然水循环子系统和社会水循环子系统，所述自然水循环子系统包括海绵城市系统、雨水调蓄系统、绿化灌溉系统和市政杂用系统；所述社会水循环子系统包括生活用水系统、污水处理系统、再生水调蓄系统和绿化灌溉系统；所述自然水循环子系统和社会水循环子系统均包括在溢流条件下的应急外排安全保护设施；所述健康水循环系统包括从自然水体抽水用于绿化灌溉和市政杂用的应急备用设施。
2.根据权利要求1所述的一种城市健康水循环系统，其特征在于：所述自然水循环子系统中，利用海绵城市措施组合促进雨水的就地入渗，多余部分的雨水通过雨水管道进行输送。
3.根据权利要求1所述的一种城市健康水循环系统，其特征在于：所述经过海绵城市措施处理后的雨水经管道输送至调蓄设施，经进一步沉淀和净化，之后用于绿化灌溉和市政杂用。
4.根据权利要求2所述的一种城市健康水循环系统，其特征在于：所述雨水调蓄设施包括沉砂池、表流湿地、潜流湿地、蓄水池、以及抽水泵站。
5.根据权利要求2所述的一种城市健康水循环系统，其特征在于：所述雨水调蓄设施包括溢流设施，在来水量超过调蓄池最大常规泄流能力时，通过溢流设施实现快速泄流。
6.根据权利要求1所述的一种健康水循环系统，其特征在于；所述社会水循环子系统抽取自然水源，经净化处理后作为生活用水，使用后成为生活污水，进入污水处理设施，产生的再生水进入再生水调蓄设施，用于绿化灌溉，多余的再生水进行弃流。
7.根据权利要求6所述的一种健康水循环系统，其特征在于：所述自然水源为自然水体，经净化处理符合国家生活用水水质标准后作为生活用水水源，经加压管道输送至居民和生活、生产使用。
8.根据权利要求6所述的一种健康水循环系统，其特征在于，生活用水使用后产生的污水，经由泵站和污水管道输送至污水处理厂，处理后得到符合国家排放标准的再生水(一级A或者一级B)，再经泵站输送至再生水调蓄设施。
9.根据权利要求6所述的一种健康水循环系统，其特征在于：污水处理厂产生的再生水量如果超过再生水调蓄设施的总存储量，将通过溢流设施对多余再生水进行弃流。
10.根据权利要求6所述的一种健康水循环系统，其特征在于：再生水调蓄设施储存的再生水通过重力自流或者泵站，满足服务片区内的绿化灌溉需求。
11.根据权利要求1所述的一种健康水循环系统，其特征在于：在雨水和再生水不能够满足绿化灌溉需求时，抽取自然水源作为绿化灌溉用水和市政杂用。
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