摘要：城市水資源協調是大自然系統中農的一個子系統，令城市中雨水資源得到良好利用可達到改善區域環境的目的，提出對海綿是建設中嵌入式<strong>雨水收集系統</strong>進行設計。首先，根據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據，利用徑流系數了解地面匯水面積、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，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律和輸送規律對雨水中的雜質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分離，通過以上步驟完成了城市雨水收集系統的綜合設計。嵌入式雨水收集系統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，因此在城市經濟發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，雨水有較明顯的優勢，例如，雨水就地收集，處理步驟簡單，水質硬度低及水中含有土壤需要的營養成分，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 的城市地面區域下陷得到緩解，也是解決城市內澇及城 市惡性水循環等一系列問題的有效方法。雨水資源的高效收集和利用，能提高蓄養水資源的能力，增強城市防澇抗洪能力及提升城市生態環境。</p>
一、海綿城市嵌入式雨水收集系統設計過程</strong></p>
1.1基于水質特性的雨水收集系統</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生的污染物質，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最大集雨量，根據年降水量不同，集雨量也存在區別。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，q表示設計暴雨強度，f表示回收面積，m表示折減系數，A表示常熟，c表示流速系數，t表示雨水匯集時間，n表示雨水渠粗糙系數，b表示雨水渠寬度，p表示設計重現期。</p>
<p class="ql-align-justify">在城市中，雨水從地面徑流至雨水口，經雨水管再匯入河流，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據大多數不需要計算，按經驗取值，而根據經驗一般地面集水時間t，取值范圍為5~10min。</p>
<p class="ql-align-justify">管渠內雨水流至河道的流經時間，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等因素相關。通過式（4）可對管渠內雨水流動時間，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">折減系數是我國學者依據雨水空隙容量思想研究提出的，因此折減系數的取值范圍也必須根據海綿是地區的實際條件進行取值。通過以上公式已經確定了地面集水時間及管渠內雨水的流動時間，通過確定折減系數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。具體雨水收集系統綜合利用結構如圖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雨水收集系統綜合利用結構圖</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處理技術，經過對雨水棄流裝置的合理設計可對雨水中細小顆粒或可溶性污染物進行處理控制。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處理系統，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構部件進行設計，包括旋流器進出口、旋流分離器直徑和擋板安裝角度等。旋流分離系統的具體設計結構如圖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旋流分離系統的具體設計結構圖</p>
<p class="ql-align-justify">進出口高度確定：依據旋流條件的限制，為防止旋轉時水流速度過快出現的涌出現象，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。考慮到實際條件，根據經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進行設計，在經過雨水收集后充分利用旋流分離系統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，從而完成了海綿城市雨水收集系統的綜合優化設計。</p>
<p class="ql-align-justify"><strong>二、實驗與結果分析</strong></p>
<p class="ql-align-justify">為緩解城市化進程給生態環境帶來的影響，本文提出對海綿城市的雨水收集系統進行優化設計，從而增加雨水的綜合利用效率，達到改善城市生態環境的目的。通過仿真實驗驗證本文雨水收集系統的可行性，具體實驗如下。</p>
<p class="ql-align-justify">實驗1：將海綿城市的某區域作為實驗對象，統計夏季汛期6-8月的降水量，同時對該區域各雨水收集系統設施的集雨量進行實際監測，通過運用本文雨水管渠設計方法對該區域的雨水集雨量進行求解計算，并對兩組數據比較差異性。具體集雨量數據如表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數據為對6—8月份雨水收集系統的實際集雨量監測數據，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測結果差距微小，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雨水收集系統的良好性能。</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和雨落管棄流系統對雨水樣品進行處理，分別觀察雨水經過處理后進出口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）先從雨水收集系統中取3組樣品，利用旋流分離系統對以上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雨落管棄流系統處理后雨水濁度變化</p>
<p class="ql-align-justify">對比以上兩種系統，顯示本文中的旋流分離系統對水處理綜合利用效率較高。</p>
<p class="ql-align-justify">結論</p>
<p class="ql-align-justify">城市水資源的有效利用能夠為經濟發展提供堅實基礎，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收集，根據集雨量和徑流系數設計雨水管渠，使嵌入式雨水收集系統初步完成，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，根據雨水徑流規律和污染物的沖刷規律，運用兩種控制技術實現雨水污染物處理過程，最終完成<strong>雨水收集系統</strong>的綜合設計。實驗證明，運用該嵌入式雨水收集系統可提高對雨水資源的利用率。</p>
