2019年6月14日

雨水管理

作者编制的/
击败Stauffer(Seecon International GmbH)

执行概要

雨水管理意味着管理地表径流。它可以应用于农村地区(例如收集降水),但在城市地区至关重要,因为地表不透水,径流无法渗透。传统的雨洪管理以排洪为主。不幸的是,这只会使高水负荷脱臼。现代方法的目的是重建自然水循环,即在一定时间内储存径流水(例如保留盆地),补充地下水(例如渗透盆地),并将收集的水用于灌溉或家庭供应。成本取决于技术和系统的规模。规划、实施、操作和维护都需要专家知识。

好处
适当排水地表径流
充电地下水和(重新)使用沉淀水和表面耗尽作为灌溉或家庭用水的可能性
在早期阶段处理雨水
避免对基础设施(私人财产、街道等)造成损害;防汛
可以融入城市景观,提供绿色和娱乐区
缺点
需要专家规划,实施,操作和维护
根据技术的不同,需要大量的操作和劳动力
高沉降速率造成的渗滤系统堵塞的风险

降水

介绍

字幕新闻块体

雨水管理对于防止农业用地的侵蚀和有居民的城市或农村地区的洪水是必不可少的。如果卫生设施被洪水淹没,这两种情况都会造成严重的破坏和环境污染。这给当地社区带来了高昂的成本和巨大的痛苦。

农村地区的雨水

暴风雨过后被淹没的农田。来源:弧(2010)
暴风雨过后被淹没的农田。来源:弧(2010)

在农村地区,农村生活小区、道路和建筑物的累积影响导致峰值流量增加,以及风暴事件后的排水量增加。这导致2个关键影响:洪水和河流侵蚀(ARC 2010)。农村地区的主要问题是不透水的表面(例如由道路和建筑物造成的)和过度紧张的污水系统(看PPT.).在农村地区和农业用地,它可能导致侵蚀(另见2050-土壤退化)。

此外,这些水可以用于农业和饮用水。除了可以在农村和城市地区实施的技术(阅读下文)之外,还有针对农村地区和农业土地的特定工具。这些包括灌溉系统接二连三的灌溉或小型降水技术,如微盆地沟插头现场战壕国债大坝而且当然屋顶上的收获.所有这些技术都利用了重要的水源,同时也减少了雨季的高峰流量,储存了水,并减弱了洪水的威力和速度。

城市地区的雨水管理

从左到右:一个自然的水循环允许渗透,地下水流动和蒸发蒸腾。当城市区域封闭表面,避免地下水补给或渗透时,就会发生洪水。现代技术利用自然过程(如渗透池塘或湿地)来管理径流水。资料来源:奥克兰市议会(2010年) 
从左到右:一个自然的水循环允许渗透,地下水流动和蒸发蒸腾。当城市区域封闭表面,避免地下水补给或渗透时,就会发生洪水。现代技术利用自然过程(如渗透池塘或湿地)来管理径流水。资料来源:奥克兰市议会(2010年)

任何城市发展都会影响或影响其环境。道路或建筑物的建设显著地改变了一个地区的水力特性。通常,透水层的渗透性较差,甚至不透水。洼地被抬高以防止积水。地表和管道的建设是为了更有效地排水径流。自然植被经常被移走,减少了植物的截留和蒸腾作用。有限的植被覆盖使土壤暴露在雨水的影响下,这可能会导致更多的侵蚀。自然弯弯曲曲的水道可以被疏导到更有效的路线流经发展。雨水管理是一门科学,旨在限制这些对环境的负面影响,并加强其正面影响,或在满足水利发展需要的同时,尽量减少相关的负面环境影响(可持续发展研究委员会,2000年)。

由于城市地区的不透水表面,洪水经常作为人为事件发生。径流从这样的表面有一个很高的速度,这增加了雨水排水系统。这增加了峰值流量和地面流量,减少了天然地下水流量(因为不可能渗漏)和蒸发蒸腾。此外,城市径流的污染负荷增加,导致水污染(PARKINSON et al. 2010)。

传统的雨洪管理模式是基于一种误解。它的目标是在渠道和管道的帮助下,尽快排水城市径流(参见下水道系统(看PPT.),这增加了洪峰流量和雨水管理的成本。这种解决方案只能将洪水问题从流域的一个地区转移到另一个地区。城市径流含有大量的固体和较高浓度的金属和其他有毒成分(PARKINSON etal . 2010)。

一个更可持续的方法是城市水综合管理(IUWM),指的是将淡水、废水和雨水作为资源管理结构的纽带进行管理的实践,以城市地区为管理单位(UNEP 2009)。IUWM包括以下活动:

  • 提高供水和消费效率
  • 通过使用无害环境技术和预防性管理做法,确保饮用水的适当水质和废水处理
  • 利用替代水源,包括雨水和再生和处理的水
  • 聘请社区以反映其水管理的需求和知识
  • 建立和实施政策和战略,以促进以上活动
  • 支持从事本研究所的人员和机构的能力发展
  • 提高服务的经济效率,以维持水、废水和雨水管理的运作和投资

自20世纪70年代以来,在IUWM的意义上,雨水开发的新技术已经开发出来,包括滞留和滞留池塘、透水表面、渗透沟、表面布拉布吕夫地下水充电和其他来源控制措施(PARKINSON等,2010年)。

存储类型的设备

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拘留池塘

蓄水池是挖掘水库或在自然洼地建造的,这些地方在低流量时期会干涸。它们可临时储存雨水径流,以减少雨水的流失,以管理雨水的质量和数量。为了确保去除污染的作用,池塘的设计必须允许雨水停留足够长的时间来沉淀固体(PARKINSON et al. 2010;NJDEP 2004)。

延长滞留盆地组件。来源:NJDEP (2004)
延长滞留盆地组件。来源:NJDEP (2004)

保留池塘

保留池(参见保留盆地)的设计主要是为了改善雨水的水质,但通常用作防洪装置。它们被设计成在干燥时期不会变干,因此将水作为其体积的一部分永久保留。基本设计参数为停留时间,一般为2 ~ 4周。水质改善主要通过沉降来实现(PARKINSON et al. 2010)。

现场拘留(OSD)

现场雨水滞留(OSD)是一种收集落在某个地点的雨水(被称为雨水或地表径流)的方法,暂时储存它,然后缓慢释放它,这样它就不会恶化下游的洪水。它主要用于城市和居民区,可以在现有建筑中进行改造(PARKINSON et al. 2010;UPRCT纽约)。

一个可能的OSD设计与模块化的坦克盒。资料来源:亚特兰蒂斯(N.Y)
一个可能的OSD设计与模块化的坦克盒。来源:ATLANTIS(纽约)

雨水收集

适应的兴趣在城市地区收集雨水随着它提供保护饮用水和减少雨水径流的组合益处。当收获的雨水用于灌溉园景区域时,水要么被植被蒸发或渗透到土壤中,从而有助于保持预期水平。将落在集水表面(例如屋顶)上的雨被收集并输送到储罐中。With minimal pre-treatment (e.g., gravity filtration or first-flush diversion), the captured rainwater can be used for outdoor non-potable water uses such as irrigation and pressure washing, or in the building to flush toilets or urinals (adapted from TRCA & CVC 2010). It is also a widely used useful technique in农村地区

绿色屋顶

绿色屋顶,也被称为“活屋顶”或“屋顶花园”,由一层薄薄的植被和生长介质组成,安装在传统的平屋顶或斜屋顶上。绿色屋顶被吹捧为对城市的好处,因为它们提高了能源效率,减少了城市热岛效应,并为被动娱乐或审美享受创造了绿色空间。绿色屋顶或垂直花园也可以用处理的灰水处灌溉。对于水资源经理,它们对水质,水平和峰值流量控制益处具有吸引力。从水文角度来看,通过将雨水存放在生长培养基和池塘区,绿色屋顶像草坪或草地一样。在TRCA和CVC(2010)中了解更多关于它的信息。

人工湿地

除了建造的湿地旁边(例如水平流)用于污水处理,还设计了雨洪湿地来管理洪峰,改善地表径流的水质,恢复一些城市的自然栖息地和鸟类(奥克兰市议会(2010))。要了解更多关于湿地的信息,请到大都会委员会(纽约)。它们可以与表面地下地下水补给系统土壤含水层处理

渗透型设备

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渗透沟渠

渗透沟是用均匀破碎的石头(类似于浸泡坑)为雨水径流创造地下水库。径流逐渐通过沟槽的底部剥离到底土中,并最终进入水位。墙壁和顶部衬有土工布,以避免沉积物渗透。沟槽设计可以被修改为包括营养覆盖和其他特征,建立生物过滤区域。他们经常在室外停车场或街道旁边建造。治疗发生在渗透到土壤中。然而,径流中沉降浓度高的风险很高(Dep&Czm 1997; Parkinson等,2010)。

渗透沟的设计。来源:滨河(纽约)和可持续雨水管理(2007)
渗透沟的设计。来源:滨河(纽约)和可持续雨水管理(2007)

草过滤条纹

草过滤条纹(也称为过滤条纹或草过滤)是浓密的植被,均匀分级的地区,处理表面流从邻近不透水的地区。草过滤条纹的作用是减缓径流速度,捕获沉积物和其他污染物,并提供适度的渗透(BARR工程公司,2001年)。

草过滤条纹结合渗透沟(石滴)和森林过滤。资料来源:巴尔工程公司(2001) 
草过滤条纹结合渗透沟(石滴)和森林过滤。资料来源:巴尔工程公司(2001)

草撒播

草洼地(也称为植被洼地)是开阔的长满草的渠道,在其中雨水径流减缓和部分渗透沿着他们的过程。检查洼地中的水坝和植被,减缓水的沉降,通过根系和土壤基质过滤,蒸发蒸腾,并渗透到下面的原生土壤。长期以来,简单的草渠或沟渠一直被用来输送雨水,特别是用于巷道排水。增强的草地结合设计特点,如修改几何和检查水坝这改善了简单草通道和路边沟设计的污染物去除和径流减少功能(Parkinson等,2010; TRCA&CVC 2010)。

增强的草沼特征检查大坝,临时池塘径流增加污染物滞留和入渗,并降低流速。来源:TRCA & CVC (2010)
增强的草沼特征检查大坝,临时池塘径流增加污染物滞留和入渗,并降低流速。来源:TRCA & CVC (2010)

透水人行道

透水的路面是一个可渗透的路面表面,下面有一个石材储存器。储存器暂时将表面径流暂时存放在渗透到底土或亚表面排水中,并且在该过程中提高了水质。多孔材料如古石灰砂浆和透水铺面的使用相对单渐进材料。在透水路面的情况下,这转化为缺乏“细”材料。透水的路面也有时也称为“没有罚款混凝土”(改编自Tecoeco N.Y.)。

演示过程中多孔路面的理论横截面(左)和多孔路面。来源:TECOECO(纽约)。
演示过程中多孔路面的理论横截面(左)和多孔路面。资料来源:TECOECO(N.Y.)

渗透盆地

渗透盆地(也称为渗透池)是一种在高渗透性土壤中建造的设施,用于临时储存雨水径流表面地下水补给).一个渗透盆地通常没有一个结构出口(像滞留盆地)从暴雨中排放径流的水质设计暴雨。相反,从渗透盆地流出的水是通过周围的土壤。渗透盆地也可以与延伸的蓄水盆地相结合,为雨水质量和数量管理提供额外的径流存储。渗透盆地采用的TSS去除率为80% (NJDEP 2004)。

成本的考虑

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不同系统的成本在很大程度上取决于技术、地形和专家知识。其中一些很容易实现,另一些非常复杂并增加了成本。另一方面,适当的雨水管理避免了对基础设施的破坏,保护了城市地区和农村居民点的人口。

卫生方面

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现代雨水技术主要有一些生态治疗效果,一般旨在保护公众的健康,福利和安全性(通过防止水污染),并通过安全地路由和从发展中排出雨水(CSIR 2000)来保护洪水危害的财产(CSIR 2000).

城市固体废物不仅是公共卫生的问题,也是雨水设施正常运行的问题。合法和非法的家庭污水渠连接到雨水排水系统意味着辅助设施,如蓄积池,成为污染物的陷阱。在高洪水期间,这些水会被冲走,并可能导致水污染(PARKINSON et al. 2010)。

此外,高负荷的细粒沉积物会堵塞渗透系统,导致永久积水。这可能导致蚊子繁殖,这在疟疾和其他热带疾病常见病的潮湿气候中是一个主要问题。

操作和维护

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所有雨水管理系统都需要适当的O&M服务。定期维护延长了雨水系统的寿命,改善了现场排水,减少了进入地表水域和地下水的污染。政府设施以及私人财产所有者负责O&M。例如,可以在波特兰市(2006年)中找到私人所有者手册。

适用性

从理论上讲,雨洪管理对于保护人类健康、防止水污染、(在农业或家庭层面)利用降水以及防止对基础设施的破坏都是必要的。这在城市地区是至关重要的,因为建造的表面改变水力特性和防止渗透。整个管理必须适应当地的条件(气候、地形、资源等)。因此,专家知识是必需的。

媒体PPT
库引用

模块化地下储罐系统

亚特兰蒂斯地下储罐系统是一个模块化的地下系统,可以容纳任何需要的体积。水箱的地下位置为园林绿化或车道提供了空间,同时也确保了保持水的最佳条件。宏观和微观污染物完全避免系统通过亚特兰蒂斯过滤单元。它用于渗透、滞留和储存屋顶收集的雨水。

纽约亚特兰蒂斯:模块化地下储罐系统。西德尼:亚特兰提斯URL.[访问:09.05.2019]

农村生活工具箱:奥克兰地区农村生活地区雨水排放管理指南

指南文件(“工具箱”)旨在提供上述群体,其中包含各种方法和工具,以减轻雨水径流从农村生活区的影响。所有这些理事会都致力于避免,纠正或减轻雨水排放对接收环境的不利影响的政策。

ARC(2010):农村生活工具箱:奥克兰地区农村生活地区雨水排放管理指南。奥克兰:奥克兰地区委员会(ARC)URL.[访问:09.05.2019]

艾伯塔省雨水管理指南

这些指导方针旨在帮助阿尔伯塔省的市政当局、地方当局、咨询工程师和开发商进行雨水管理系统的规划和设计。它们概述了雨水管理的目标,以及雨水排水系统的规划、设计和运作的方法和概念。除了雨水管理的水量方面外,该出版物还介绍了一些可用于雨水质量管理的技术。

艾伯塔省环境(1999):艾伯塔省省的雨水管理指南。埃德蒙顿:艾伯塔省环保URL.[访问:09.05.2019]

雨水

奥克兰市议会(2010):雨水。奥克兰(新西兰):奥克兰市议会URL.[访问:09.05.2019]

人类住区规划与设计指南

本手册,人类住区规划和设计指南,为南非和解地层提供了指导愿景,解决了我们人类住区中应追求的品质,并提供有关如何实现的指导。该出版物通过参与进程在两年多的时间内开发,其中参与了各学科的利益攸关方和专家。

CSIR(2000):人类住区规划与设计指南。比勒陀利亚:CSIR建筑和施工技术,第6卷第6章,第1-39章URL.[访问:09.05.2019]

雨水管理

这份雨水管理手册包括三个主要主题:“水文与雨水径流”、“场地规划与非结构方法”和“结构最佳管理实践”。

DEP;CZM(1997):雨水管理。第二级:雨水技术手册。波士顿:马鞍环境保护部(DEP)和MA办公室沿海地区管理(CZM)URL.[访问:09.05.2019]

人类住区规划与设计指南

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CSIR(2000):人类住区规划与设计指南。比勒陀利亚:CSIR建筑和施工技术,第6卷第6章,第1-39章URL.[访问:09.05.2019]

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DEP;CZM(1997):雨水管理。第二级:雨水技术手册。波士顿:马鞍环境保护部(DEP)和MA办公室沿海地区管理(CZM)URL.[访问:09.05.2019]

超人锁定

一篇关于透水路面及其可能性的文章。

TECOECO(纽约):Permecocrete。Glenorchy: TecEco Pty Ltd。URL.[访问:05.03.2012]

低影响开发雨水管理规划和设计指南

该指南旨在为工程师、生态学家和规划者提供基于景观的雨水管理规划和低影响发展的雨水管理实践的最新信息和方向,如雨水收集、绿色屋顶、生物蓄积、透水路面、渗水道和沼泽地。指南中包含的信息将帮助从业者采用基于景观的雨水管理方法,并将帮助选择、设计、建造和监测更可持续的雨水管理实践。

TRCA;CVC(2010):低影响开发雨水管理规划与设计指南。Downsview和Mississauga:多伦多和地区保护局(TRCA)和多伦多和地区保护局(CVC)URL.[访问:09.05.2019]
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艾伯塔省环境(1999):艾伯塔省省的雨水管理指南。埃德蒙顿:艾伯塔省环保URL.[访问:09.05.2019]

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美国环境保护署(2007):通过低影响发展(LID)战略和实践减少雨水成本。华盛顿特区:美国环境保护局(EPA)URL.[访问:09.05.2019]

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(2013):集水。良好实践指南。伯尔尼/阿姆斯特丹/瓦赫宁根/罗马:发展与环境中心、雨水收集实施网络、MetaMeta、国际农业发展基金(农发基金)URL.[访问:12.03.2019]PDF
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陈建平,陈建平(2010):城市排水系统在城市雨水管理中的应用。伍斯特:伍斯特理工学院URL.[访问:23.05.2012]

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