人工降雨的物质篇（1）

一、城市路面室内冲刷研究现状

城市路面灰尘中积聚了相当数量的有机物、氮磷物质、重金属、PCB等污染物质，在雨水的冲刷下，进入河、湖水域，这种突发性的输入往往具有短期、爆发性特点，会对水生态系统以及水环境产生严重危害。地表灰尘累积主要通过大气沉降、地表吹蚀物沉降、路面及交通工具的磨损等形式进行，同时还受到风力的重悬浮影响以及人为清扫效率的影响，灰尘累积在这些影响的共同作用下达到平衡。

城市路面冲刷过程的研究起始于上世纪70-80年代，研究的对象主要为径流中的TSS，营养盐、重金属等物质的流失特征，而路面物质的冲刷量则受到路面物质存量、径流量以及雨强等因素的影响。近些年的研究进一步深化了人们对路面冲刷机制的理解，通过野外和室内试验探讨了雨强、降雨持续时间、雨前晴天时长对路面物质输出量的影响。对雨强因素的深入讨论表明，雨滴的冲击能量能有效的剥离吸附在路面上的灰尘，但随着道路表面水层的形成，雨滴的作用会大为降低，这也造成路面污染物在径流初期会急剧输出的特点。

二、研究方法

本研究以某市人行道路面作为参考对象构建室内路面，在实验室内用25块人行道地面砖在室内构建1.51.5米的路面，坡度1.6%，路面最底端高度30cm，路面两侧用不透水的PVC板阻隔路面径流流出路面，以保证降雨径流能全部流向下方，路面底部设有集水管收集路面汇流的径流量。

路面灰尘则参考2010.3-1020.9监测得到的6个月的人行道路面灰尘进行粒级配制，灰尘各粒级重量百分比固定为：>300um、占10%；150-300um、占10%；48-150um、占15%；、占65%。每次实验前称量上述粒级灰尘，得到混合灰尘样15克，用药匙均匀分配到每块地面砖上，每块约分得0.6g，并人工扫匀。降雨由降雨模拟器（TSOY-102）模拟不同雨强，分别模拟4个不同雨强下的降雨冲刷。雨强测定时，不改变模拟器的位置、距离、方向，只通过改变压力表压力进行修改，但考虑到模拟器所降雨水可能分布不均，因此每次实验时在实验路面的四角及中心各放置一口径10.5cm烧杯，最终雨强通过汇集五个烧杯降雨并取平均值获得。（实验表明即使在同一压力值，设备的雨强也有变化）每天取一固定压力值（希望能获得同一雨强值），再按降雨3、5、7、9分钟等4个时段进行4次实验，每次试验间隔1小时，并使用加热灯烘烤路面半小时，等待路面完全干后，用改制的大功率吸尘器（FC8260）收集雨后残留样，样品分别通过50目、100目、300目、500目筛，称重，总的实验次数为16次。每次降雨过程的冲刷量使用总投放量减去路面存留量获得。

三、研究结果

（一）路面冲刷前后特征。在室内的实验中，样品采用固定粒级比重的样品进行实验，每次样品重15g，共进行16次不同雨强的降雨实验。雨强范围0.291-0.762mm/min，由于本文收集的样品属于vaze定义的“自由载荷”，所以上述实验主要反映自由载荷的冲刷规律。通过雨前样粒径分布和雨后样粒径分布的比较，可明显看出，在多次的冲刷试验中，>300um，150-300um，48-300um等三个粒径组在降雨冲刷后的比例比原样明显有所提高，而较细的粒径组比例则比原样比重有所下降。这表明整个样品经降雨冲刷后，粒径有粗化的趋势，而在不同雨强的冲刷中，>300um，150-300um，48-300um三个粒径组灰尘比重的增加表明这些尘土颗粒具有相同的水力学特征，因而具有相同的冲刷特点。这和粒径组的物质冲刷形成对比，该组比重下降，说明该粒级组在所有的降雨事件中都表现出更强的可蚀性。一些研究认为细粒灰尘在冲刷中更易被冲刷掉，但究竟哪个粒级物质易于冲刷尚不明确，这在本实验中得到回答。各粒级组16次实验平均冲刷损失比例分别为：>300um，占39.12%；150-300um，占36.03%；48-300um，占30.16%；，占53.27%；可见细粒物质主要是的灰尘损失较多，略多于50%。

从携带氮磷成分的粒级分配看，很多的研究表明氮磷物质主要附着于48-300um和两个粒级组，在该市其他路面采样也证实了这一点，日常监测从2010年3月――9月，灰尘样品的TN测定采用半微量凯式法，TP的测定采用钼锑抗分光光度法，可发现氮磷物质的主要集中在48-300um和两个粒级组中，且一般灰尘粒级组的重量百分比可占50%以上，所以，可以推测在降雨初期的一段时间中，一半以上的细粒物质被冲刷，同时也伴随着大量氮磷物质的流失。

（二）雨强对路面冲刷和沉积的影响

目前很多研究论证了降雨雨强对冲刷有着极其重要的影响，一般冲刷量会随着雨强的增大而增大，但本室内实验的结果似乎并不支持这一结论，如前所述，采用室内模拟的方法获得16次冲刷数据，将每次投放的总量减去冲刷后的路面残留量获得每次输出量，并计算残留量比例，很明显，雨强增大而相应的冲刷比例却在减小。试验中的目视观察可以发现，在雨强较大的几次试验中路面底部位置都会发现有较大量的物质沉积，底部沉积区域由路面最底部的5快地面砖构成，约占全部路面的1/5，灰尘投放量为3g，冲刷实验后，将路面最底部与路面其他部分残留物质分开收集，称重并计算残留物占总投放量的比重，5次实验中有4次底部收集到的物质量大于3g，明显路面底部发生了堆积作用。可见实验中最终路面冲刷出的物质量应是冲刷和堆积共同作用的结果。这就揭示了路面物质冲刷量不随雨强增大而增大的原因。另外，路面底部是坡度相对较小区域，水流流速降低，径流中的携带物易发生沉积，这和日常在城市道路观察到的现象非常一致，雨后灰尘往往会集中在路肩与路面的结合处。

除路面底部以外的其他4/5面积（投放了12g灰尘）发生了净冲刷，路面残留比重从38%到53%，物质冲刷量从4.05g-6.3g，大部分实验中上部路面损失超过50%，随着雨强的增大，这一部分路面的残留量所占比重变小，物质损失量增大，冲刷掉的物质有可能在路面底部发生堆积，路面物质的沉积量随雨强的增大而增大。

四、室内冲刷实验的意义

目前很多监测都表明，在径流形成初始阶段会有大量氮磷、重金属、有毒有害物质呈爆发性的进入水域，由于污染物浓度较高，往往会对水体内的生态系统造成损害。

综上所述，在重金属和其他一些污染物的降雨冲刷中，水流的物理携带是主导作用。这一结论表明，降雨初期，在雨水进入污水厂或直排入河前处理掉其中的TSS是一件非常重要的工作，同时表明在日常的扫街工作中，使用更有效率的清扫工具也是大幅减少暴雨输出的有效方法。

人工降雨的物质篇（2）

中图分类号：TV213.9；TU992.1文献标识码：A文章编号：1672-1683（2013）04-0215-03

新建城市和城市的新建区，一般都采用分流制排放城市污水和雨水[1]，径流雨水未经处理直接通过雨水管道就近排入到附近受纳水体中。在城市发展的初期，径流雨水对受纳水体的污染较轻，但随着城市交通量及屋面和路面材料种类的不断增加，雨水在径流过程中携带的污染物质的种类和数量也在大量增加，径流雨水中污染物的浓度在数量级上与未经处理的城市污水基本相同[2]，从而使受纳水体受到严重的污染。径流雨水对受纳水体的污染程度取决于污染物的浓度。对同一场降雨而言，径流雨水中污染物的浓度一般都呈现随降雨历时的延长逐渐降低并趋于稳定[3]的规律，初期径流雨水污染物浓度高，对受纳水体污染严重。已有研究表明[4]，弃流为6 mm降雨深度的路面初期雨水能去除COD总量的77.9%。对市政管道系统而言，12 mm的弃流量只能控制污染物总量的20%，只有弃流达到32 mm以上时才有可能控制90%的径流污染[5]。可见，采取源头截污控制措施[6]截流污染物浓度较高的初期径流雨水可降低对受纳水体的污染，但用降雨深度表示初期径流雨水量难以求得截流管道的管径，不能采取工程措施将其有效截流。因此，探讨有效截流初期径流雨水的工程措施，对控制受纳水体的污染有着重要意义。

1截流初期径流雨水的工程措施

1.1截流原理

路面径流雨水中溶解性有机物所占比例较小，可采用截污措施改善径流水质[7]。因此，在雨水管道系统上每隔一定距离设置一个截流井，在截流井中设置截流管道将初期径流雨水截流到污水管道中，使其与污水一并进入污水厂进行处理，通过设置的若干个截流井中截流管道的截流作用，使雨水管道只输送排放后期径流雨水，从而减轻对受纳水体污染。

1.2初期径流雨水的界定及其设计流量计算

径流雨水中的污染物主要来自大气、屋面和路面，其浓度一般用BOD5、COD、TP、TN等污染指标描述[8]。对某一场降雨而言，初期径流雨水量取决于其污染指标值。《中华人民共和国地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中Ⅴ类水体的水质满足农业用水及一般景观要求[9]，以其基本项目标准限值为依据，将污染指标值高于该标准限值的径流雨水界定为初期径流雨水进行截流，可减轻径流雨水对受纳水体的污染。径流雨水的设计流量用单位时间内的降雨体积表示，依据产流公式按式（1）计算。

堰上水头的高度应与截流井下游雨水管道的管径相等，用该管径减去堰上水头即得堰的高度。

截流管道是沿道路横断面铺设的雨水管道和污水管道的连通管，它的设计流量就是初期径流雨水的设计流量，据此按钢筋混凝土圆管（满流）的水力计算图确定截流管道的管径[11]。为减少沉淀淤积，建议最小设计流速为0.8 m/s。

2截流效果验证方法

以徐州市为例，先选择市区道路和过境车辆较多的三环路某路段，实测某场降雨不同降雨历时径流雨水的BOD5、COD、TP、TN指标值。COD采用重铬酸钾法、BOD5采用碘量法、TN采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法、TP采用钼锑抗分光光度法进行测定[12]。将测定值与《中华人民共和国地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中Ⅴ类水体的基本项目标准限值进行比较，将污染指标值等于或小于标准限值时的降雨历时作为设计降雨历时。然后以在建雨水管道工程为验证对象，根据确定的设计降雨历时再进行截流井和截流管道的设计与施工。开放交通一段时间后，实测某场降雨截流井中截流前后雨水的BOD5、COD、TP、TN指标值，计算所测指标的截流率，验证截流效果。

3结果与讨论

3.1设计降雨历时的确定

以2011年7月徐州市某场降雨为测定对象，在选定路段上，取连续的5个雨水口为取样点，用洁净的矿泉水瓶采集水样，每个样本容积不少于1 000 mL。从雨水口处出现径流时开始取样，取样时间间隔5 min，同一降雨历时5个取样点同时取样测定。取同一降雨历时5个实测值的平均值作为测定值，结果见表1和表2。

4结论

将径流雨水中污染指标值高于《中华人民共和国地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中Ⅴ类水体基本项目标准限值的径流雨水界定为初期径流雨水，径流雨水的设计流量依据污染指标值等于或小于该标准Ⅴ类水体基本项目标准限值时的降雨历时按产流公式计算，然后按薄壁堰堰流公式进行溢流堰式截流井设计，再借助钢筋混凝土圆管（满流）水力计算图确定截流管道的管径，并采用溢流堰式截流井截流。在试验验证条件下截流效果显著，实现了用工程措施对初期径流雨水的有效截流，达到了减轻对受纳水体污染的目的。

参考文献：

[1]GB 50014-2006，室外排水设计规范[S].

[2]何流，陈文淼，张超.城市雨水径流污染控制研究[J].能源与环境，2011，（4）：95.

[3]胡文力.浅析初期雨水水质及弃水量[J].山西建筑，2011，（25）：129-130.

[4]陈民东，张胜，李思敏.邯郸市区雨水初期径流控制量的确定[J].资源环境与工程，2007，（4）：435-438.

[5]Marry CatherineHager.Evaluating First Flushrunoff[J].Stormwater，2001，2（6）：1-10.

[6]姜文超，管继玲，吕念南，等.雨水径流污染与城镇排水系统规划[J].南水北调与水利科技，2010，9（3）：39-41.

[7]陈伟伟，张会敏，詹小来，等.城区路面雨水径流水文水质特征试验研究[J].水电能源科学，2012，30（9）：26-29.

[8]车伍，张炜，李俊奇，等.城市雨水径流污染的初期弃流控制[J].中国给水排水.2007，（6）：1-2.

[9]GB 3838-2002，中华人民共和国地表水环境质量标准[S].

人工降雨的物质篇（3）

Abstract: flood engineering by rainfall there will be rain groove and individual works of local collapse, take temporary solution, in addition to relevant technical scheme to deal with defects, but also as much as possible in advance to do protection work.

Keywords: channel engineering; subsidence; rain ditch

中图分类号：U698.91 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

1工程概况

1.1 河南气候特征

河南省位于北纬31°23′ ～36°22′ ，东经ll0°21′ ～1l6°39′,地跨暖温带和北亚热带两大自然单元的我国东部季风区内。气候比较温和，具有明显的过度性特征。南北各地气候显著不同，山地和平原气候也有显著差异。全年四季分明。总的气候特征是：冬季寒冷少雨雪，春短干旱多风沙，夏天炎热多雨，秋分明。总的气候特征是：冬季寒冷少雨雪，春短干旱多风沙，夏天炎热多雨，秋季晴朗日照长。

河南的降雨与气温同步，多年平均降雨量为784.8mm，年降雨总量为1296亿立方米，并由东南向西北逐渐减少。淮河以南地区1000～1400mm，黄河沿岸和豫北平原仅600～700mm，其他地区在700～1000mm之间。因受季风影响，降雨年内很不均匀，雨量集中在6、7、8月，约占全年降雨量的50%～60%，而且降雨强度大，在多暴雨区如鲁山和太行山、伏牛山东麓一带，常造成洪涝灾害。冬季全省降雨量都很少。黄河以北和豫西伊洛河流域，秋季降雨多于春季；北纬33°以南地区，春季降雨大于秋季。降雨量年季变化大，丰水年和干旱年降雨量相差达2.5～3.5倍，年降雨量的变异系数淮南和豫西山区为0.25，淮河流域以及豫东平原大部分地区为0.30，豫北为0.35～0.40。

入汛期以来，河南地区普降大雨，南水北调中线干线渠道的未衬砌的渠道建基面、已衬砌的渠道以及部分左排建筑物进出口的渠道砌石等工程受强降雨影响出现雨淋沟和个别完工工程局部塌陷情况，工程实体质量会受到不同程度影响，虽然已有相关的成熟的技术方案来处理缺陷，但仍需耗费大量人力物力，未雨绸缪，势在必行。

南水北调中线干线河南段范围中郑州年平均降雨量较大，平顶山、南阳年平均降雨量最大 。如下图1-1

图1-1 河南省年平均降雨量分布图

2汛期降雨破坏分析

2.1已开挖但未进行混凝土施工渠道被雨淋沟损毁较为严重，尤其在几个连续的强降雨日反复冲刷，雨水在渠顶汇集后沿相对高程低洼的松散的砂土及填土较为薄弱处流向渠底，导致已成型渠道的建基面薄弱处形成较深的过水通道。

2.2已进行渠道衬砌的渠道混凝土面板在未被保护好的情况下，雨水汇集在渠顶，并在相对薄弱的坡肩面板建基面渗入混凝土面板下部，在几个连续的强降雨日，雨水通过雨淋沟大量汇集在面板内部，由于混凝土面板下部为防水的复合土工膜，基面渗水饱和的情况下多余积水无法排出，造成渠底混凝土面板被水压顶起，下部脱空，无法再交付使用。如下图1-2

图1-2

2.3在部分左排建筑物进出口的渠道砌石等工程，受强降雨影响，雨水汇集在顶部，并在相对薄弱的坡肩从建基面渗入砌石的下部，在几个连续的强降雨日，雨水通过雨淋沟大量汇集在砌石内部，由于砌石缝隙可将多余积水排出，造成砌石建基面被雨水掏空，从而造成局部砌石的沉降塌陷。如下图1-3、1-4、1-5

图1-3

图1-4

图1-5

3相关处理方案

3.1根据雨淋沟对边坡破坏范围，较大的部位采用1m3反铲配合人工进行开挖，较小的部位采用人工进行开挖，开挖原则为清除雨淋沟内松散土直至原状土基面，并开挖成台阶状，自台阶底边线沿渠道方向1:2、垂直水流方向1:1.5削坡至下一级台阶底部，台阶宽度控制在50~60cm, 开挖出来的土料可集中堆放在渠底，待雨淋沟处理完后采用1m3反铲挖装至10（20）t自卸汽车运至附近渣场。

3.2 雨淋沟回填

开挖后经工区和技术质量部验收，以填筑试验的参数要求进行回填，填筑取土可根据雨淋沟分布情况，就近在附近料场用1m3反铲挖装10（20）t自卸汽车运至渠底，反铲将土料堆放至雨淋沟两侧，坡面冲沟回填距坡脚超过4m时可自坡顶溜料，人工摊铺找平，人工利用4kw蛙式打夯机环套法分层夯实（或用木夯夯实），土料虚铺厚度30cm,含水率控制在12.1%~15.1%之间。夯击次数控制在8遍以上，环刀取样，压实度达到98%后方可进行下一层土料回填夯实，逐层填至渠道边坡顶部高程30cm以上。

3.3 取样检测

采用环刀法检测土料压实度，压实按不低于98%进行控制；取样数量按每100~150m3取样一个，取样不足3个时，也应取3个。

3.4 土料及回填要求

整修完成并经工区、技术质量部验收后，使用附近渣场土料或邻近渠道开挖料分层回填冲沟。

⑴ 取土质量要求

① 土料塑性指数7~20，且不得含有植物根茎、砖瓦垃圾等杂物。② 有机质含量不大于5%。 ③ 有较好的塑性和渗透性。 ④ 填筑土料含水率应控制在最优含水率附近，含水率控制在12.1%~15.1%。

⑵ 回填要求

回填自下而上分层进行，每层虚铺厚度为30cm， 4kw蛙式打夯机环套法分层夯实，夯击遍数8遍以上，直至压实度到达98%，夯实过程中应适当洒水，土料含水率控制在12.1%~15.1%之间。对于边坡冲沟，回填时应超填0.5m，保证压实效果；边角等设备不能到达的地方可人工由木夯夯实，压实度达到98%。

3.5 质量保证

冲沟修复施工应遵循项目部质量管理的有关规定，并着重注意以下几点： ⑴ 冲沟整修后应表现为上宽下窄，外宽内窄，不能出现反坡。⑵ 回填土分层进行，虚铺厚度不超过30cm，分层压实，试验室环刀取样，合格后方可进入下层施工。⑶ 坡面冲沟回填时应超填0.5m，保证压实效果。

4 防护方案

4.1已开挖但未进行混凝土施工渠道被雨淋沟损毁

⑴留有保护层未精削坡，粗削坡应满足坡面建基面留有30CM保护层的要求，并及时对留有保护层但仍形成较深雨淋沟的部分进行及时修复，避免重复冲刷造成更大的损失。

⑵已精削坡的坡面建基面，在汛期期间削坡范围控制在满足不窝工的施工要求即可，勿大量削坡，在仓库提前准备苫盖材料，并对已削好的坡面及时进行苫盖保护，同时苫盖保护还可对烈日暴晒建基面造成填方段层间结合处形成风化松散进行有效遏制。

4.2已进行混凝土施工渠道的破坏

在渠坡的坡肩将预留的复合土工膜卷好并用土覆盖至于坡肩混凝土面齐平，在条件允许的情况下让马道内坡高程高于外坡，减少雨水汇集在堤顶的可能性，并在低洼容易汇水处用砂浆砌成排水沟或者用塑料布做成倒流槽引至渠外坡，保障成品混凝土不被破坏。

人工降雨的物质篇（4）

1 背景介绍

景观水系是城市景观的重要组成部分，随着时代背景改变，当代城市景观水系在具备传统特征的同时，向生态方向发展。工业革命后，现代城市出现了不同程度的淡水资源、园林绿地用水紧缺和污染问题。水体富营养化、微生物代谢污染、重金属污染是最突出的几种水质问题表现形式，也是城市水循环系统中需要重点处理的水质问题。在此要求下，现代水景设计应格外重视对水体生态工程技术的应用，并使相关技术在建成的水景中真正实现其生态功能，使景观水系不仅不会成为城市水循环系统的净水消费者，反而成为城市水循环系统的水质净化者。

雨水是地表水蒸发形成的结果。由于人类科技不断发展，工业废水、工厂有害气体、汽车尾气等最终被大气吸收而形成雨水，周而复始的恶性循环。雨水中少量二氧化硫、二氧化氮，还有空气中各种各样的杂质和浮尘。景观水系中降落的雨水和地表的径流是造成园林景观水质污染的一个重要来源。

位于北京颐和园内的昆明湖原为北京西北郊众多泉水汇聚成的天然湖泊。清朝，乾隆皇帝在瓮山一带兴建清漪园，将湖开拓并命名昆明湖，并将开拓昆明湖的土方按照原布局的需要堆放于万寿山上，使山体南北地势起伏较大。雨季，雨水对于万寿山山体冲刷不可避免，携带着泥沙的雨水从山上流入昆明湖，造成大量泥沙堆积，水体的清淤工作将非常繁重。古匠通过造景的手法，让万寿山上汇集的雨水径流先汇入一个小河。这些池塘叫‘沉淀池’，水流汇集到这里，流速会变缓，夹杂的泥土在这里自然沉降，再通过排水管道排入湖中，大大减少了湖水中的泥沙淤积，便于清淤。颐和园昆明湖旁就有一个葫芦形状的沉淀池，称为“葫芦河”，于山前平地上。从造景方面说，葫芦河的意义不大，和昆明湖开阔的水域相比，葫芦河太小，且水不深，基本无亲水性可言。

葫芦河的设置拦截了万寿山前山的暴雨径流，避免雨水直接冲击长廊的基础，沉降雨水中携带的树枝落叶和沙石。葫芦河的设置既利用了雨洪资源，又保护了建筑和游人的安全，兼有方便清淤的作用，可谓一举三得。但这一说法众说纷纭，古代建造的葫芦河是否有此功能，其效果到底如何，至今没有实验性研究和论证。

2 目的和方法

为论证葫芦河的生态意义，我们通过前期策划、连续四个月的实地调研和实验结果分，对葫芦河净化作用做深入地探究。

葫芦河水域面积约800平方米，沿岸边的水深约25cm，河中央的水深达40cm，位于万寿山山前平地，距昆明湖湖水之间的距离不过30米。葫芦河中主要生长着马尿花、菖蒲、睡莲这三种植物。

在2016年5月至8月4个月的时间，我们对湖水进行定点采水。葫芦河面积较小，湿地类型单一，实验确定了两个监测点位，分别为葫芦河中的水及昆明湖某一堤岸的水，取样采水点水深均为0.3m。我们在晴天和特殊天气进行采水监测，如降雨、冰雹天气等。采集来的水样在当天进行实验检测并录入结果。我们使用哈希DR3900水质分析仪、消解器DRB200双通道仪器来检验采集标本中的总氮、总磷、氨氮、固体悬浮物和化学需氧量五个指标，并和《地表水环境质量标准GB3838-2002》的各项指标进行比较。

《地表水环境质量标准GB3838-2002》是防治水污染、保护地表水水质、保障人体健康、维护良好的生态系统而制定的标准。该标准依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低划分为五类，我们采取第Ⅳ类标准，即一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区，研究氨氮、总磷、总氮、COD、TSS五个参数。标准依次是：化学需氧量（COD）需≤30；氨氮（NH3-N）需≤1.5；总磷（P）需≤0.3（湖、库0.1）；总氮（N）需≤1.5。TSS指标是本次实验的第五个参数。悬浮物是悬浮在水中的固体物质，包括不溶于水中的无机物、有机物及泥沙、黏土、微生物等，是造成水浑浊的主要原因，是衡量水污染程度的重要指标之一。

通过采集周期性的数据，按时间轴画出水质指标的柱状图，直接反映通过葫芦河对的地表径流的净化程度和对昆明湖的水质影响。

采水过程中水样的特殊性、实验时间的滞后性、实验过程中不可避免的操作误差都会对结果造成一定的影响。因此，我们在操作和实验中尽可能降低河水收集和操作过程中的误差。

3 结果和分析

3.1 晴天监测

在5月到8月4个月每月初的晴天，对昆明湖和葫芦河进行水质采集和检测，分别是5月4日、6月3日、7月6日、8月7日四天。

实验结果同国家地质标准水质的数据比较，两地水质的氨氮量均为标准数据，总磷都有所超标。8月葫芦河水样测得数据出现大幅度增长，超过国家标准值，其他各项数据均在国家地质水质标准的规范范围内。总氮与COD较接近标准内的最大极限数据。TSS数值均为昆明湖大于葫芦河。随着月份的推移，气温的变暖，各组数据的整体呈增长趋势，昆明湖的水质富营养化在5月到8月内，是逐步加重的。

3.2 雨天监测

在5月到8月连续四个月内的每一个降水日24h内对采水点进行采水和实验。控制不同天气变量的影响，得出尽可能更准确的结果。

实验结果同国家地质标准水质的数据比较，雨水径流水源经过葫芦河注入昆明湖的氨氮有所降低；葫芦河的总氮数值普遍高于国家标准；昆明湖的总氮数值个别超过国家标准；雨水径流经过葫芦河注入昆明湖后总氮值明显降低，使得昆明湖的水质有较大的提升；葫芦河然对水体中的总磷有着净化能力，但净化能力不足。雨水径流水源经过葫芦河注入昆明湖的COD有所降低。降水量对于水体中总磷的数据影响较大，降水量越大水体中的总磷数据越高。

3.3 晴雨天同时比较、监测

将5月到8月内所有采水日的晴天和降雨日的数据同时比较，进而分析葫芦河对雨水径流的净化作用及对昆明湖的影响。（柱状图的线框标注为晴天的采水日期及数据，其他日期均为雨天的采水日数据）

图4 NH3-N氨氮检测数据

5月到8月数据中，雨天的氨氮值总的来说大多高于晴天的氨氮值，且都远低于标准值，两地水质在氨氮量方面表现良好。雨水径流流入葫芦河的氨氮数值明显高于经过葫芦河流入昆明湖后河水的氨氮值，即葫芦河对于氨氮的净化有一定作用。

从实验数据看出，雨天的总氮值基本都高于晴天，即降雨会增加河水中总氮值含量。雨季，径流流到葫芦河的总氮含量偏高，而流经葫芦河进入昆明湖的总氮的含量有所下降，说明葫芦河对于总氮有净化作用。将数据和标准值作比较，河水流过葫芦河时的总氮量总是高于标准数值，通过葫芦河的净化，使总氮值有所下降，都达到了标准值或低于标准值。

从实验数据看出，雨天的总磷值基本都高于晴天，由此看出降雨会增加河水中总磷含量。雨季，雨水径流经葫芦河进入昆明湖后的总磷数值有所下降，但与标准基本项目标准限值相比，数值基本在标准值上下徘徊，说明葫芦河具有的吸收磷的能力有限，且均有所超标。

从实验数据看出，晴天的COD值低于下雨时，说明雨水对河中COD数值有增大的影响。雨季，径流经过葫芦河的过滤进入昆明湖后的OCD含量低于葫芦河，则葫芦河能降低径流中COD含量，对水质净化起到一定作用。将测量数据标准值比较，发现葫芦河和昆明湖的COD含量都远低于标准值，说明两地水质在COD方面良好。

通过数据对比，雨水冲刷地表形成雨水径流，携带了大量悬浮物，使晴天TSS含量低于雨天含量，河水污染加剧。数据显示晴天和降雨时TSS数值均为昆明湖大于葫芦河，由于葫芦河自身存在类似湿地的净化作用，能沉淀水中的杂质。

4 讨论总结

通过实验分析，呈现趋势显示：

第一，葫芦河具有较明显的净化作用。晴天，葫芦河的水质与昆明湖的差异相对较低，而雨季，地表径流流入葫芦河内，葫芦河水质情况差于昆明湖。水流经过葫芦河进入昆明湖，对氨氮、总氮及COD的净化作用显著，均恢复为正常标准；葫芦河对总磷有一定的降低作用，未达到国家标准值；而昆明湖水质的TSS指标持续较高。

第二，湿地中存在的微生物在污染物与微量元素的降解过程中起着一定作用，葫芦河就是这个这样的湿地系统，利用其自身的机制，净化了来自雨水和地表径流的水源，再流入昆明湖。

第三，可溶性有机物通过土壤中的生物膜（下转第页）（上接第页）的吸附及微生物的代谢过程被去除。从实验数据分析来看，降雨后葫芦河和昆明湖的COD值均明显上升，而晴天两地的COD值趋于同一区间，即葫芦河对地表径流中的有机物COD值有一定程度的净化作用，正是由于葫芦河中的土壤吸附了一定程度的有机物。

第四，湿地去除氮的机理主要包括水生植物的吸收、微生物的硝化/反硝化脱氮和氮的挥发。雨后葫芦河和昆明湖的总氮值均明显上升，而晴天两地的总氮值趋于同一区间且远低于雨季，葫芦河对地表径流的氮含量即通过这样的机制净化。葫芦河的水生植物除景观作用之外，对总氮的吸收和降解具有明显的生态作用。

第五，湿地对磷的去除是植收、微生物及物理化学作用等三方面共同作用的结果。葫芦河湿地系统通过这三种方式降低总磷含量。

第六，湿地对氨氮有一定降解效果，以微生物降解起主要作用。葫芦河通过微生物等对雨水、地表径流进行水质净化。

第七，雨后水质各指标降低，葫芦河水质的各项指标变化尤为明显；大部分污染物随着沉淀到葫芦河，减弱降水与地表径流对水体污染的作用。

第八，随着夏季的到来，温度的增加、气候变潮湿，昆明湖和葫芦河水质中的五项指标均有所增加。净化处理效果不甚稳定，处理效果随季节变化而变。

综上，葫芦河和昆明湖的水质大多超标，受降水影响大。葫芦河对降低昆明湖总磷的作用不足，需要结合其他净化方式；葫芦河对降低昆明湖氨氮、总氮及COD有一定作用，说明小湖对于大湖有着积极的净化过滤功能，对于人工湿地的建设提供了有效的有效依据和处理方式，意义较大。

由于人为或者实验仪器的原因造成了个别实验数据的误差，实验的精确性有待进一步提高。

5 结语

通过实验讨论，总结出完整雨季葫芦河和昆明湖的水质情况。葫芦河在工程上发挥的作用，类似的“沉淀池”，小水池间接地起着净化大湖水质的辅助功能、生态效益、经济效益。这个类似的功能可以加以推广，延续其作用，充分利用在园林建设和城市绿化设计中。在绿化建设中，此类小湖的净化功能需结合当地的气候、水质等进行设计及应用。但从水质净化而言沉淀池的作用不能完全解决水质净化问题，仍需从根源出发，减少水污染，通过其他净化措施与技术结合，以充分达到景观水系中水循环与利用。

由于采水的河水中，水质测量会存在着一定的各种微生物和微量元素分布不均的情况，以及实验中不可避免的误差会对实验造成一定的影响。我们会对采水方式进行改进，实验操作的过程尽量的精确，保证实验数据更加准确和科学。

参考文献：

[1] 张利静.景观水系的传统特征与发展趋势[J].城乡建设，2010（28）.

[2] 王大乐.城市园林绿地中雨水利用的景观化探讨[D].北京林业大学，2007.

[3] 安娜.古今排水手法对今日之启示――以紫禁城三大殿和颐和园万寿山为例[J].古建筑研究，2013（01）.

[4] 付融冰，杨海真，顾国维，张政.潜流水平湿地对农业灌溉径流氮磷的去除[J].中国环境科学，2005，25（6）：668-673.

[5] 任全进，季茂晴，于金平.小微湿地的作用及营造方法[J].现代农业科技，2015（13）：225-226.

[6] 王振华，王增长.污水的人工湿地净化概述[J].科技情报开发与经济，2007（7）：138-140.

[7] 夏宏生，蔡明，向欣.人工湿地净化作用与微生物相关性研究[J].广东水利水电，2008（3）：4-8.

[9] 吴晓磊.人工湿地废水处理机理[J].环境科学，1995，16（3）：83-86.

人工降雨的物质篇（5）

中图分类号：S611文献标识码： A

一、前言

水资源紧张是多个国家所面临的的共同问题。我国人口众多，人均水资源占有量偏低，通过多种途径回收、利用水资源能够很好地缓解我国水资源紧张的状况。厂区屋面雨水回用的方案设计及实施要考虑到诸多方面的因素。

二、国内外厂区屋面雨水回用现状

1.国外雨水利用现状：雨水利用不仅是开源节流的一条途径，而且对生态环境的改善，水污染的控制等方面也具有积极的意义。雨水利用主要有以下三种方式：收集回用，调蓄排放和土壤如渗。其中调蓄排放系统的功能主要是减轻城市洪涝，符合规范《建筑与小区雨水利用工程技术规范》的要求，规范也推荐了相应的适用场合，为削减城市洪峰或要求场地的雨水迅速排干时，宜采用调蓄排放系统。

从20世纪80年代开始世界各国已经开始了探索雨水资源化利用，世界上很多国家已经意识到了雨水利用的价值。很多国家已经开展了不同规模的雨水利用与管理的研究和应用。如德国计划将国内80%的路面改造为透水地面；日本也已经大规模铺设透水性地面；发达国家已经出台了有关雨水利用的相关标准和规范法规等。

2.国内雨水利用现状：在我国，虽然对雨水利用有着悠久的历史，但是真正的开始研究利用还是从本世纪80年代开始的，而且我国国家还是缺少技术标准，规范和法律法规等来规范这个产业。目前我国雨水利用与发达国家相比还有很大差距，处于开发和探索阶段，在甘肃与宁夏等西部城市开发了一些工程，取得了一些成果，在北京、上海、大连等一些城市也有了一些雨水利用工程，也取得了一些成果，对我国的雨水利用技术进步起到很大的推动作用。

雨水利用方式选择的基本思路为：地面雨水采用如渗，屋面雨水采用如渗还是收集回用由技术经济比较决定，地面雨水采用入渗而不收集的主要原因是：1.地面特别是路面雨水污染严重，COD和SS等主要指标比屋面雨水成倍增高；2收集效率低，特别是绿地收集效率很低，是屋面雨水的1/4到1/5。

三、厂区屋面雨水径流水质分析

1.厂区屋面径流水质特征

引用同济大学不同类型的屋面径流水质数据作为参考，当累计降雨量在2mm以内时，屋面雨水的水质较差，污染最为严重，其中 COD、SS的浓度较高。而当累计降雨量>2mm时，屋面雨水的水质明显改善，污染物浓度大幅降低，并趋于平缓。从雨水的利用方面考虑，由于屋面初期径流污染物浓度较高，而径流量又相对较少，如果设置弃流装置，舍弃初期2mm径流雨水，则能有效减少对后续设施的不利影响。对不同屋面，弃流2mm初期雨水后的水质均优于不弃流初期雨水的水质。此外，其真色度均在25度以下，满足回用水质的标准，从屋面雨水利用角度考虑。

2.屋面径流沉淀试验研究

为了研究屋面径流的沉淀效果，试验将弃流2mm初期雨水的水样存放于15L的广口瓶中，静置于阴凉处，并定时测定上清液的水质变化情况得出，沉淀12h，污染物质得到明显的去除，溶解氧也随着沉淀时间逐渐减少，48h内降低了近20%。这主要是由于好氧物质被氧化，消耗了水中的氧所造成的。尽管如此，溶解氧仍能满足回用水质的要求，但是浊度仍然不能完全满足水质要求。

此外，对屋面雨水混合样还进行了自由沉降试验研究。SS去除率随沉降时间的变化基本成线性变化。几乎无需成本就可直接用于校园内人工湖等景观水回用。

3.屋面径流过滤试验研究

沉淀对屋面径流水质的净化有一定效果，但浊度仍不能完全满足回用水的标准。由此，考虑沉淀后结合过滤的方法，进一步处理屋面径流雨水。试验将沉淀48h后屋面径流水样分别经过0.45μm滤膜进行液压真空抽滤和滤芯重力过滤，研究不同介质的过滤。用0.45μm滤膜进行过滤可以有效去除浊度，去除率在95%以上。滤后的浊度在0.3NTU以下，这完全达到了水质标准。

四、 厂区屋面雨水的收集与处理

由于雨水的降水量受到不同季节降雨强度等变化影响较大水量在时空分布上极不均匀给雨水的收集带来一定的难度,必须建造适当的雨水调蓄池来调节高峰流量。而雨水收集后的处理过程,与一般的水处理过程相似,不同的是雨水的水质明显比一般回收水的水质好,主要是初期降雨所带人的收集面污染物或泥砂。其常规的收集处理流程为:集水―筛选―沉砂―沉淀―储水―过滤―清水池―提升回用。

厂区屋面雨水收集设有雨水斗,雨水斗的格栅或外设网罩,较大的污染物(如树叶等)即可筛除。屋面雨水经立管排至室外后,由室外雨水管网汇集,其上的雨水检查井设落底,即为沉砂井。所以雨水的筛选和沉砂在收集过程即可简单实现。由于一般的绿化浇灌、地面冲洒、露天观赏性水景等用水的水质要求不高,可以不经过滤消毒处理,在这种情况下,雨水利用工程的主要构筑物就是沉淀池和储水池。在雨水的处理方面，根据雨水中污染物含量以及需要达到的水质标准,可以选择合适的处理工艺。

雨水的水质明显比一般回收水的水质好,依据试验研究显示,雨水除了 FG 值较低以外,初期降雨所带入的收集面污染物或泥砂是最大的问题。所以本工程采用弃流处理,为其进一步处理利用创造条件。雨水经过景观的附属构筑物及绿化和人工滤层的截留、过滤,再进行集中处理,简化了常规机械处理的流程,由此减少了投资,提高了系统实施的可行性。雨水的处理设备包括有格栅井以及沉淀池。沉淀池下方设有清洗排泥管,用来方便槽底淤泥的清洗排除,以维持沉淀槽的循环使用,然后采用砂石过滤器过滤,滤后的雨水作为绿化浇灌的水源。

五、收集厂区屋面雨水的方法

1．屋面雨水收集方式与构成。目前，收集屋面雨水采取的方式按照泵输送方式分成直接泵输送、间接泵送以及重力流雨水利用系统这三种收集方式。常规屋面雨水外收集系统主要由檐沟、收集管路、水落管路、连接管路等构成。其中雨水配管系统应该注意以下问题：雨水集水管路不能建筑物的污水排水管路或者通气管路共用，一定要单独设立配管。

2．屋面雨水回用的优化设计。（1）可以延缓各类防水材料的老化，提高屋面的使用周期；（2）减弱雨水径流数量，降低雨水资源的损失，调整雨水的自然循环与均衡；（3）降低雨水污染程度，其产生的径流具备较好的水质，对与后续的收集利用十分有利。

六、屋面雨水回用方案的实施措施

建筑雨水利用就是将水循环中的天空雨水以天然地形或人工方法收集、截流、储存、处理回用，供建筑及小区日常用水。雨水收集利用技术与住宅建设的结合将在很大程度上改变我们由于水资源日益枯竭而望天兴叹的生活。而随着由中国建筑设计研究院主编、北京泰宁科创科技有限公司参编的《建筑与小区雨水利用工程技术规范》国家标准的颁布实施，这一技术将会在全国得到快速普及，中国水资源日益枯竭、城市生态环境日益恶化的现状有望得到缓解。这些屋面一般占地面积大，绿化比例高，有喷泉水池等水景观，并有完整的雨污分流系统，进行了一些雨水利用工程的改造。在较大面积的绿地及广场等地下可以设置地下式蓄水池或蓄水渗透池。在一些工业区，将雨水进一步处理，作为冷却循环用水节省小区或厂区内雨水管道的投资，在夏季即雨季用水高峰期缓解城市的供水压力，在长时间无降雨的情况下，可以由市政给水管网供给，这些方面的工作还有待进一步的提高。

1.处理屋面雨水的程序。其处理程序为：屋面雨水雨水弃流贮水池清水池表面冲洗屋顶绿化等。

2.初期雨水弃流。屋面雨水污染物大多来自于屋面材料降解、空气中的沉积物以及天然降雨。因为屋面径流雨水常常产生初期冲刷效应，初期径流雨水中的污染物含量比较高，水质污浊，伴随降雨的持续，一旦形成冲刷效应，径流雨水的水质将会显著提升。因此应该针对初期雨水采取弃流措施。通常面初期雨水的弃流深度按照2毫米到3毫米的降雨深度。

3.贮水池的合理设计。贮水池是屋面雨水回用流程中的重要构筑物，它不但发挥收集屋面雨水的功能，并且也发挥调整、沉淀的功能。在实际设计工作中，应该按照该地区多年的平均降雨量及对应的场次，然后通过技术经济分析比较之后进行确定。

4.清水池的设计。清水的复用需要用水泵输送。规模小的雨水服用通常是使用潜水提升泵，潜水泵可以安装在清水池内。屋面采取了绿化设计，径流系数可以减小到0.3上下。

七、结束语

随着我国经济社会的发展，水资源的问题将会越来越突出，通过对屋面雨水的回用能够很好地利用水资源。在实际操作当中，要严格控制过程，才能达到理想的目的。

参考文献：

[1]邓风，陈卫.南京住宅小区雨水回用方案技术经济分析[J].城市环境与城市生态，2013年，第3期：103-104.

[2]吴普特，黄占斌，高建恩，等.人工汇集雨水利用技术研究[M].郑州：黄河水利出版社，2012年.

人工降雨的物质篇（6）

Keywords: roof rainwater, rainwater collection, rainwater utilization

中图分类号：U412.38文献标识码：A文章编号：

1 概述

随着人口剧增和经济高速发展，水的供求矛盾已成为制约我国工农业生产和城市发展的瓶颈。专家指出：目前我国已经进入严重缺水时期；2030年，我国缺水高峰期将会出现。因此，把雨水作为重要水资源加以收集利用，实行综合治理是非常有必要的。

深圳市降雨充沛，是我国雨水资源最为丰富的地区之一。根据气象资料，深圳年降雨量大约1966.5mm，雨水资源丰富，且全年都有降雨。气象资料显示，从4月到9月降雨量都在80mm以上， 降雨分布比较均匀，非常适合雨水的收集利用。在深圳北站综合交通枢纽中采用雨水综合利用系统，不仅具有一定的经济效益，更重要的是具有很大的社会效益。将对深圳市的节约用水起到积极的示范作用。

深圳北站综合交通枢纽配套工程雨水回用系统分东、西广场分别设置。本次主要以西广场为例进行分析、探讨。

2雨水回收利用研究

2.1根据深圳降雨文献资料，雨水主要污染物为SS（悬浮物浓度）和COD（化学需氧量），详细指标见下表：

屋面、道路径流污染物浓度（mg/L）

通过上表可以看出：

1）广场污染物浓度较高，屋面污染物浓度较低。

2）初期降雨污染物浓度较高，但污染物浓度随降雨过程的延续而降低。

西广场建筑构成主要由较大铺装路面、面积绿化、单体建筑物构成。不同类型的下垫面上，雨水径流的水质和径流量存在差异。屋面的雨水径流量大且水质污染轻，广场道路和广场等硬化地面的雨水径流水质差，绿地上雨水水质较好但径流量少，且受绿化质量影响较大。

因此，西广场雨水采用以下回收利用方式：

1）考虑广场人流比较大，雨水经过广场地面后，受污染程度无法控制，对后期雨水处理工艺增加较大负担，地面雨水不作为收集对象直接外排。

2）西广场收集屋面雨水，设置集中的雨水收集池和雨水处理回用设施，处理、回用。

3）初期雨水应予弃流，收集水质较好的中期、后期雨水便于节省水处理费用。

4）雨水处理设施应尽量采用物理化学方法，要求处理工艺简单高效， 耐冲击负荷能力强，易于管理维护。

2、参考《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2002）、《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T18921-2002）、《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）等标准，水质指标要求汇总如下：

为了减少初期投资和运营费用，结合本工程的特点，选取绿化浇灌和浇洒场地道路作为回用水的用途。

3 深圳降雨量分析

由于降雨的随机性与不均匀性很强，如果不对多年降雨数据进行统计性分析，很难实现准确的收集。因此，必须对可直接取得的降雨资料进行分析。

从深圳市气象局取得1995～2005年4～9月侯平均降雨量资料， 按照不同的降雨量区间，统计分析侯平均降雨量出现的次数如下：

1995年至2005年4～9月各侯降雨量统计表

分析得出每侯150mm以下的降雨出现在每年当月数据中的概率为：

由此可见，每次150mm以下的降雨次数较多，但总降雨量很少；而针对每次150mm以上的降雨进行收集，会大大增大储水池的容积，但收集概率又很小。经核算，150mm以下的降雨已经可以实现供水平衡。故将每侯150mm以下（超过150mm的降雨也按150mm计）的降雨作为收集对象。

4 雨水的收集

西广场主要收集配套建筑屋面屋面雨水。总汇水面积为12600 m2。

屋面初期雨水径流中，经常表现出初期冲刷效应，初期径流雨水中污染物浓度较高、水质混浊，随着降雨的持续，一旦冲刷效应完成，径流雨水的水质将明显提高。对于收集利用系统，在雨水收集时弃流掉初期污染严重的径流雨水，便可大大减轻后续处理构筑物的负担，节约投资，减少运行费用。对于收集排放系统，弃流初期雨水可消除面源污染，减少对环境的危害。因此，初期2～5mm降雨的雨水弃流，收集中、后期比较干净的雨水。

由于降雨过程及集流过程存在蒸发、淤积等因素，总雨水弃流量取5mm，则每次收集雨水降雨厚度为145mm。

一次降雨最终能收集到的雨水量为：汇水面积×径流系数（本工程屋面雨水径流系数取0.9）×设计降雨厚度=12600×0.9×0.145≈16400m3。

5 储水池容积的确定

根据用水状况和水质要求的调研，将雨水利用于以下部位：

绿化灌溉用水；

道路冲洗用水。

西广场总用地面积101415 m2，拟用回用雨水冲洗和浇灌的面积约为30000m2。

依据园林及绿化部门提供的资料，西广场绿化及冲洗用水量为0.002 m3/m2.d。则西广场绿化灌溉及道路冲洗日用水量为：0.002×30000=60m3。

设计取5日用水量为储水池有效蓄水容积的方案，则储水池的有效容积为：60×5=300m3。

6 雨水处理

本工程屋面雨水较为清洁，经弃流后，可简化后期处理工艺，规范控制CODcr和SS两项，本处理工艺采用一级物化法，即土工布、格栅井截污再经沉淀过滤消毒处理。处理后雨水可用于绿化，道路冲洗。

雨水过滤处理宜采用石英砂、无烟煤、重质矿石、硅藻土等滤料，本工程采用石英砂过滤。消毒剂采用次氯酸钠。

雨水收集处理工艺流程图：

7 经济效益分析

7.1直接收益

1）节约水费

鉴于利用雨水可节省自来水的费用，将节省的自来水费用作为收入。本雨水回用工程实施后，经测算，西广场年平均收集利用雨水量合计为15860m3。这部分水量可作为可节约自来水量15860 m3，按自来水市场价格3.35元/m3，则每年可节约O1=15860×3.35=53131元。

2）运行费用

主要包括雨水回用设备的维护费用及回用运行所需电费等。工程运行所需电费、人工费、管理费、维修费的总和，折合成每立方米水的价格，即为雨水系统的运行成本。根据实际运行过程计算运行成本约0.35元/m3，则总的运行成本为O2=15860×0.35=5551元。

3）总的直接经济效益

总的直接经济效益为节约水费减运行成本，则O总=53131-5551=47580元

7.2间接收益

1）消除污染而减少社会损失的效益

据分析，为消除污染每投入1元可减少的环境资源损失是3元，即投入产出比为1:3。由于实施雨水利用工程后大大减少了污染雨水排入河流水体，也减少了因雨水的污染而带来的河流水体环境污染。因此，可以将污水处理费作为这部分收益。若以雨水价格为3.6元/m3（以污水处理费3倍算）来反映减少面源污染而造成的损失，则本工程因减少面源污染而获得的间接收益为：O3=3.6×15860=57096元。

2）节省城市排水设施的运行费用

雨水收集利用后每年可减少向市政管网排放雨水15860m3，这样会减轻市政管网的压力，也减少市政管网的维护费用。因此，可按每立方水的管网运行费用和减少的外排水量计算这部分收益。据测算，按0.1元/m3计算，减少的运行维护费用为：O4=0.1×15860=1586元。

3）总的间接经济效益

O5= O3+ O4=57096+1586=58682元

8 结束语

雨水收集利用技术是节水、节能技术的重要组成部分。如果在今后的城市规划和建筑设计过程中，能够依据当地的气候条件，充分考虑雨水的利用，减少水资源的浪费，则因雨水利用产生的社会经济效益将相当可观。本文仅以此工程为例进行探讨，我们将期待我国的雨水利用技术和市场得到进一步发展。

参考文献：

GB50400-2006建筑与小区雨水利用工程技术规范

GB/T18920-2002城市污水再生利用城市杂用水水质

GB/T18921—2002城市污水再生利用景观环境用水水质

人工降雨的物质篇（7）

1. 江西省农村人口饮水现状

农民供水工程是统筹城乡发展，改善和提高农民生活质量，促进农村经济社会发展的重要基础设施，是“千村示范、万村整治”建设和农村公共卫生体系建设的主要组成部分，也是实现农村农业现代化的前提条件。千万农民饮用水工程建设的受益对象是经济社会发展水平较低的农村和经济收入不高、生活水平偏下的农民，实施千万农民饮用水工程是实践“三个代表” 重要思想的具体体现。

我省不同区域、不同类型的缺水现状，一是工程型缺水，二是资源型缺水，三是水质型缺水。初步统计：我省农业人口约3200万，860万户。缺水约297万户，1104万人。其中工程型缺水约228万户，848万人，占全省农村人口与农户的26.5%；资源型缺水8.6万户，32万人，占全省农村人口与农户的1%；水质型缺水60万户，224万人，占全省农村人口与农户的7%。江西省从2000年开始，实施农村饮水项目工程，解决了93万农村人口的饮水问题，仅为农村缺水人口的8.4%左右。

我省农村水资源较为丰富，但受经济发展水平的制约，我省农村还有许多地方没有水处理工程和供水管网，特别是我省边远山区地势较高处的农户，由于经费与用水量较小的原因，目前还无法建立水处理工程和供水管网。饮用水既不卫生也不方便。大部分群众仍然直接饮用江河湖库水、坑塘水及浅层地下水，成为我省农村进一步提高生活质量，实现小康目标的一大瓶颈。

根据我省农村人口饮用水现状，为了加强我省水资源管理、优化配置、合理开发水资源，提供安全、卫生的自来水，有效地控制水源性疾病的传播，保障人民群众健康。根据现有供水工程的数量、所取水源情况、供水能力、供水量、供水人口、供水水质、水价、发展规划等相关情况，以及当前社会与经济发展对饮用水的新变化和新要求，并通过对调查数据进行统计分析，江西省灌溉排水发展中心针对我省边远山区地势较高处农村人口的饮水困难，提出了“雨水集蓄利用”的技术建议，以利当地各级水利（务）行政管理部门，采取“雨水集蓄利用技术”，使我省边远山区地势较高处的农村劳动力，从繁重的背、挑、拉等取水劳动中解放出来，改善生存环境，提高当地群众的健康水平。

2 雨水集蓄利用的可行性

2．1 可行性分析

我国有着长远的雨水利用历史。特别是对那些地面水和地下水极端缺乏的干旱山区，雨水是唯一有潜力的水资源，降水作为可利用的水资源，应当充分利用。本文所指的雨水利用是指对原始状态下的雨水进行利用，或对雨水在最初转化阶段时的利用。

雨水集蓄利用工程中的蓄水工程的容积一般不大于500 m3，而且绝大部分是采取防渗措施的蓄水工程。我国开展雨水集蓄利用的地区都在山区。降雨的就地分布特性、居住的分散性以及地形条件决定了雨水集蓄利用只能分散进行。同时雨水集蓄利用工程主要是以农户、或以几个农户为单位进行。因此，雨水集蓄利用工程的规模都很小。其特点是投资少，成效快。

2．2雨水集蓄利用与常规的雨水利用区别

雨水集蓄利用工程一般都包括集、蓄、用三部分。这三部分与常规的雨水利用都有所不同。雨水集蓄利用工程采取工程措施来富集雨水并加以收集，集雨效率较高。常规的雨水利用一般是在天然坡面上拦集，集流效率低；雨水集蓄利用工程通过修建蓄水工程对雨水进行调节利用，调节能力强。而常规雨水利用主要是对雨水当时、就地的利用，雨水的储存主要是储存于土壤空隙，因而调节能力较低；由于雨水集蓄利用工程有较高的雨水集蓄能力，因此能对雨水进行高效利用。与常规雨水利用的方式相比，雨水集蓄利用工程是一种对雨水资源更高的控制利用形式和发展阶段。

针对我省边远山区地势较高处的农户，雨水集蓄利用工程的建设，主要由集流场、沉淀池、水窖组成。设计标准为：屋面集流场50m2，沉淀池5m3，水窖30m³。

2．3雨水集蓄利用工程的效益

⑴ 解放劳动力、发展经济、增加收入。雨水集蓄利用工程实施以前，山区地势较高处的饮水困难农户每天需到1～5km外找水挑水1～3次，每次往返1～2h，费时费力。若水就在院子里或者自来水入户，则节省工时和劳动力。根据调查结果估算，实施了生活雨水集蓄利用工程的地区，平均每户每年可节省50～100个工日，按每工日10元计，则为500～1000元/户年。将节省的劳力用于外出打工、种植和发展养殖生产、庭院经济、从事家务劳动以及发展其他产业，必定增加农户的经济收入。

⑵ 改善了生活习惯，提高了生活质量，促进了农村精神文明的建设。据调查，饮水困难农民过去一盆水洗一家人的脸，更谈不上洗衣和洗澡。实施农村饮水解困工程之后，可为农户提供较充足的水量，改善农民的卫生习惯，有了充足的用水，还可以在农户的房前屋后栽树种花，美化环境，提高生活质量，促进精神文明建设。

⑶ 减少疾病，提高农民的健康水平。农村有些地方不但饮水困难，而且水质不好，含氟含砷含重金属、大肠杆菌超标等现象严重。很多农民都有氟斑牙、拉肚子等疾病。实施了农村饮水解困工程后，将大大改善农村饮水不卫生、不安全的状况，农户喝上洁净卫生的水后，必定提高农民的健康水平，并且大大降低农民因为治病而花费的医药费用。

3 生活雨水集蓄利用系统与技术

简单的雨水集蓄利用系统如下图所示。主要由集雨面、集雨槽、贮水容器和出水口等组成，还有首次冲洗、处理、过滤和输送设备等。

3．1 集雨面

生活雨水集蓄利用最常用的集雨面是屋面。屋面的结构和材料影响着屋面收集雨水时的稳定性和收集的雨水的质量。屋面的材料主要有瓦楞铁、石棉板、各种瓦和石板等。这些材料都比较适合作为屋面收集雨水。在雨水集蓄利用较多的地区，瓦楞铁的应用日渐增多。

集雨面在一定程度上决定了进入贮存设备的雨水量和水质。虽然在降雨强度较大时有一部分水会溅出集雨面，降雨结束后还有一部分雨水存留在集雨面上，但损失的多少主要取决于集雨面的入渗性能。损失的多少通常用径流系数表示。表1是几种屋面材料的集雨特性。

3．2 集雨槽

集雨槽的主要作用有两个：一是将屋面收集的雨水聚集起来；二是将聚集的雨水输送到贮存设备内。集雨槽的材料和形状多种多样，有工厂生产的PVC集雨槽，也有家庭用竹子或铁皮制作的集雨槽；断面形状有矩形、半圆形、三角形。为了降低系统的造价，在一些雨水集蓄利用较多的地区常采用当地可获得的价格较低的材料。如用镀锌的薄铁皮经剪切和弯折而成为等腰三角形断面的集雨槽。

表1

屋面材料的集雨特性表

材料

径流系数

说 明

镀锌铁皮

>0.9

水质好，表面光滑、温度高，微生物生存困难

瓦

0.6～0.9

瓷面瓦收集的雨水质量好；

非瓷面瓦容易积存泥土和微生物；污染物易存留于接缝处

石棉板瓦

0.8～O.9

新石棉板收集的雨水质量好；有微孔，降低了径流系数，用久后会积存泥土，甚至生长苔藓

作物秸秆

O-2

收集的雨水质量差；有机物分解后进入水中，收集的雨水较浑浊

集雨槽一般安装在靠近屋面的屋檐下，在屋檐下的安装集雨槽的设计应合理，要求既能将聚集的雨水全部输送到贮水容器内，也不浪费材料。

流量是集雨槽设计的一个主要参数之一，可由下式计算：

式中　Q——流量，m3／s；

A——集雨槽的过流断面，m2；

V——集雨槽内的水流速度，m／s；

n——集雨槽的摩阻系数(取0.01～0.015)；

R——水力半径(R=A／×)，m；

×——湿周，m；

S——集雨槽倾斜度。

屋面面积为50m2的集雨系统集雨槽的参数见表2。

表2

屋面面积为50m2的集雨槽参数表

断面形状

矩形

矩形

半圆形

等腰直角三角形

集雨槽倾斜度

O.5％

1％

1％

1％

材料宽度(mm)

214

189

150

175

集雨槽深度(mm)

71

63

48

62

集雨槽宽度(mm)

71

63

96

124

断面面积(mm2)

5041

3969

3617

3844

3．3 首次冲洗

屋面和集雨槽内常积存一些尘土、树叶等杂物。在下一次降雨时，这些杂物就会随雨水进入贮水容器内，造成雨水的污染和水质下降。首次冲洗装置的作用就是将这些污染物排放到贮水容器之外。

首次冲洗装置一般有以下3种：

⑴ 手动冲洗机构：最简单的办法是在降雨开始前将进入贮水容器的水管移开，将污物排在贮水容器的外面，待污物排尽后，再将进水管移回原来的位置。这种冲洗方式也称手动冲洗，其优点是结构比较简单，缺点是自动化水平较低，需有人在降雨开始前移开水管，并在冲洗干净后移回原来的位置，可靠性比较低。

⑵ 翻转水槽式冲洗机构：当降雨开始时，首先收集到的混有污物的雨水从水槽的后端进入挂在水槽前端的吊桶内。当吊桶内的雨水和污物达到一定的重量后，水槽就会向前翻转，收集到的雨水从水槽的前端进入贮水容器内，完成首次冲洗过程。

⑶ 浮球式冲洗机构：当降雨开始时，收集到的混有污物的雨水首先进入一个集污桶内。集污桶内有一个浮球。随着雨水进入集污桶，浮球不断上升，最终将集污桶的进口关闭，雨水开始进入贮水容器内。

翻转水槽式冲洗机构和浮球式冲洗机构都存在一个共同的缺点，即每次降雨结束后都要把吊桶或集污桶内的雨水和污物排出。

3．4贮水容器

雨水集蓄利用系统的设计过程中，贮水容积是一个关键参数，它决定了系统的建造成本。贮水容积的大小取决于当地的降雨和气候情况、集雨面的大小、集流面的材料、用水情况等因素。

计算贮水容积不仅要考虑用水需求，还要考虑降雨和雨水的收集情况。在降雨比较充沛、集雨面足够大的地区，主要考虑用水需求。在降雨少或降雨在时间上分布不均的地区，主要根据降雨确定贮水容器的容积。一般计算过程中，两种情况同时考虑。

下面以一个3户农户的雨水集蓄利用系统为例，介绍贮水容积的计算过程。

用水需求：人口11人，每人每天用水45L，总用水量为14.85m3/月。

降雨及集雨情况：集雨面为150m2(3个屋面)。材料为石棉板瓦，径流系数为0.8。江西省平均年降雨1620mm。每年收集的雨水(假定为全部收集)150×1.62×O.8=194.4m3。平均每月可收集雨水194.4/12=16.2m3。

可见，要想使全年的供水满足生活用水需求，每月的用水量不应超过14.85m3。而每年能够收集到的雨水大于用水的需求，由于江西省雨水时空分布不均匀，年内不同季节的变幅很大，所以除了设计合理的雨水集蓄系统外，还需要一个合理的用水管理计划。每月可收集的雨水量可根据降雨数据计算得到。通过计算累计收集的雨量和累计用水量之间的差值（表3）得出要求的最大贮水容积。可以看到最大贮水容积发生在6月，为22.71 m3。本例按标准设计建造30m³水窖，可以满足最大需水2月份的用水要求。

贮水容器的建造可根据建造地点的情况，建于地下或地上，通常称为水罐或水窖。贮水容器的形状一般以圆柱型最多。建造材料有预制混凝土、钢、塑料、钢筋混凝土和砖等。贮水容器除了要不透水并有一定的容积外，还应满足下列要求：设有溢流口，溢流口的设置和出流不能对贮水容器和它的建筑基础造成损害；能防止一些害虫(如蚊子)等的寄生；不透光，以防微生物的繁殖；通风，以防厌氧生物的生存；便于清洗：对收集的雨水不会造成污染；容器上口要设有围栏以防水孩坠落等。

4 结束语

生活雨水集蓄利用系统的建设，工程布局要合理，要按设计图纸施工，配套设施齐全。结构尺寸达到图纸要求，水池无渗水、垮塌、沉陷现象，土建质量必须符合设计标准。材料符合设计要求，灰浆饱满，外形美观，环境卫生，管道安装和机电设备安装规范。

表3

贮水容积计算表

月份

降雨量

(mm)

收集的雨水

(m3)

累计收集的雨水(m3)

用水量

(m3)

累计用水量

(m3)

累计收集的雨水与累计用水量之差 (m3)

10

100

12.00

12.00

14.85

14.85

-2.85

11

78

9.36

21.36

14.85

29.70

-8.34

12

76

9.12

30.48

14.85

44.55

-14.07

1

66

7.92

38.40

14.85

59.40

-21.00

2

110

13.20

51.60

14.85

74.25

-22.65

3

186

22.32

73.92

14.85

89.10

-15.18

4

264

31.68

105.60

14.85

103.95

1.65

5

285

34.20

139.80

14.85

118.80

21.00

6

138

16.56

156.36

14.85

133.65

22.71

7

95

11.40

167.76

14.85

148.50

19.26

8

92

11.04

178.80

14.85

163.35

15.45

9

130

15.60

194.4

14.85

178.20

16.2

人工降雨的物质篇（8）

1. 江西省农村人口饮水现状

农民供水工程是统筹城乡发展，改善和提高农民生活质量，促进农村经济社会发展的重要基础设施，是“千村示范、万村整治”建设和农村公共卫生体系建设的主要组成部分，也是实现农村农业现代化的前提条件。千万农民饮用水工程建设的受益对象是经济社会发展水平较低的农村和经济收入不高、生活水平偏下的农民，实施千万农民饮用水工程是实践“三个代表” 重要思想的具体体现。

我省不同区域、不同类型的缺水现状，一是工程型缺水，二是资源型缺水，三是水质型缺水。初步统计：我省农业人口约3200万，860万户。缺水约297万户，1104万人。其中工程型缺水约228万户，848万人，占全省农村人口与农户的26.5%；资源型缺水8.6万户，32万人，占全省农村人口与农户的1%；水质型缺水60万户，224万人，占全省农村人口与农户的7%。江西省从2000年开始，实施农村饮水项目工程，解决了93万农村人口的饮水问题，仅为农村缺水人口的8.4%左右。

我省农村水资源较为丰富，但受经济发展水平的制约，我省农村还有许多地方没有水处理工程和供水管网，特别是我省边远山区地势较高处的农户，由于经费与用水量较小的原因，目前还无法建立水处理工程和供水管网。饮用水既不卫生也不方便。大部分群众仍然直接饮用江河湖库水、坑塘水及浅层地下水，成为我省农村进一步提高生活质量，实现小康目标的一大瓶颈。

根据我省农村人口饮用水现状，为了加强我省水资源管理、优化配置、合理开发水资源，提供安全、卫生的自来水，有效地控制水源性疾病的传播，保障人民群众健康。根据现有供水工程的数量、所取水源情况、供水能力、供水量、供水人口、供水水质、水价、发展规划等相关情况，以及当前社会与经济发展对饮用水的新变化和新要求，并通过对调查数据进行统计分析，江西省灌溉排水发展中心针对我省边远山区地势较高处农村人口的饮水困难，提出了“雨水集蓄利用”的技术建议，以利当地各级水利（务）行政管理部门，采取“雨水集蓄利用技术”，使我省边远山区地势较高处的农村劳动力，从繁重的背、挑、拉等取水劳动中解放出来，改善生存环境，提高当地群众的健康水平。

2 雨水集蓄利用的可行性

2．1 可行性分析

我国有着长远的雨水利用历史。特别是对那些地面水和地下水极端缺乏的干旱山区，雨水是唯一有潜力的水资源，降水作为可利用的水资源，应当充分利用。本文所指的雨水利用是指对原始状态下的雨水进行利用，或对雨水在最初转化阶段时的利用。

雨水集蓄利用工程中的蓄水工程的容积一般不大于500 m3，而且绝大部分是采取防渗措施的蓄水工程。我国开展雨水集蓄利用的地区都在山区。降雨的就地分布特性、居住的分散性以及地形条件决定了雨水集蓄利用只能分散进行。同时雨水集蓄利用工程主要是以农户、或以几个农户为单位进行。因此，雨水集蓄利用工程的规模都很小。其特点是投资少，成效快。

2．2雨水集蓄利用与常规的雨水利用区别

雨水集蓄利用工程一般都包括集、蓄、用三部分。这三部分与常规的雨水利用都有所不同。雨水集蓄利用工程采取工程措施来富集雨水并加以收集，集雨效率较高。常规的雨水利用一般是在天然坡面上拦集，集流效率低；雨水集蓄利用工程通过修建蓄水工程对雨水进行调节利用，调节能力强。而常规雨水利用主要是对雨水当时、就地的利用，雨水的储存主要是储存于土壤空隙，因而调节能力较低；由于雨水集蓄利用工程有较高的雨水集蓄能力，因此能对雨水进行高效利用。与常规雨水利用的方式相比，雨水集蓄利用工程是一种对雨水资源更高的控制利用形式和发展阶段。

针对我省边远山区地势较高处的农户，雨水集蓄利用工程的建设，主要由集流场、沉淀池、水窖组成。设计标准为：屋面集流场50m2，沉淀池5m3，水窖30m³。

2．3雨水集蓄利用工程的效益

⑴ 解放劳动力、发展经济、增加收入。雨水集蓄利用工程实施以前，山区地势较高处的饮水困难农户每天需到1～5km外找水挑水1～3次，每次往返1～2h，费时费力。若水就在院子里或者自来水入户，则节省工时和劳动力。根据调查结果估算，实施了生活雨水集蓄利用工程的地区，平均每户每年可节省50～100个工日，按每工日10元计，则为500～1000元/户年。将节省的劳力用于外出打工、种植和发展养殖生产、庭院经济、从事家务劳动以及发展其他产业，必定增加农户的经济收入。

⑵ 改善了生活习惯，提高了生活质量，促进了农村精神文明的建设。据调查，饮水困难农民过去一盆水洗一家人的脸，更谈不上洗衣和洗澡。实施农村饮水解困工程之后，可为农户提供较充足的水量，改善农民的卫生习惯，有了充足的用水，还可以在农户的房前屋后栽树种花，美化环境，提高生活质量，促进精神文明建设。

⑶ 减少疾病，提高农民的健康水平。农村有些地方不但饮水困难，而且水质不好，含氟含砷含重金属、大肠杆菌超标等现象严重。很多农民都有氟斑牙、拉肚子等疾病。实施了农村饮水解困工程后，将大大改善农村饮水不卫生、不安全的状况，农户喝上洁净卫生的水后，必定提高农民的健康水平，并且大大降低农民因为治病而花费的医药费用。

3 生活雨水集蓄利用系统与技术

简单的雨水集蓄利用系统如下图所示。主要由集雨面、集雨槽、贮水容器和出水口等组成，还有首次冲洗、处理、过滤和输送设备等。

3．1 集雨面

生活雨水集蓄利用最常用的集雨面是屋面。屋面的结构和材料影响着屋面收集雨水时的稳定性和收集的雨水的质量。屋面的材料主要有瓦楞铁、石棉板、各种瓦和石板等。这些材料都比较适合作为屋面收集雨水。在雨水集蓄利用较多的地区，瓦楞铁的应用日渐增多。

集雨面在一定程度上决定了进入贮存设备的雨水量和水质。虽然在降雨强度较大时有一部分水会溅出集雨面，降雨结束后还有一部分雨水存留在集雨面上，但损失的多少主要取决于集雨面的入渗性能。损失的多少通常用径流系数表示。表1是几种屋面材料的集雨特性。

3．2 集雨槽

集雨槽的主要作用有两个：一是将屋面收集的雨水聚集起来；二是将聚集的雨水输送到贮存设备内。集雨槽的材料和形状多种多样，有工厂生产的PVC集雨槽，也有家庭用竹子或铁皮制作的集雨槽；断面形状有矩形、半圆形、三角形。为了降低系统的造价，在一些雨水集蓄利用较多的地区常采用当地可获得的价格较低的材料。如用镀锌的薄铁皮经剪切和弯折而成为等腰三角形断面的集雨槽。

表1 屋面材料的集雨特性表

材料

径流系数

说 明

镀锌铁皮

>0.9

水质好，表面光滑、温度高，微生物生存困难

瓦

0.6～0.9

瓷面瓦收集的雨水质量好；

非瓷面瓦容易积存泥土和微生物；污染物易存留于接缝处

石棉板瓦

0.8～O.9

新石棉板收集的雨水质量好；有微孔，降低了径流系数，用久后会积存泥土，甚至生长苔藓

作物秸秆

O-2

收集的雨水质量差；有机物分解后进入水中，收集的雨水较浑浊

集雨槽一般安装在靠近屋面的屋檐下，在屋檐下的安装集雨槽的设计应合理，要求既能将聚集的雨水全部输送到贮水容器内，也不浪费材料。

流量是集雨槽设计的一个主要参数之一，可由下式计算：

式中　Q——流量，m3／s；

A——集雨槽的过流断面，m2；

V——集雨槽内的水流速度，m／s；

n——集雨槽的摩阻系数(取0.01～0.015)；

R——水力半径(R=A／×)，m；

×——湿周，m；

S——集雨槽倾斜度。

屋面面积为50m2的集雨系统集雨槽的参数见表2。

表2 屋面面积为50m2的集雨槽参数表

断面形状

矩形

矩形

半圆形

等腰直角三角形

集雨槽倾斜度

O.5％

1％

1％

1％

材料宽度(mm)

214

189

150

175

集雨槽深度(mm)

71

63

48

62

集雨槽宽度(mm)

71

63

96

124

断面面积(mm2)

5041

3969

3617

3844

3．3 首次冲洗

屋面和集雨槽内常积存一些尘土、树叶等杂物。在下一次降雨时，这些杂物就会随雨水进入贮水容器内，造成雨水的污染和水质下降。首次冲洗装置的作用就是将这些污染物排放到贮水容器之外。

首次冲洗装置一般有以下3种：

⑴ 手动冲洗机构：最简单的办法是在降雨开始前将进入贮水容器的水管移开，将污物排在贮水容器的外面，待污物排尽后，再将进水管移回原来的位置。这种冲洗方式也称手动冲洗，其优点是结构比较简单，缺点是自动化水平较低，需有人在降雨开始前移开水管，并在冲洗干净后移回原来的位置，可靠性比较低。

⑵ 翻转水槽式冲洗机构：当降雨开始时，首先收集到的混有污物的雨水从水槽的后端进入挂在水槽前端的吊桶内。当吊桶内的雨水和污物达到一定的重量后，水槽就会向前翻转，收集到的雨水从水槽的前端进入贮水容器内，完成首次冲洗过程。

⑶ 浮球式冲洗机构：当降雨开始时，收集到的混有污物的雨水首先进入一个集污桶内。集污桶内有一个浮球。随着雨水进入集污桶，浮球不断上升，最终将集污桶的进口关闭，雨水开始进入贮水容器内。

翻转水槽式冲洗机构和浮球式冲洗机构都存在一个共同的缺点，即每次降雨结束后都要把吊桶或集污桶内的雨水和污物排出。

3．4贮水容器

雨水集蓄利用系统的设计过程中，贮水容积是一个关键参数，它决定了系统的建造成本。贮水容积的大小取决于当地的降雨和气候情况、集雨面的大小、集流面的材料、用水情况等因素。

计算贮水容积不仅要考虑用水需求，还要考虑降雨和雨水的收集情况。在降雨比较充沛、集雨面足够大的地区，主要考虑用水需求。在降雨少或降雨在时间上分布不均的地区，主要根据降雨确定贮水容器的容积。一般计算过程中，两种情况同时考虑。

下面以一个3户农户的雨水集蓄利用系统为例，介绍贮水容积的计算过程。

用水需求：人口11人，每人每天用水45L，总用水量为14.85m3/月。

降雨及集雨情况：集雨面为150m2(3个屋面)。材料为石棉板瓦，径流系数为0.8。江西省平均年降雨1620mm。每年收集的雨水(假定为全部收集)150×1.62×O.8=194.4m3。平均每月可收集雨水194.4/12=16.2m3。

可见，要想使全年的供水满足生活用水需求，每月的用水量不应超过14.85m3。而每年能够收集到的雨水大于用水的需求，由于江西省雨水时空分布不均匀，年内不同季节的变幅很大,所以除了设计合理的雨水集蓄系统外，还需要一个合理的用水管理计划。每月可收集的雨水量可根据降雨数据计算得到。通过计算累计收集的雨量和累计用水量之间的差值（表3）得出要求的最大贮水容积。可以看到最大贮水容积发生在6月，为22.71 m3。本例按标准设计建造30m³水窖，可以满足最大需水2月份的用水要求。

贮水容器的建造可根据建造地点的情况，建于地下或地上，通常称为水罐或水窖。贮水容器的形状一般以圆柱型最多。建造材料有预制混凝土、钢、塑料、钢筋混凝土和砖等。贮水容器除了要不透水并有一定的容积外，还应满足下列要求：设有溢流口，溢流口的设置和出流不能对贮水容器和它的建筑基础造成损害；能防止一些害虫(如蚊子)等的寄生；不透光，以防微生物的繁殖；通风，以防厌氧生物的生存；便于清洗：对收集的雨水不会造成污染；容器上口要设有围栏以防水孩坠落等。

4 结束语

生活雨水集蓄利用系统的建设，工程布局要合理，要按设计图纸施工，配套设施齐全。结构尺寸达到图纸要求，水池无渗水、垮塌、沉陷现象，土建质量必须符合设计标准。材料符合设计要求，灰浆饱满，外形美观，环境卫生，管道安装和机电设备安装规范。

表3 贮水容积计算表

月份

降雨量

(mm)

收集的雨水

(m3)

累计收集的雨水(m3)

用水量

(m3)

累计用水量

(m3)

累计收集的雨水与累计用水量之差 (m3)

10

100

12.00

12.00

14.85

14.85

-2.85

11

78

9.36

21.36

14.85

29.70

-8.34

12

76

9.12

30.48

14.85

44.55

-14.07

1

66

7.92

38.40

14.85

59.40

-21.00

2

110

13.20

51.60

14.85

74.25

-22.65

3

186

22.32

73.92

14.85

89.10

-15.18

4

264

31.68

105.60

14.85

103.95

1.65

5

285

34.20

139.80

14.85

118.80

21.00

6

138

16.56

156.36

14.85

133.65

22.71

7

95

11.40

167.76

14.85

148.50

19.26

8

92

11.04

178.80

14.85

163.35

15.45

9

130

15.60

194.4

14.85

178.20

16.2

人工降雨的物质篇（9）

Abstract: along with the development of economy and the development of the society, based on the analysis of the rainy season of highway construction quality of the influence factors are put forward, based on how well the rainy season highway construction and the main points of quality control, the hope can on the highway construction, construction and maintenance work to provide new experience and new method.

Key words: the rainy season; Highway construction; Quality control; measures

中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号

前言

经济的进步和社会的发展，人们在物质条件基本满足的前提下，对交往、流动和交换的需要越来越显著，这些需要的直接反应就是人们对公路的要求越来越高，不但有数量上的需求，更重要的还有质量上的需求。在我国雨季既是公路施工的困难阶段，也是公路施工的关键时期，各种条件和因素综合对公路建设工作造成综合性的影响，在公路施工的过程中如何应对雨季带来的各种不利因素，确保公路施工的质量，成为公路施工的建设人员和管理人员一项重要的工作。应该在分析雨季对公路施工质量影响因素的基础上，找到做好雨季公路施工质量控制的要点，这样既可以对公路施工的整体工作提供新经验和新办法，有可以对雨季公路的施工提供新的思路和出发点。

1雨季对公路施工质量的影响

1.1雨季对公路路基的影响

首先，雨季对公路路基开挖工作有较大的影响，雨季降水会增加路基的含水量，这会对路基开挖造成困难，并且增加了路基挖掘的工作量。其次，雨季对公路路基的支护工作有影响，在雨季进行路基支护工作会因降水带来困难，由于降水和渗水支护工作不到位的地方会塌方，影响施工质量和施工速度。最后，雨季影响公路路基的质量，降水会影响路基的形状和功能，并最终影响到整个公路工程的进度和质量。

1.2雨季对公路基层的影响

其一，雨季对公路基层材料的性质造成影响，在公路施工中一些基层材料会因遇水而发生物理和化学性质的改变，影响公路基层质量。其二，雨季高湿会影响强吸水材料的质量，特别是经常应用的石灰会出现离散和强度下降的现象，影响基层夯实的效果。

1.3雨季对沥青路面的影响

首先，雨季降雨在沥青路面施工时在沥青表面汽化形成隔离层，导致公路路面裂缝。其次，沥青路面施工施工中，如果遇到降水会使雨水汽化，这带走了沥青的热量，影响后续的镇压和成型。最后，雨季降水会深入地下，在沥青路面下形成含水层，在冬季对沥青路面形成反膨胀作用，破坏路面。

2雨季公路施工质量控制的要点

2.1雨季公路施工准备工作的要点

首先，对雨季公路施工进度进行规划，重点做好回填混合粒料检验、路基填筑和石灰土填筑工作。其次，建立雨季公路施工质量保障体系，提高各级人员的责任心，推行质量保证工作，完善施工规范和建立质量控制制度。最后，做好公路施工物资储备，要保证施工原材料供应不受雨季影响，施工设备状态良好，施工现场规范整洁，排水设施齐备。

2.2雨季公路施工质量保证的要点

首先，做好路基排水系统，挖好临时排水沟保证降雨时排水通畅。其次，做好路拱横坡，以利表面排水。其三，合理安排施工作业段，路基土方尽量做到随挖、随运、随铺、随压实，成品面边缘土要清除干净。其四，路基土方施工中遇雨要立即用机械碾压；雨晴后设人工清除路基土上明水，开犁翻晒。其五，雨季路堤两侧利用编织袋装土设置临时泄水槽，防止雨水对边坡的冲刷。其六，做好石灰土摊铺、整形、碾压等工序的分段施工。其七，检查水准点、导线点，对管线、边沟下雨前要随时检查，采取局部加固措施，防止塌陷、沟壁倒塌、冲刷路面等事故的发生。

2.3施工机械设备保证措施

首先，对露天放置的大型机电设备要防雨、防潮，对其机械螺栓、轴承部分要经常加油并转动以防锈蚀。其次，在施工现场比较固定的机电设备要搭设防雨棚或对电机加防护罩。其三，对于变压器，避雷器的接地电阻值必须进行复测。其四，各种机械的机电设备的电器开关，要有防雨、防潮设施。其五，加强用电安全巡视，检查每台机器的接地接零是否正常，检查线路是否完好，若不符合要求，及时整改。最后，雨天作业，机械操作人员应戴绝缘手套、穿雨靴操作。

2.4施工安全保证措施

首先，做好用电安全和防雷知识教育：进入雨季前，对全体职工做好雨季安全施工的专题教育，提高全体职工的安全意识。其次，电气设备投入使用前须经专职电工人员进行专业检查，合格后方准使用，施工现场的电气设备、电闸箱等要采取防雨措施。雨后要进行漏电保护器强制性检查，严禁引跳闸而绕过漏电保护器改接、私接用电线路，违者将严厉查处。施工人员在遇有雷雨天气时不得在电杆或大树下避雨，不得站在地势高的位置。施工现场的电器设备，各种电动工具按照建设部《施工现场临时用电安全技术规范》中的有关规定作保护接零或作保护接地，安装漏电保护装置和防雷装置。临建和堆物与高压线之间保持足够的安全距离，避免漏电造成伤亡事故。其次，做好施工中物资的准备：各种车辆、施工机械的操作人员要遵守操作规程、交通规则，在雨季或泥泞道路上行驶时要精神集中，确保行车安全，车辆要停放在安全可靠地方。上下基坑、沟槽扶梯，梯子要牢固防滑。基坑和沟槽四周采用护栏，外部绑扎密目网进行维护。夜间施工现场，必须足够的照明设备，有深坑、陡坡的地段必须设置警示牌、灯、或其他防护措施。最后，做好降雨的处理：禁止降雨天气进行开挖基坑和在坑下作业。雨后及时清除施工现场的积水、烂泥，以保证施工车辆的安全通行。施工现场根据实际情况，有针对性的储备一定数量的防汛物资。

结束语

综上所述，做好雨季公路建设施工是一项重要的质量控制工作，只有从公路施工的实际出发，才能找到有效解决雨季公路施工质量的要点。

参考文献：

[1] 晏锡清. 关于沥青混合料施工中应注意的几项问题[J]. 四川建材，2008,06.

[2] 商志成. 公路工程的施工质量管理[J]. 交通世界（建养机械），2009,08.

人工降雨的物质篇（10）

1 雨水集蓄利用的历史及发展概述

近年来，由于人口增长、持续干旱、地表水污染、地下水超采等原因，使得人们对雨水资源的开发利用产生了极大的兴趣并进行了广泛的研究，并已初步显示出雨水资源开发利用的巨大潜力。

公元前 2000 年的中东地区，就有利用雨水的记载。在同干旱气候长期的斗争中，希腊人、阿拉伯人、以色列人积累了收集利用雨水的丰富经验。20 世纪 60 年代，日本开始收集利用路面雨水，70 年代修筑集流面收集雨水[1]。1982 年，夏威夷召开第一届国际雨水集流会议，嗣后成立了国际雨水集流系统协会 (international rainwater catchment systems associat ion，ircsa)，并多次召开雨水集蓄利用学术会议，促进了国际间雨水利用的交流与研究。目前，以色列在集雨农业灌溉方面成就显著，日本则研究利用雨水回灌地下水技术。我国在秦汉时期就有修建涝池塘坝拦蓄雨水利用的历史记载，水窖修筑历史也有数百年。20 世纪 50 年代开始利用窖水点浇玉米、蔬菜等，突破了原来只用窖水作为生活饮用水的传统。在 80 年代后期，这一思路得到迅速发展，将收集的雨水用于发展庭院经济和大田作物需水关键期的补充灌溉。1995 年，甘肃省在干旱半干旱地区实施了“121 雨水集流工程”，几乎在同一时期，宁南山区实施“窑窖农业”，内蒙古自治区进行了“112 集雨节水灌溉工程”试验示范研究，陕西、山西、河南、江苏、浙江等省亦进行了雨水利用试验研究。1995 年 6 月，北京举办了第七届国际雨水集流系统大会，并分别在兰州、徐州召开了第一、第二届全国雨水利用学术讨论会。目前，我们国家的研究主要集中在干旱半干旱地区人蓄饮水和集流节灌的问题上，同时对集蓄雨水补灌地下水及城市集流等问题也展开了研究。

2 有关概念探讨

2.1 雨水利用的内涵

所有形式的水资源（包括河川径流、地下水等），从根本上来说都来自雨水，因而雨水利用不仅仅是指雨水集流的家庭利用和雨养农业利用，而且还包括人工增雨、水土保持、水源地涵养、城市防洪和生态环境的改善等水资源利用的各个方

面 [2、3]。这种雨水利用的概念其外延几乎囊括了水的所有利用方式，具有极大的广泛性。一般文献中提到的雨水利用是指对雨水的原始形式和最初转化为径流或地下水，土壤水阶段的利用[4]，可将其称为狭义的雨水利用（有的文献叫雨水的直接利用）。就狭义的雨水利用而言，其内涵至少应包括：①解决人蓄饮水的家庭利用；②集流补灌的农业雨水利用；③用于消防、城市绿地灌溉的城市雨水利用；④雨水的地下水补给利用。

2.2 农业雨水利用

农业雨水利用是指通过自然过程或人类活动过程将雨水用于农业生产以提高作物产量和改善农业生态系统的利用。蔡焕杰等人将农业雨水利用分为雨水自然利用、叠加利用和聚集利用[5]。笔者认为可将其分为：①雨水的原始利用或自然利用，即雨水或土壤水被植物吸收利用，即植物对没有人为活动影响的、自然水文循环过程中的雨水利用；②雨水的被动利用，指通过一定的工程措施增加拦蓄入渗（如梯田）或减少蒸发（如覆盖）来利用雨水；③雨水的主动利用，指通过一定的汇流面将雨水汇集蓄存，到作物需水关键期进行补灌。和被动利用相比，主动利用中须使用灌溉手段，使作物不完全依赖于降水，从而提高了可控性[6]。

2.3 雨水集蓄利用

广义的雨水集蓄利用是指经过一定的人为措施，对自然界中的雨水径流进行干预，使其就地入渗或汇集蓄存并加以利用，狭义的则指将汇流面上的雨水径流汇集在蓄水设施中再进行利用。雨水集蓄利用中强调了对正常水文循环的人为干预，如前所述的主动利用和被动利用就属于雨水集蓄利用的范畴。

3 雨水集蓄利用技术研究进展

雨水集蓄利用技术主要包括汇集、蓄存与利用 3 个方面，这 3 个方面互相衔接，组成完整的雨水集蓄利用系统。

3.1 雨水汇集技术

雨水汇集是指利用天然或人工修筑的汇流面，汇集雨水形成的地表径流以备高效利用。利用庭院屋顶、路面及一些城市建筑物（如体育场）收集

雨水具有投资少、集流效率高等优点，因此受到人们的普遍关注。屋顶庭院雨水汇集主要解决干旱半干旱山区、石灰岩地区、淡水缺乏的岛屿、高氟水地区和苦咸水地区人蓄饮水问题。路面集水则主要用于灌溉，甘肃省定西地区 1996 年实施道路集雨灌溉工程以来，在国道及地方公路沿线共修建水窖（池）9.254 万眼，总容积 437.48万m3，发展节灌面积 1.99万hm2，经济效益显著[7]；利用公路集流时，要合理布设蓄水设施，否则，将会给公路造成隐患[8]。此外，城市路面及建筑物也被作为集流面，收集雨水用于城市环境及地下水补灌的研究也正在展开[9、10]。

在干旱半干旱地区，人工修筑集流面汇集雨水进行作物补灌是提高粮食产量和农业持续发展的重要举措。现生产上常用的有混凝土、塑料薄膜、水泥土夯实、三七灰土夯实、原土夯实等处理。不同材料处理其集流效率不同，据《甘肃省干旱半干旱地区雨水集蓄利用技术指南》，柏油路面为 70%，原土翻夯路面为 23%，混凝土硬化集流面为 75%。需要指出的是目前人工修筑的集流面仅用于庭院或试验区，尚未广泛使用。

3.2 雨水贮蓄技术

雨水贮蓄技术包括雨水的蓄存和水质改善两方面的技术。

3.2.1 雨水蓄存

雨水蓄存是雨水集蓄利用系统的中间环节，是指将汇流面汇集的雨水通过导流渠（管）引入蓄水设施贮存，等到需水时再从蓄水设施取水的过程。我国北方干旱半干旱地区使用较多的蓄水设施有水窖、塘坝、涝池等。水窖主要用于人蓄饮水和部分农田补灌，水窖建筑容易，使用方便，蓄存的水质基本不受污染，渗漏蒸发少，目前较多采用。另外，蓄水池、瓷缸、水泥罐等也普遍使用。在一些来水量大的沟道或土地利用程度低的低洼地，修筑塘坝涝池蓄水，兼有沉沙调洪的作用。蓄水设施还包括引水渠、沉沙池、滤网等配套设施以导引雨水径流和保护改善水质。

3.2.2 水质保护和改善

降落于地表的雨滴本身带有空气中的一些尘埃及大气污染物，再加上一般地区集流面没有适当的卫生防护设施，使得汇集于蓄水设施中的雨水水质较差。据对甘肃中部干旱半干旱地区 6 个县的水窖水质调查分析，发现水质均达不到我国通用的 (gb5749－85) 生活饮用水卫生标准[11]，因而应加强这方面的工作。饮用水水质的主要保护措施有：降雨前清扫集流面，设置沉沙池、滤网，蓄水窖加盖，定期清洗水窖等。在采取保护措施的同时，应对蓄存的雨水净化。在我国饮用雨水的地区，一般家庭较多使用的有明矾、漂白粉、熟石灰等，但是某些常用的化学物质如漂白粉可与水中有机物反应，生成不利于人蓄的副产物如三卤甲烷[12]，因此，雨水净化技术还有待于进一步研究。利用城市建筑物收集的雨水由于工业污染（如汽车尾气、化工厂排放物），水质较差，但贮存一段时间后，经过雨水的自然净化，水质可满足一些工业生产和环境用水标准[10]。

3.3 集蓄雨水的利用技术

雨水汇集蓄存，其目的是为了利用；而充分高效、经济合理地利用雨水是保证整个雨水集蓄利用技术体系取得最大效益的关键一环。

3.3.1 人蓄饮水和农业雨水利用

利用庭院屋顶收集雨水解决干旱半干旱山区、淡水缺乏地区的人蓄饮水问题是提高这些地区人们生活质量的关键步骤。甘肃省中东部地区 1995 年实施“121 雨水集流工程”，一年多时间解决了 131.07 万人、118.7 万头生蓄的饮水问题[13]。浙江省余姚市由于地表河道蓄水量少，地下水水质差且污染严重，井水咸、涩、臭，所以这里居民家家都建有雨水集流设施。

水是农业生产的命脉，在干旱半干旱地区，降雨量少且分布不均匀及降雨期与作物生长需水关键期错位，作物产量长期低而不稳。通过对这些地区农业自然生产潜力的分析，发现水分亏缺限制了其他因子作用的发挥，是“箍桶效应”中的短板，如果解除水分胁迫，初级生产力是目前的 4～5 倍[14]。在这些地区，降雨多集中在 6～9 月，若将多余的雨水径流收集起来缓解春旱、夏初旱，将大大提高作物产量，实际上就是二重“箍桶效应”中的截长补短[15]。从时空上调节雨水分配，使水分供给与作物需水期相吻合，这就是集雨农业的出发点。另据研究，作物在中等水分亏缺条件下，有利于 wue（水分利用率）的提高[16]；而且在作物发育的某一阶段施加一定的水分胁迫，有利于作物抗旱和品质的改善[17]，这从作物水分生理上为集雨农业灌溉提供了依据。此外，集雨农业中的补灌必须用节水灌溉方式（微喷灌、滴灌、渗灌、点浇、穴灌等）并与农业节水措施（覆盖、松耕等）相结合，有条件的地方应使用设施农业。

3.3.2 城市雨水利用和地下水补灌

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利用城市路面及一些建筑物表面集蓄的雨水可用于城市消防、厕所冲洗、城市绿化草坪灌溉；水质经处理后，可用于一些工业如木材加工[10]。将城市建筑物及平原地区的雨水直接拦蓄入渗或通过一定的渗漏过滤装置，回灌地下水，可补充地下水量兼有防洪作用[9、18、19]。

3.4 雨水集蓄利用技术研究中存在的问题

目前我国雨水集蓄利用技术主要应研究以下问题：①新型的高效低价集流面材料的研制；②蓄水设施的施工技术和防冻胀技术，饮用水水质净化技术；③不同约束条件下补灌水量的确定，不同的灌水方式、不同的作物及其农业经营措施综合利用雨水的最佳模式；④大气污染对城市雨水水质的影响，城市汇集雨水水质的净化、应用及汇集雨水回灌地下水技术等。

4 雨水集蓄利用对区域环境的影响

4.1 雨水集蓄利用与水土保持

黄土高原国土整治 28 字方略的核心是“全部降雨就地入渗拦蓄”[20]。生产实践中，通过修筑梯田、鱼鳞坑、水平阶等水土保持工程措施和松耕、等高耕作等水土保持农业措施，就地拦蓄雨水径流入渗，提高了作物产量和林木成活，拦截分散了地表径流从而减轻了对土壤的冲刷侵蚀，水土保持作用十分明显。从雨水利用的角度来看，属于被动的雨水利用，也就是说通过一定的人为措施对自然的水文循环进行干预，使其向着更有利于人类生产和生活的方向发展，但这种干预具有一定的局限性，譬如，严重的春旱和夏初旱使作物生长很差或完全枯死，那么嗣后的强度降雨将会对的地表产生严重的冲刷；但是，如果在田头路边修一些水窖（池），沟道、低洼地修塘坝、涝池（类似水保工程中的淤地坝，但淤地坝的主要作用是淤泥，而蓄雨设施的作用主要是用水）拦蓄降雨集中时期（黄土高原 6～9 月降雨量占全年降雨量的 70%～80%）多余的雨水径流，到作物需水关键期进行补充灌溉，解决作物、林木在旱季因缺水而枯死减产的“门坎”问题，同时防止了暴雨径流对坡面、路面、沟头的侵蚀[21]，这实际上是雨水的主动利用。因此，就水土保持而言，雨水集蓄利用是“就地入渗拦蓄”的进一步延伸和拓展，在水土保持中具有更积极的作用和意义。

4.2 雨水集蓄利用对区域生态环境的影响

通过上述分析，干旱半干旱地区雨水集蓄利用具有拦泥减沙的作用，同时，利用集蓄雨水节灌作物、林草，提高作物产量和林草成活，改善了农田生态系统，增加了区域生态系统的稳定性。庭院屋顶雨水集蓄利用解决饮水问题，城市雨水收集可用于绿地灌溉、城市清洁等环境改善，都产生了良好的环境效益；而地下水补灌，可缓解已形成的地下水漏斗和由此产生的地下水环境问题[22]。另一方面，由于人工雨水收集干扰了正常的水文循环，从而对区域的径流、蒸发、入渗及地下水位产生影响；尤其在降雨量少的干旱半干旱地区，要防止雨水资源的过度利用对环境的负面影响。关于雨水集蓄利用与环境方面目前应主要研究：雨水集蓄利用的水土保持作用对区域水环境、区域生态系统结构和稳定性的影响，地下水回灌对地下水环境的影响等。

5 雨水资源评价与雨水集蓄利用效益评估

雨水资源的正确评价对其合理开发利用具有十分重要的意义。据估算，我国多年平均降水量为 6.19 万亿 m3，年降水最大的地方超过 6000mm，而约有 1/3 的面积降水量低于 200mm[23]。可见，降水总量丰富，但分布不均匀且差异悬殊，因此，要进行区域合理评价。在雨水资源评价中，除对雨水资源的总量进行评价外，更重要的是对可开发利用的雨水资源潜力进行合理评价，估算出由于目前人们认识、技术等限制而浪费掉的或没有发挥最佳效益的那部分雨水资源量，确定合理的开发量。雨水资源的评价应引起人们的重视，以防止过度利用而产生的环境问题。据一些试验