应用雨水集蓄利用技术，解决边远山区饮水困难(2)

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

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

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。

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