雨水回灌论文1

城市雨水回灌实验技术研究摘要本文结合国家自然科学基金项日和陕西省水资源与环境重点实验室建设项目,在国内外相关研究成果的基础上，根据西安市雨水利用技术的特点，采用室外实验的方法，建立雨水回灌系统，对回灌过程进行监测。研究了雨水回灌地下水状态下，回灌水量变化状况。本研究成果对缓解城市水资源短缺，保护地下水和城市生态环境具有积极的意义。城市雨水回灌技术试验研究的主要成果：1.设计并建成了完整的抽水试验系统和雨水回灌入渗试验系统设各。2.根据二次抽水试验结果，确定回灌试验场的水文地质参数，使用稳定抽水条件下的裘布依公式计算得到渗透系数K=0.70m/h,影响半径R=74.15m,导水系数T=4.86m2/h，含水层贮水系数u*=0.28，降雨入渗系数α=0.269，汛期试验场地日降雨入渗补给量为23mm。3.通过回灌实验,分析了问灌过程中水量动态变化。结果表明，回灌水量与回灌地区的含水层性质、回灌井结构、地下水流等因素相关。回灌入渗设施的社会经济效益和环境效益显著。4.研究了降雨入渗补给地下水量，分析了降雨量与井水位的变化关系。根据回灌理论，计算得到试验场地的雨水回灌井回灌容量为166.34m3/d,若按设计降雨量10mm/d计算，该试验场地单井可控制流域面积为16634m2。5.提出适合回灌雨水井的监测项目和管理手段。为城市回灌设计和管理部门提供了定量依据和参考。6.分析了同灌技术存在的问题和发展前景。为城市回灌技术的应用推广提供了思路。关键词:雨水回灌、水量引言研究背景及意义随着中国经济和资源消费的显著增长，社会对水资源的需求急剧增加。中国正处于城市化高速发展的中，其中最重要的战略资源，水、电、油已经出现不同程度的短缺，而水资源短缺尤为严重，已经严重影响到我国城市的发展。针对城市水资源短缺，人们逐渐认识到雨水技术的开发利用对缓解城市供水具有重大意义。结合城市规划和市政工程建一设，对城市雨水进行必要的收集!处理利用，补充地下水是建立节约型社会，解决城市地下水资源短缺的重要方法和有效手段，研究城市雨水回灌入渗地下水利用技术，为城市健康发展提供科学指导与规划原则,意义重大。城市雨水回灌入渗技术研究现状城市雨水回灌利用研究现代意义上的城市雨水回灌利用，是从20世纪80年代到90年代发展起来的[2]，不仅少雨的国家(如以色列)发展较快，而且一些多雨的国家(如东南亚国家)也得到发展。一些工业发达国家都在积极开发雨水回灌入渗利用技术，如日本在楼房中设置雨水收集、净化与储存装置，用以浇洒绿地[3]；德国修建了大量的雨水池来截流、处理及利用雨水，并尽可能利用天然地形、地貌及人工设施截流、渗透雨水[4]；美国洛杉矶南端的orange县地下水人工回灌工程从五十年代开始修建，到九十年代初地表浅层回灌面积发展到4km2，入渗速率为0.3m/d【5】；荷兰阿姆斯特丹一供水公司自1957年利用人工回灌工程防止咸水入侵，为首都提供了60%的饮用水【6】；为了有效减少城市雨水中的污染物，保护地区水资源，美国各州环保局均制定了雨水管理措施，并将雨水处理等指导文件放置在互联网网站上，供普通读者下载阅读。如2004年美国威斯康星州环境保护局编写了适合当地气候，土壤类型、地理状况的暴雨管理指导手册[7]。我国城市雨水回灌技术系统研究及应用尚属起步阶段,城市雨水回灌入渗项目开展的规模还不能与一些欧美国家相比较。北京、上海、沈阳、西安等大城市应用研究较早,兴建了不同形式的人工回灌工程，回灌水多局限于河水、冷却水、自来水和回用城市污水{9]，由于运行时间，施工技术和管理维护等问题的存在，城市雨水回灌项目的建设较少纳入市政建设计划中。我国个别城市大型建筑物，建有雨水收集系统，但缺少配套的处理和回灌系统。1973年起，京、津、冀、鲁、豫五个缺水相对严重的省市先后开展了地下水人工补给的试验研究，取得了宝贵的试验资料[10]。浅层地下水回灌入渗技术措施可分为以下几类：1、利用干涸河床、渠道及重要排水渠道引水、蓄水，利用土地自然渗透能力补给地下水。2、利用自然沟渠、浅滩、洼地建设湿地水塘和平原水库，或经过改造平原地区的各种坑塘，使水系相互联系，通过暴雨径流的汇集蓄水渗透补给地下水。3、利用河道砂地、耕地休闲期淹灌，农作物生长期增大灌水定额，补给地下水。4、在沙砾层埋深较浅处，利用大口井及廊道，把处理净化后的河水直接灌注到地下含水层。城市雨水回灌利用技术是近年来国内外大学及研究所关注的热点，该技术得到城市规划、城市防洪排水、城市基础建设等管理部门的高度重视和肯定，出现大量有关城市雨水利用的专业文献及新闻报道，为城市补给新生水源、防洪抗旱、建设节约型社会提供宝贵的技术指导。1.3城市雨水回灌的目的及意义我国淡水资源总量约为2.8万亿m3,其中地下水资源量约为0.109万亿m3，人均水资源占有量900m3，低于世界平均水平[48]，城市淡水资源短缺给居民生活和工业生产带来巨大的损失，由于地下水的持续开采，地下水短时间内不能得到有效补充，水体污染及水质下降带来的环境问题急需改善，人们为了解决供水紧张，水资源对农业和工业发展的制约状况，提出很多技术方案，如修建大型供水水库，增加地下水抽水量等，但以上技术手段都面临着破坏生态环境，严重影响自然平衡，人为改变了原有河流的动植物种类和数量，对环境的破坏作用不可忽视。地下水位的持续下降在沿海地区会直接导致海水入侵或受污染水源侵入地下含水层。上述现象,都是人为大量开采地下水,破坏了水资源均衡造成的后果。过量抽取地下水也会导致城市地质灾害，最直接的地质灾害是地面不均匀沉降，地表建筑物开裂，形成地质断裂带，地裂缝严重威胁地面及地下建筑物，破坏道路、桥梁及城市供水供气管道，妨碍了城市居民正常生产生活。回灌补给地下水，不会给环境带来不利影响，通过土壤的净化作用，可以很好地补充地下水，在城市发展步伐日益加快的今天，雨水回灌利用技术大面积应用的必要性越来越突出。城市雨水回灌实验设计水资源试验场位于西安理工大学金花校区内，气候类型为南暖温带半湿润夏热气候，该地区土壤类型为娄土和褐土[59〕，其所属水文地质条件为松散岩类孔隙含水岩组，弱富水区，其浅层地下水为潜水,地下水埋深区间一般在10一3Om，渗透系数0.3一14m/d，抽水降深0.5一15m，控制井点日涌水量可达334.80m3，潜水迁流方向由西南流向东北方向，水力坡度1%o一8%[60]，由于试验场地无详细含水层参数供设计使用，在进行回灌设施设计前，必须获得试验场地的水文地质相关参数，为回灌系统提供设计参数和科学依据。抽水井与观测井设计：错误!未指定主题。图1试验场地围墙、道路抽水井及观测井平面布置图Fig1Pumping&monitoringwellsdesignchart0#抽水井直径1米，井筒采用颗粒级配良好的绿豆石材料，由20个长度为0.5米的井管构成。各井管之间的接缝采用涤纶筛网DP100包裹缠丝，设计井深10m。观测井井壁为管径10cm的PVC塑料管，每个观测井由2段PVC长管(3.9m)和1段短管(2.18m)组成，接头处用管箍丝扣连接，设计深度I0m。按照理工大校园控制高程6#点（H418.624m），可以确定得出各井口高程。抽水试验实验参数确定采用筛分法和吸管法分析试验场地土壤颗粒分析，结果见表1表1土壤颗粒分析Table-1Soilgradinganalysis各级颗粒含量百分数（%）d0.250.025d0.25d0.0250.8239.5959.59根据实验室变水头测量原状土饱和渗透实验得出土样饱和垂直渗透系数K=2.787×10-4cm/s。在试验场地地表土壤进行了常水头入渗实验，通过测量记录马氏瓶容器中的供水量随时间变化，计算得到土壤入渗规律试验室测量，土壤比重为2.67。确定多孔介质水文地质参数主要通过野外抽水试验获得相关数据，现列举常见抽水试验理沦，利用抽水试验测定水文地质参数具有重要的现实意义，其理论基础分别为稳定井流地下水运动的裘布依方程【】。根据达西定律，即通过任一断面的流量均等于井的抽水量，即:(1)对于潜水，将含水层厚度M用代入（1）得到：(3)(4)(5)式中：Sw是抽水井中水位降深m，h0是含水层的初始水位m，hw是抽水井内的水柱状高度m，rw是抽水井半径m，R是影响半径m。裘布依公式在实际生产上能解决两类计算问题：1.通过已知的含水层厚度M，渗透系数K和影响半径R，根据设计的稳定降深s可以预报水井流量Q；或根据所需要的流量Q去预报抽水后的稳定降深值S2.可以根据稳定流抽水试验资料,计算出含水层的渗透系数K或导水系数T。