一款多功能雨水資源化產(chǎn)品的原理與應(yīng)用

高 宇

一款多功能雨水資源化產(chǎn)品的原理與應(yīng)用

高 宇

我國有超過6成的城市缺少雨水收集設(shè)施，在極端氣候頻發(fā)的背景下，解決雨水的吸收、排放、循環(huán)和再利用問題不僅十分必要，而且刻不容緩。如何在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用，將雨水的收集和再利用過程與農(nóng)村飲水、土地灌溉和城市排水、綠化用水有機(jī)結(jié)合，成為生產(chǎn)建設(shè)中的新課題。

一款由HydroRock國際私人有限公司研發(fā)，集滲、蓄、滯、凈、用、排功能于一體的多功能雨水資源化綠色產(chǎn)品（息壤雨水滲透—緩沖—排放一體化系統(tǒng)），為水資源配置與管理提供了有效途徑。此產(chǎn)品以透水性強(qiáng)、排水效果好、純天然的巖棉為原材料，能夠吸收和儲存雨水和地表水，最大儲水容量高達(dá)產(chǎn)品體積的94%，也可將吸收的水分釋放到周圍土壤中，在公園和綠地、建筑及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施、道路與廣場等方面獲得廣泛應(yīng)用。

產(chǎn)品工作原理

息壤雨水滲透—緩沖—排放一體化系統(tǒng)能自然、就地和連續(xù)地對雨水進(jìn)行滲透、緩沖和排放，有利于雨水的就地消納和利用。系統(tǒng)核心部件主要由孔隙度高（92%～94%）、緩沖容量大（92%～94%產(chǎn)品體積）、排水效果優(yōu)良（滲透系數(shù)2.1mm/s）、抗壓強(qiáng)度高（2000或4000kg/m2）、使用壽命長（＞30年）、材質(zhì)輕盈（73～114kg/m3）的純天然巖棉和雨污、泥水分離效率高（懸浮顆粒物SS的去除率高達(dá)98%）的土工膜組成。

巖棉功能模塊外裹土工膜，不僅可以起到雨污、泥水分離的作用，同時有助于水分緩釋到周圍土壤。巖棉功能模塊可內(nèi)置穿孔管道，允許土壤水分進(jìn)入；穿孔管道相互連接，起到輸送水分作用；同時方便接入排水管道系統(tǒng)，當(dāng)巖棉水分飽和時，允許多余水分通過管道流走。巖棉功能模塊之間可設(shè)置具有過濾功能的溢流井，有利于地表徑流匯集、雨污和泥水預(yù)分離。

根據(jù)降水強(qiáng)度、雨水就地消納和利用程度等實際要求或條件，功能不同、規(guī)格大小不同的巖棉模塊可根據(jù)地形、地質(zhì)、地貌自由串聯(lián)成大小合適的滲透—排放、滲透—緩沖、滲透—緩沖—排放單元或系統(tǒng)。

抗壓強(qiáng)度不同的巖棉功能模塊可滿足不同安裝場地、路面的承載和地表—地下安裝要求。地表安裝時，可外加一層金屬格柵起支撐保護(hù)作用。對于滲透性差的土壤質(zhì)地如壤土或黏土，建議在上部安裝由砂和松散巖棉纖維混合而成的息壤砂，提高上層土壤孔隙度，提升土壤緩沖容量和水分滲透性，有助于產(chǎn)品滲透、緩沖和排放功能充分發(fā)揮。此外，可根據(jù)實際需要，在巖棉功能模塊內(nèi)置水分探針，實時監(jiān)測巖棉內(nèi)部水分、水質(zhì)動態(tài)，評估土壤污染物在巖棉富集和巖棉堵塞情況。

內(nèi)部工作機(jī)理

單個巖棉模塊的滲透、緩沖和排放功效主要取決于其內(nèi)部的纖維排列方式（單向或交叉），其次與安裝方式、土壤質(zhì)地、土壤水分飽和程度、土壤毛細(xì)效應(yīng)和地下水水位密切相關(guān)。巖棉功能模塊內(nèi)部纖維單向排列有利于水分的滲透和緩沖，交叉排列的巖棉有利于長久保持水分。當(dāng)土壤水分滲透方向與巖棉模塊內(nèi)部纖維單向排列方向平行時，有利于雨水的垂直向下滲透；當(dāng)土壤水分滲透方向與巖棉模塊內(nèi)部纖維單向排列方向垂直時，有利于水分的水平滲透，起到緩沖雨水和補(bǔ)充土壤水分作用。

相比砂土、壤土和黏土，巖棉材料毛細(xì)效應(yīng)極低（水分上升高度＜2cm）。當(dāng)土壤水分含量較高或處于飽和時，土壤難以繼續(xù)吸收多余的水分，巖棉功能模塊中的水分會停留在其內(nèi)部。當(dāng)土壤水分不斷下滲、蒸發(fā)或被植物根系利用，土壤中的水分含量逐漸降低、處于非飽和狀態(tài)時，土壤水吸力較高，不斷吸收巖棉中的水分直至排空，有利于雨水的連續(xù)滲透和緩沖，有利于雨水、地表積水的就地消納，或迎接下一場暴風(fēng)雨。巖棉材料自身的極低毛細(xì)效應(yīng)，確保其即使在土壤水分較少或者干旱時不會吸收土壤中的水分，消除了其加劇土壤干旱或者缺水的可能性。

功能與特點

●集滲透、緩沖和排放功能于一體

取決于土壤對水分吸持特性、土壤滲透性等條件及模塊安裝方式（水平或垂直安裝），息壤雨水滲透—緩沖—排放一體化系統(tǒng)要么會充分發(fā)揮其排放功效，要么會充分發(fā)揮其滲透功能。當(dāng)周圍土壤缺水或水分較低時，系統(tǒng)模塊儲存的潔凈水分會釋放回土壤，供動植物利用。因而，息壤雨水滲透—緩沖—排放一體化系統(tǒng)可不必與雨水排水或者干旱補(bǔ)水設(shè)施相連。

●單個單元功能完備、獨立

取決于地面積水程度、所要就地消納的雨水量和土壤質(zhì)地，可以選擇單個單元分散安裝、兩個或更多單元串聯(lián)安裝等方式，靈活設(shè)計安裝數(shù)量。若想更快地排放水分（解決低程度的地面積水、實現(xiàn)雨水就地消納），可進(jìn)行水平安裝；若想最大程度實現(xiàn)水分滲透（解決暴雨等形成的地面積水或徑流，實現(xiàn)雨水就地快速排放或緩沖），則建議垂直安裝。單個單元或者局部產(chǎn)生損壞，不影響系統(tǒng)整體功能。

●安裝使用簡單高效

單個功能模塊的體積為34～340L，緩沖容量高達(dá)產(chǎn)品體積的92%～94%。通過較小的土方開挖、就地安裝和土方回填，就可即時實現(xiàn)雨水或地面積水的就地消納和利用。在排水管網(wǎng)設(shè)施落后或缺乏排水設(shè)施的地方或區(qū)域，可實現(xiàn)雨水快速滲透。若在巖棉模塊安裝部位的上層土壤安裝一層20～30cm的息壤砂，能顯著提高上部土層的孔隙度和導(dǎo)水能力，更好地發(fā)揮其滲透、排放功效。當(dāng)降水量過大時，內(nèi)置的穿孔管可方便地連接到雨水排放系統(tǒng)。

●低影響開發(fā)

系統(tǒng)盡可能地模擬原有自然生態(tài)水循環(huán)模式，維持開發(fā)場地開發(fā)前后的水文特征，同時又可在多雨時節(jié)將雨水就地消納或就近“吸收、存蓄、滲透和凈化”，自然補(bǔ)充地下水和調(diào)節(jié)水循環(huán)；干旱缺水時緩釋水分，防止土壤脫水和植被萎蔫；澇季連通城市調(diào)蓄水設(shè)施和給排水通道，以生態(tài)的方式解決城市內(nèi)澇。

●生態(tài)友好型滲透、緩沖和排放

系統(tǒng)模塊材質(zhì)天然環(huán)保（100%純天然礦物巖棉、100%可循環(huán)利用），難以分解和腐蝕，不會造成土壤和地下水污染。研究表明，巖棉孔狀結(jié)構(gòu)允許植物根系穿透生長，安裝巖棉的土壤動植物會生長得更為良好。

●不依賴斜坡排水

不同于排水軟管，系統(tǒng)模塊滲透系數(shù)高、內(nèi)部各向滲透速度相同，使其具備不依賴重力或斜坡排水的特性。獨特的材質(zhì)和內(nèi)部纖維排列結(jié)構(gòu)，使得無論水平還是垂直安裝，都能有效發(fā)揮其功能?？蓪⒁?guī)格不同的模塊單元按需串聯(lián)成大小合適的滲排系統(tǒng)，實現(xiàn)最優(yōu)化排放。

●耐用性強(qiáng)，功能穩(wěn)定和后期維護(hù)簡單

系統(tǒng)模塊以優(yōu)質(zhì)玄武巖、白云石等為主要原材料，經(jīng)1450℃以上高溫熔化、拉絲、固化成型而成。內(nèi)部獨特的纖維結(jié)構(gòu)，使得材料強(qiáng)度大、不易撕裂，不僅抗植物和樹木侵蝕，且抗凍防膨脹。土工膜不易腐爛，斷裂強(qiáng)度高，抗氧化，還可有效避免土壤顆粒滲入巖棉模塊內(nèi)部。因而，系統(tǒng)模塊能長達(dá)數(shù)年甚至數(shù)十年維持緩沖、滲透和排放功能完整，且短期內(nèi)不需檢查、清洗和維護(hù)。

（作者單位：天津沃佰艾斯科技有限公司）

應(yīng)用案例

山東青島

中德生態(tài)園富源2號路600米非機(jī)動車道、綠化帶和人行道項目時間：2016年4月25日

福建廈門

海滄區(qū)新順路慢行道示范工程

時間：2016年3月

新順路慢行道示范工程致力于低影響開發(fā)的理念，放棄了以往“下透水鋪裝—沉式綠地—雨水花園—蓄水池”的解決方案，運用“生態(tài)雨水口+纖維蓄排水”的方法。此解決方案與傳統(tǒng)方案相比優(yōu)勢明顯：施工方便，不需要封路造成交通部門壓力；同時可以滿足廈門市27.8mm雨水消納的海綿城市設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；費用降低50%；將城市水循環(huán)回歸自然途徑，充分利用土壤的水調(diào)節(jié)能力。