雨水资源化利用中初期弃流装置设计参数优化与水质保障技术

一、引言

随着全球水资源短缺问题日益严峻，雨水作为一种宝贵的水资源，其资源化利用受到广泛关注。雨水资源化利用能够有效缓解城市供水压力，减少雨水径流带来的洪涝灾害风险，具有显著的经济、社会和环境效益 。然而，初期降雨携带大量污染物，如灰尘、树叶、油污、重金属等，若直接收集利用，会对后续用水水质造成严重影响，降低雨水利用的安全性和可靠性 。初期弃流装置作为雨水资源化利用系统的关键环节，能够有效去除初期雨水中的污染物，提高雨水收集水质，其设计参数优化与水质保障技术的研究至关重要。

二、初期弃流装置设计要点及参数影响因素

（一）初期弃流装置设计要点

初期弃流装置的设计需满足弃流效果好、操作简便、运行稳定、维护方便等要求 。装置应能准确识别初期雨水，及时将其排出系统，避免对后续收集的雨水造成污染 。同时，装置结构应简单合理，便于安装和调试，且具备良好的耐腐蚀性和抗冲击性，能够适应不同的气候和环境条件 。此外，弃流装置应具备一定的智能化程度，可实现自动控制和监测，提高运行管理效率 。

（二）设计参数影响因素

1. 降雨特征：降雨量、降雨强度、降雨历时等降雨特征对初期弃流装置设计参数有重要影响 。不同地区的降雨规律差异较大，在降雨量较大、降雨强度高的地区，初期弃流装置需具备更大的弃流容量和更强的排水能力；而在降雨量较小、降雨强度低的地区，弃流装置的参数可相应调整 。

2. 汇水面积：汇水面积大小决定了初期雨水的产生量 。汇水面积越大，初期雨水量越多，对弃流装置的容量和处理能力要求越高 。在设计初期弃流装置时，需根据汇水面积合理确定弃流体积和弃流时间等参数 。

3. 污染物特性：不同区域、不同下垫面的污染物种类和浓度不同，会影响初期弃流装置的设计 。例如，工业区初期雨水中可能含有较多的重金属和有机污染物，城市道路初期雨水中油污、灰尘等污染物含量较高，这些都需要在设计弃流装置时充分考虑，以确保有效去除污染物 。

4. 雨水利用目标：雨水利用目标不同，对水质要求也不同 。用于景观补水、绿化灌溉的雨水，水质要求相对较低；而用于生活杂用、工业冷却等的雨水，水质要求较高 。初期弃流装置的设计参数需根据雨水利用目标进行优化，以满足不同的水质要求 。

三、初期弃流装置设计参数优化方法

（一）基于经验公式的优化

根据以往的工程经验和研究成果，建立初期弃流装置设计参数的经验公式 。例如，通过统计不同地区、不同汇水面积下的初期雨水量，得出初期弃流体积与汇水面积、降雨量之间的经验关系式 。在实际工程设计中，可根据具体情况代入相关参数，计算出初步的设计参数，再结合实际条件进行调整和优化 。

（二）数值模拟优化

利用计算机数值模拟技术，建立初期雨水径流和污染物传输的数学模型，对不同设计参数下初期弃流装置的运行效果进行模拟分析 。通过改变弃流装置的结构尺寸、弃流时间、弃流流量等参数，观察污染物去除率、弃流效率等指标的变化情况，从而确定最优的设计参数 。数值模拟能够直观地展示初期弃流装置在不同工况下的运行效果，为参数优化提供科学依据 。

（三）实验研究优化

开展室内外实验研究，对初期弃流装置进行实际测试和验证 。在实验过程中，模拟不同的降雨条件和污染物情况，测量不同设计参数下初期弃流装置的弃流效果和水质变化 。通过对实验数据的分析和对比，优化设计参数，改进装置结构，提高初期弃流装置的性能 。实验研究能够获取真实可靠的数据，是验证和优化设计参数的重要手段 。

四、雨水资源化利用水质保障技术

（一）预处理技术

在初期弃流的基础上，采用沉淀、过滤、吸附等预处理技术进一步去除雨水中的污染物 。沉淀技术可使雨水中的悬浮颗粒自然沉降，去除较大颗粒的污染物；过滤技术通过滤网、滤料等对雨水进行过滤，截留细小颗粒和部分有机物；吸附技术利用活性炭、沸石等吸附材料，吸附雨水中的重金属、有机物等污染物，提高雨水水质 。

（二）消毒技术

为确保雨水水质符合使用要求，需对收集的雨水进行消毒处理 。常用的消毒方法包括氯消毒、紫外线消毒、臭氧消毒等 。氯消毒成本较低，消毒效果较好，但可能会产生有害副产物；紫外线消毒无二次污染，杀菌速度快，但对病毒的杀灭效果有限；臭氧消毒氧化能力强，消毒效果好，但设备投资和运行成本较高 。在实际应用中，可根据雨水利用目标和水质要求，选择合适的消毒技术或多种消毒技术联合使用 。

（三）水质监测与调控技术

建立完善的水质监测系统，实时监测雨水水质指标，如 pH 值、浊度、化学需氧量（COD）、细菌总数等 。根据监测结果，及时调整预处理和消毒工艺参数，确保水质稳定达标 。同时，利用水质调控技术，如添加化学药剂调节 pH 值、控制微生物生长等，保障雨水水质安全 。

五、雨水资源化利用中初期弃流装置及水质保障存在的问题与优化策略

（一）存在的问题

目前，初期弃流装置在实际应用中存在一些问题 。部分装置设计参数不合理，导致弃流效果不佳，要么弃流过多造成水资源浪费，要么弃流不足影响后续水质 。一些弃流装置自动化程度低，需要人工操作，运行管理不便，且可靠性较差，容易出现故障 。在水质保障方面，预处理和消毒技术的选择和应用不够合理，部分地区由于缺乏专业技术人员和监测设备，难以对水质进行有效监测和调控 。

（二）优化策略

1. 完善设计方法与标准：加强对初期弃流装置设计参数的研究，结合不同地区、不同工况的实际情况，完善设计方法和标准 。建立更加科学合理的设计参数计算模型，提高设计的准确性和可靠性 。

2. 提升装置自动化水平：加大对初期弃流装置自动化技术的研发和应用，实现装置的自动识别、自动弃流和自动监测 。采用智能传感器、控制器等设备，提高装置的运行稳定性和管理效率 。

3. 优化水质保障技术方案：根据不同地区的水质特点和雨水利用目标，优化预处理和消毒技术方案 。加强对水质监测技术的研究和应用，推广便携式、快速检测设备，提高水质监测的及时性和准确性 。同时，加强对专业技术人员的培训，提高水质保障技术的应用水平 。

六、结论与展望

本研究系统探讨了雨水资源化利用中初期弃流装置的设计优化与水质保障技术，分析了设计关键点和影响因素，并提出了优化策略。未来应加强研究，利用新材料、新技术和新方法，开发更高效的装置和保障技术，以促进雨水资源化利用的可持续发展。

参考文献

[1]侯文硕,周国华,葛铜岗,等.新型容积-流量型雨水弃流装置设计及效果评估[J].中国给水排水,2023,39(09):103-108.

[2]侯文硕,周国华,葛铜岗,等.道路初期雨水界定及弃流装置研究进展[J].给水排水,2022,58(02):133-142.

[3]汪传发,丁力行,钟源.一体化雨水弃流装置及控制系统设计研究[J].制冷,2020,39(03):68-73.