合理排水量（精选7篇）
合理排水量 篇1
我国具有丰富的煤层气资源,但是除了已经实现煤层气商业化开发的沁水盆地南部等少数矿区, 大部分煤层气富集区还处于煤层气开发试验阶段。 而限制国内煤层气开发的主要因素之一就是煤层气井的排采制度。在合理排采制度方面,国内许多学者进行了实验研究和现场分析[1—4],研究发现生产初期排采量存在一个合理值,生产初期不合理的排采速度会严重降低煤储层物性。此外,煤层气排采过程中,煤粉颗粒的产生、运移和沉降也会引起煤储层的孔隙度和渗透率的变化,国内一些学者分析了煤粉对排采的影响[5—8]。
目前已进行的煤层气井生产初期排水量的研究,大多是根据煤层气井投产后的现场实际排采数据,结合生产经验进行分析后得出合理排采量,对于新井投产合理排采量确定缺少实际指导意义。煤层气排采对煤储层物性的影响的研究成果中,大多数学者仅考虑了单一因素或双因素对煤储层渗透率的影响[9—17],但是开采过程中,煤基质收缩、有效应力和煤粉运移的耦合作用对煤储层渗透率会产生重要影响。基于此,本文从理论出发,引入无因次含气率,确定煤层气井生产初期结束时间,并分析煤层气井生产初期排采过程中排水量对煤储层渗透率影响,综合考虑排采过程中有效应力、煤基质收缩和煤粉运移对煤储层孔隙度和渗透率的影响,并建立了动态变化模型,分析煤储层孔隙度和渗透率随排水量的变化规律,利用VB编制了煤层气井生产初期排水量确定软件,并结合实例确定了鄂尔多斯某煤层气区块投产新井生产初期合理排水量。
1煤层气井生产初期阶段结束时间
对于不同的排水量,煤层气井生产初期结束时间也不一样,根据煤层气开采过程中无因次含气率的大小变化情况进行煤层气生产阶段划分。当生产初期结束,煤储层孔隙度和渗透率最大时对应的排水量确定为煤层气井生产初期合理排水量。定义无因次含气率为流动产气量占流动气、水产量之和的百分比,即:
式( 1) 中,Ng D为流动产气量; qgmax为最大产气量, m3/ d; Nw D为流动产水量; qwmax为最大产水量,m3/ d。当 ηg D在0. 25左右时,标志着煤层气井初期排水阶段的结束。
2生产初期煤储层物性参数模型
2.1有效应力对煤储层孔渗的影响
煤层气井排采过程中,随着煤储层压力降低,上覆岩层压力几乎不变,煤骨架所承受的有效应力增大。仅考虑有效应力的压缩效应,煤储层压力由原始储层压力P0降低到P时,Schwerer等[17]得到如下煤储层孔隙度与压力关系式:
式( 2) 中,φf为裂缝孔隙度; φf 0为初始裂缝孔隙度,Cf为裂缝压缩系数,MPa- 1; P为煤储层压力, MPa; P0为煤储层初始压力,MPa。
裂缝渗透率与裂缝孔隙度的关系为:
式( 3) 中,Kf为裂缝渗透率,10- 3μm2; Kf 0为初始裂缝渗透率,10- 3μm2。
2.2基质收缩对煤储层孔渗的影响
煤储层压力下降到煤层气临界解吸收力后,随着甲烷从煤基质表面解吸和产出,煤基质收缩,裂隙变宽渗透率增加。
煤基质对甲烷单组分气体的吸附服从Langmuir等温吸附方程,结合Bangham固体变形理论,当煤储层压力由煤层气临界解吸压力Pr下降至P时,由于煤层气解吸煤基质的收缩量为:
式( 4) 中,Δε 为煤基质收缩量,f; ρc为煤体密度, t / m3; VL为Langmuir体积,m3/ t,R为气体常数, 8. 314 3 J / ( mol·K) ; T为绝对温度,K; V0为标准状况下气体摩尔体积,22. 4 L/mol; E为煤的弹性模量,MPa; Δγ 为表面能变化量,J/m2。
利用Seidle模型[11],可得到基质收缩裂缝孔隙度变化与煤储层变形之间的关系:
式( 5) 中,Δφf1为煤基质收缩引起的煤储层裂缝孔隙度增加量; φfr为煤层气开始解吸时的裂缝孔隙度。
2.3煤粉运移排出对煤储层孔渗的影响
煤粉运移容易造成裂缝堵塞,导致渗透率降低, 但如果能将煤储层产生的煤粉适量地排出,煤储层孔隙度及渗透率能够得到很好地改善。
2.3.1携煤粉生产临界排水量
煤层气藏在开发过程中容易出煤粉,排水过程中应尽可能地排出煤储层所产生的煤粉,有利于煤储层渗透性的恢复,并将达到井底的煤粉携带至地面,以防煤粉沉积于井底而影响生产。通过分析固体颗粒在流体中受力平衡条件,Beggs等[18]得到煤粉在流体中上升运动的临界速度us0的表达式为
式( 6) 中,ds为煤粉直径,m; ρs,ρl分别为煤粉,流体的密度,kg /m3。us0为煤粉的速度,m/s; Cd为煤粉雷诺数的单值函数。
煤粉雷诺数的定义为:
煤粉在井筒中沉降的雷诺数( Re) 一般在1 ~ 1 000之间,利用Allen相关式 :
考虑到井壁对煤粉运动的影响,增加经验校正系数,准确的临界速度为:
式( 7) 中,D为井筒直径,m。
携煤粉生产的最小临界产水量为:
2.3.2煤粉运移对煤储层孔渗的影响
煤粉进入地层运移过程中,部分滞留在孔隙内, 根据物质平衡方程推导得出描述煤粉运移的方程为:
式( 9) 中,C为煤粉浓度,kg /m3; v为煤粉运移速度,m/s; φ 为煤储层孔隙度; qs为单位体积的煤储层单位时间内剥落的煤粉质量,kg /( m3·s) ,可以根据骨架剥离本构方程求解; σp为单位体积水中煤粉在孔喉处堵塞而滞留的质量,kg /m3,可以根据喉道堵塞滞留方程求解。
喉道堵塞滞留的方程:
式( 10) 中,A为孔喉堵塞速率常数,m- 1。
骨架剥离本构方程:
式( 11 ) 中,B为煤储层 液化系数,实验测试 确定,m- 1。
煤粉运移引起的煤储层裂缝孔隙度的变化:
煤粉运移使煤层孔隙阻塞时,煤层渗透率降低, Gruesbeck和Collins给出的堵塞路径渗透率计算公式是[19]:
式( 13) 中,Kp为堵塞路径渗透率,Cp为堵塞空隙的煤粉颗粒的总体积占空隙体积的百分比,β 和 η 是在某种程度上作为孔隙拓扑结构函数的经验常数。
2.4煤储层物性模型的建立
煤层气井排采过程中,有效应力、基质收缩以及煤粉的运移对煤储层物性影响明显,尤其是生产初期合理的排水量可以将钻井及储层改造产生的煤粉运移排出,有利于储层孔隙度和渗透率的恢复。综合考虑应力敏感、基质收缩和煤粉产出时煤储层孔隙度和渗透率变化模型分别是:
式( 15) 中,f为正发生堵塞的孔隙路径占总孔隙路径的百分比。
3实例分析
鄂尔多斯盆地东南缘深部煤层气区,该区发育两套主力煤储层为本溪组11号煤和山西组3号煤, 两套煤系地层埋深较大,煤层气富集区的煤储层埋深一般大于1 800 m。该区3号煤储层单层厚度薄, 连续性较差,11号煤储层单层厚度较大,连续性好, 开发试验阶段选择资源条件较好的11号煤作为主力开采煤层。目前该区已钻探煤层气试验井8口, 通过煤岩现场解吸实验、煤样等温吸附、煤岩力学特性实验等获得了11号煤的基本储层参数和岩石力学参数。
8口试验井中已有J2井和J3井两口煤层气井进行了排采试验。J2井从2010年11月30日开始排水,截止至2012年5月份累计排采18个月,动液面深度1 300 m,距射孔段还有500 m,产水中含有少量煤粉,井口含有少量甲烷气体,点燃时瞬时火苗有30 cm。从J2井排采曲线( 图1) 分析,生产过程中排采不稳定,排水中后期,J2井以大于25 m3/ d的高排水量生产,但是动液面下降很慢,几乎不产气。
J3井从2010年12月29日开始排水,截止至2012年5月份累计排采17个月,动液面深度已达1 400多m,距射孔段还有130 m,产气量为200 m3/ d,产水为黑色并含有煤粉,套管气可持续点燃。从J3井排采曲线( 图2) 分析,生产过程中排采也不稳定,但J3井排水量较低,平均以12 m3/ d的排水量进行生产,动液面下降仍然较慢,有一定的产气量。
对两口煤层气井J2井和J3井产出水取样,通过分析离子浓度和矿化度,发现J2井产出水矿化度低,离子浓度与J3井差别较大,可能的原因在于压裂施工及钻井过程中造成的顶板灰岩、底板马家沟灰岩与煤层连通,导致这两层灰岩中的水直接对11号煤层形成补给。
鉴于已经排采的两煤层气井排采效果均较差, 对于其他6口煤层气试验井的排采指导性较差,下面利用编制的煤层气排水量软件对即将进行排采的J4井合理排水量进行分析。J4井11号煤层顶面埋深1 920 m,煤层厚度6 m,模型中 β 和 η 取值为1, f取值为0. 5,其他储层基本参数见表1,利用该软件计算出J4井最小临界排水量为2. 473 m3/ d 。
3.1生产初期排采阶段确定
不同排水量对应的初期阶段结束时的产气量及生产初期排水所需时间( 图3) 。J4井以高于最小临界排水量2. 473 m3/ d排采时,排水量越大,生产初期结束时,煤层气井的产气量越高,生产初期所需排水时间越短。当J4井排水量小于6 m3/ d时,随着排水量的增加,排水时间缩短幅度较大,但当排水量增加到8 m3/ d时,继续加大排水量,初期排水时间并未有较大幅度缩短。
因此,在确定煤层气井初期排水速度时,不应为追求快速产气,盲目提高排水速度,高的排水速度, 对缩短初期排水时间贡献有限,而且还可能因为初期排水量过大,井底压力下降过快,近井范围内煤储层物性应力敏感性增强,造成储层污染。此外,较大的排水速度,会引起储层中大量煤粉从煤储层骨架上剥离,造成煤层气井生产过程中煤粉大量产出,容易卡泵,检泵的过程无意间延长了初期排水时间,而且不稳定的排采制度,引发煤层激动,更容易产生煤粉。排水量过大的极端情况下,有可能会造成压裂形成的裂缝闭合,甚至近井煤储层骨架坍塌,致使煤层气井报废,该损失是不可挽回的。
3.2排采初期合理排水量确定
煤层气井生产初期,以高于最小临界排水量排采时,可以将钻井和压裂增产措施过程中煤储层产生的煤粉有效地排出到地面,利于煤储层孔隙度增加,渗透率一定程度地恢复,而且此时排水量较小, 煤储层应力敏感性对储层渗透率的影响相对较小, 随着排水量的增大,初期阶段结束时的煤储层孔隙度和渗透率先增大后减小,当排水量为8. 9 m3/ d时,煤储层孔隙度最大为1. 850% ,煤储层渗透率最大为1. 589 m D( 图4) 。
当煤层气井生产初期超过合理排水量进行排采时,排水量越大,煤储层应力敏感越强,对煤储层渗透率和孔隙度降低作用急剧增加,而且大排水量容易造成煤粉大量从储层骨架上剥离,煤粉的过量排出,会对排采产生极为不利的影响,从J3井排采曲线( 图2) 及产出水样观察分析发现,当排采量超过10 m3/ d进行排采时,产出水中含有大量的煤粉,结合J3井排采记录,该井排采过程中因煤粉卡泵,经常停止排采进行检泵。排采的不连续,造成J3井动液面下降较慢,并且不稳定,排采超过300 d,产气量依然比较低。因此,对于即将投产的J4井排采初期合理的排水量确定为8. 9 m3/ d较为合适。
4结论
( 1) 利用井筒携煤粉生产临界条件,建立煤层气井的最小临界排水量计算模型; 建立了考虑有效应力、煤基质收缩和煤粉运移的煤储层孔隙度和渗透率理论模型; 建立了煤储层气、水两相流模型; 对模型进行了求解,并编制了计算软件。
( 2) 煤层气井生产初期,排水量过低或者过高都会对煤储层物性产生不利影响,生产初期煤层气井以高于临界排水量生产时,在有效应力、煤基质收缩和煤粉运移产出综合影响下,煤储层渗透率和孔隙度随生产时间呈现先减小后增大的趋势,排水量越大趋势越明显。
( 3) 煤储层的孔隙度和渗透率在生产初期结束时随排水量先增大后减小,孔隙度和渗透率达到峰值时对应的排水量为合理排水量,利用编制的软件确定了鄂尔多斯盆地J4井的临界最小排水量为2. 473 m3/ d,合理排水量为8. 9 m3/ d。
摘要：生产初期排水量合理与否影响煤层气井整个生产过程中的排水采气效果,无因次含气率为0.25时,认为排水初期阶段结束。为确定新投产煤层气井生产初期合理排水量,建立考虑压敏效应、基质收缩和煤粉剥离、堵塞效应对煤储层物性的影响模型,研究生产初期不同排水量对煤储层物性的影响;并编制了新投产煤层气井合理排水量确定软件。研究结果表明:生产初期结束时的煤储层孔隙度和渗透率随着排水量的加大先增大后减小,峰值处对应的排水量确定为合理排水量。利用该软件确定了某煤层气井排采初期的合理排水量,结合数值模拟结果分析在该排水量控制下该煤层气井的排采效果较好,该模型对新投产井生产初期合理排水量的确定提供理论依据。
关键词：有效应力,基质收缩,煤粉运移,新投产煤层气井,合理排水量
如何提高市政给排水设计合理性 篇2
关键词：市政府给排水 设计 合理性 影响
中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号：0674-098X（2014）03（c）-0079-01
伴随着经济的快速发展，城市中政府的给排水设施建设也同样以惊人的速度向前发展。根据党中央所做出的战略部署，城市化建设要坚定不移的实现可持续发展。城市在发展建设的过程中，出现了很多的污水排放，给城市环境造成了沉重的压力，污水的循环利用也和城市建设有着莫大的关联。市政府的给排水工作也关系到我国的国计民生，对我国的影响也是十分巨大的。
1 市政府给排水设计中存在的问题
（一）市政府给排水的设计与城市的其他功能不协调
政府在进行给排水设计的时候，为了保证其后期能够有效的进行使用，要综合分析具体情况，以保证各方面使用功能的有效协调。例如在我国的一些沿海城市中，政府进行给排水设计的时候要充分考虑其防洪功能。在我国，有很多城市的政府在进行给排水设计的时候对防洪的要求不进行重视，导致城市在雨季时很容易出现海水倒灌的现象。而那些在政府给排水设计中充分考虑到防洪工作的城市，建立了防洪的排涝泵站，那么即使在突发的暴雨情况下，城市内部的排水工作工作也能进行的很好。因此，在政府进行给排水设计的时候要充分考虑到这些问题，要重视给排水设施和城市其他功能协调发展，只有这样，才能达到最好的给排水功能，在出现问题的时候，能够得到及时的解决。
（二）政府给排水设施中污水管的不合理建设
给排水设施中原污水提升泵站，一旦在建设的过程中出现了漏洞，将会直接影响到水管的深埋情况，如果相关人员并未对其进行及时有效的处理，最终还是无法保证其在未来使用中的有效性，更大程度上会引起污水问题。所以，在选择位置进行建立的时候，可以考虑建设在城市的绿化园区之内或者其附近地区，这样就能够避免工厂流出的污水对居民正常生活产生影响的情况。而且大多数城市的污水管建设只是单纯的考虑到城市的影响，而忽视了其经济条件和地质条件，导致了污水管的建设和城市给排水的设施上出现一些不足的情况。
（三）未确定的因素过多，导致市政府给排水设计的编制延误
在当代社会市政府的道路规划建设之中，存在着很多已经非常紧迫但是政府的给排水设计还没有确定的设计方案问题，这样就会造成市政府的及排水设计工作无法与城市建设同时开展，最终，各自设计各自的。道路建设的设计先进行，而市政府的及排水设计后施工。这种情况下很容易造成市政府的给排水设计和城市道理设计无法达到协调统一，影响施工的时间以及进度，同时中途不得不修改设计稿件，很容易造成市政府的给排水设计不合理，无法满足城市对给排水设计的需求。
（四）城市建设中雨水管道的不合理设计
雨水管网的设计是城市给排水设计中的一个十分重要的组成部分，但在大多数城市中，雨水管网的设计往往将道路两侧的雨水预留接口设计的偏小。但是以城市汇水区域的特点为依据，由于城市中绿地面积小（特别是工业区）、规划建筑的系数又偏大，这样就会造成场地项目汇水区域的总体流经的系数也会增大。并且由于场地之中汇水区域的重现期为1～5年，这比市政府的设计重现期0.5～3年要大得多。综上，就是市政府雨水管网的设计每年都处于不堪重负的重要原因。
2 对提高市政府给排水设计合理性的若干建议
水是大自然赐予人类的重要资源，城市居民的生活离不开水，企业工厂和农林牧副渔的生产也都离不开水。因此，市政府合理的给排水设计对城市的人文和经济等方面都有十分重要的意义。市政府在进行及排水设计的过程中，要充分考虑导各方面的因素。既要避免因为城市水供应过足而导致的水资源的浪费情况和水资源的污染情况，同时也要考虑到城市水资源供应的不足给居民和工业等带来的不便。因此，针对城市政府给排水设計中出现的若干问题及其重要性，本文为此提出几条合理化建议。
（一）提高市政给排水设计中城市防洪排涝设计的合理性
城市中水资源的利用，主要来自于居民用水以及工业用水等等，由此来看，城市排水其主要涉及到的范围，也就是工业以及生活中的相关废水。在我国诸多城市中，还有好多城市是临江临河或者降雨量将多的区域，因此，对这些城市来说，防洪排涝的市政府给排水设计就变得尤为重要，甚至关系到这些城市居民的生产生活安全，市政府在设计其防洪排涝时要格外谨慎。针对城市内洪和外洪的不同状况进行不同的设计，找到根源并加以防范。
（二）提高市政给排水设计中城市排污设计的合理性
城市政府在构建给排水设计时，要考虑到本城市污水处理的能力，还要尽可能引用先机和节能环保的技术进行污水的处理，实现城市水资源的可持续发展。例如，目前出现的生活污水反应器，其作为一种先进仪器的代表，对于污水的处理具有积极影响。具体分析其应用的优势：实现污水排放流化床发展。在此过程中，还要考虑到污水排放与城市道路建设之间的问题。道路建设直接影响未来的污水排放效果，所以在设计城市污水的排放工作时，应该注意到与城市道路的设计、地面线资料等设计相结合。而对于城市中的污水井设计，要对具体的现实情况进行综合考虑，例如城市道路，还要注意设计图上的桩号差距等，严格布置城市沿线的污水井。除此之外，市政府在设计建设污水井的同时，还应该提升污水提升泵站的建设工作，综合考虑相关问题，设计出合理的污水提升泵站。
（三）提高市政给排水设计中要引进计算机的辅助设计
在计算机的辅助设计没有发明之前，城市中市政给排水设计都是在施工之前由排水工程施工的工人进行人工计算的。一般情况下，具体的工作主要包括：设计人员在综合考察以及相关报告后，设计出一个相对较为科学合理的设计方案，这是第一步工作。然后，将用到的相关资料送给给排水人员，让其进行进一步的分析以及判断，这是第二步。最后，进行总体的设计与评估。从此方法上来看，其需要较为繁杂的步骤，而且需要大量的人力，更会出现一些人为上的失误。而在进行设计的过程中，加入计算机进行有效的辅助，不但实现了设计上的一体化，还进一步的缩短了花费的时间以及人力情况，无疑是新时期的最优选择。有利于城市道路和给排水设计人员的快速交流，使城市道路建设设计和城市给排水设计有机的结合在一起。
3 结语
城市给排水设计和城市道路设计之间的联系密不可分，因此，市政府在进行给排水设计的时候要尤其注意城市的道路设计，将二者有机的结合到一起，完善市政府及排水设计的合理性。
参考文献
[1]刘广建.市政给排水设计与规划中常见问题的分析[J].民营科技，2010（4）.
[2]张九香.塑料排水管在市政工程中的选材应用研究[J].福建工程学院学报，2009（6）.
平原城市排水系统的合理规划 篇3
在华北平原城市水系比较少，在地势较低并且平坦的区域，可以适当地规划人工景观河道或者人工湖。人工河道可以有效地减少排水管道的沿途排水距离，从而减少干管管径。人工河及人工湖还可以起到调蓄作用，缓解特大暴雨对雨水管道的排水压力。通过规划人工河道及人工湖可极大地改善区域排水问题，同时又有利于改善城市生态环境，符合现代城市可持续发展的需要。
2 重力自流与雨水泵站相结合
平原城市排水的方式因地形不同而有多种方式，在排水条件较好的地区，排水方式都是重力自排，排水受自然条件的限制时，就可采用自排和泵站相结合方式。当城市地面高程比过境河流一定频率洪水位低很多，且河流高水位持续时间比较长, 土方的来源比较困难，填方城市地平成本较高时，排水方式只能采取泵站排水，但在天然城市地面高程与过境河流洪水位的高差相近或高水位持续时间比较短并有土方来源的地区，应该深入细致地分析研究当地与排水有关的自然条件和资源条件，进行必要的方案比较，规划确定排水方式是采取泵站强排还是重力自排，以及通过什么措施实现重力自排。有些平原城市的排水系统，在非汛期时，雨水可以通过重力自排排入下游水体;到汛期，河水水位相应上升，引起顶托，使城市排水不畅，城区容易产生积水，甚至发生河水倒灌现象。
3 合理地确定设计参数
雨水设计流量公式为：
式中：ψ———径流系数;
P———暴雨重现期;
t———降雨历时;
F———汇水面积;
A1, c, b, n———地方参数，根据统计方法进行计算确定。
3.1 径流系数ψ值的确定
径流系数为径流量与降雨量的比值，是影响雨水设计流量的一个非常重要的因素。影响径流系数的主要因素为地面覆盖种类的透水性。在常规的设计中，计算某个汇水区域的雨水量时，常采用的是区域综合径流系数，这种计算方法会造成每个设计雨水管段的流量不是十分准确，从而影响管道设计时管径、坡度的选择不准确。在北方平原城市雨水设计流量计算过程中，如若区域控规设计已经完成，径流系数应该根据控制性规划的用地比例，分别计算出沥青路面、混凝土路面、屋面、面积铺砌便道、非铺砌土路、绿地的面积，按照径流系数加权平均的计算方法，从而得出比较准确的数据。即：
ΨAV———汇水面积上各类地面的面积(ha);
Ψi———相应雨各类地面的径流系数;
F———全部汇水面积。
3.2 暴雨重现期P的确定
暴雨强度重现期P的选择直接关系着管段设计流量的大小。在雨水管渠设计中，若选用较高的设计重现期，计算所的设计暴雨强度大，相应的雨水设计流量大，管渠断面相应大。这对防止地面积水是有利的，安全性高，但是同时在经济上却因雨水管道管径增大而加大了工程投资。若选用较低的设计重现期，雨水管道管径减小，节省了工程投资，但可能会经常发生排水不畅，地面集水而影响交通。
3.3 集水时间t的确定
集水时间t是指雨水从汇水面积最远点到流到最近雨水口的时间t1和在干道中的流行时间t2，即：
m——折减系数，管道采用2，明渠采用1.2，陡坡地区管道采用1.2～2。
平原城市的坡度一般都极小，所以影响t的主要因素就是集水距离。在一般设计中采用的集水距离一般为120～150 m。但是在实际设计中，道路雨水的起点，并不是计算雨水系统的真正起点，而应是厂房、小区内排水系统的起点。因此，集水时间需要考虑雨水在厂房、小区雨水系统的地面集水时间和管道流行时间。
3.4 汇水面积的确定
大中城市的雨水管网系统设计时，主干管的定线尤为关键，定线原则是使汇水面积内的雨水通过支管收集尽快汇入干管并尽快由管道就近排入水体。其中管网布置形式因根据地形而定。汇水面积的划分应要多方面考虑各种因素的影响，尽可能地按当地现状排水情况划分。设计中，如果地势比较平坦，街区控制规划不完善的地区，雨水应该平均排入四周的雨水管网，如果街区地势有一定坡度或者有详细的控制性规划，则不能简单的划分，应根据该排水区域的坡度和实际的控制性规划来详细划分汇水区域。
4 雨水收水口形式的确定
近十几年，雨水口的类型、尺寸发展很快，但是雨水口的收水能力试验以及相关的科学论证和分析却鲜有成果，基本还停留在20世纪50年代。在暴雨来临实际收水时，绝大多数箅孔处于闲置状体，起不到应有的收水作用。如以前较为流行的点式雨水口，平时很容易被杂物堵塞，并且当路面纵坡比较大时，雨水往往会翻越过雨水口，收水效果不佳。所以，应该改变以前的点式雨水口，采用线形雨水口，这样即使在道路纵坡比较大时，也不影响收水效果。除此之外，在道路纵坡比较大时，对于地势低洼、树枝杂物比较多的路段，应采用平箅式多箅雨水口，形成连续线形收水口，收水效果更加。
5 排水管材的选择
近年来，塑料管道生产技术越来越成熟，价格较之以前也越来越便宜。由于塑料管的内壁粗糙系数小，过水能力比同等管径的钢筋混凝土要大。在同等设计流量的情况下，塑料管可以有效地减小埋深，管径等，这些都是在平原城市雨水管网设计中经常遇到的问题。因此在平原城市雨水管网设计中，应大力推广塑料管材，以减少管径和坡度，进而减少埋深。
摘要：平原城市地势平坦, 坡度小, 河道水位比较高, 导致城市排水困难。针对此特点, 结合焦作市的情况, 对排水规划、设计参数和排水规划进行合理的分析, 达到优化设计和科学排水的目的。
关键词：平原城市,排水规划,雨水系统,设计参数
参考文献
[1]室外排水设计规范 (2011年版) GB50014-2006[S].
[2]防洪标准GB50201-94[S].
合理排水量 篇4
关键词：市政,给排水,设计,合理性影响
前言
随着经济的发展, 市政给排水设施建设的发展迅速的惊人。我国城市化建设需走可持续发展道路, 这跟市政给排水设施有着千丝万缕的关系。城市污水的排放, 污水的循环再利用都和市政建设有着莫大的关联, 市政给排水设计关系着我国城市的国计民生, 但是我国的市政给排水设计普遍不尽合理。现如今, 如何提高市政给排水设计的合理性对城市来说至关重要。
一、市政给排水设计存在的问题
1. 市政给排水设计与城市其它功能不协调
以某市位于新区内的滨江道路为例, 该区与内江相邻, 内江河流由北向南流入大海, 市政府规划的给排水设施在该市的行政文化教育中心。该市50年有一次3.82 m的高潮位, 20年有一次3.63 m的高潮位。该市新区地势从南北到中间依次降低, 北部比南部稍高, 中间地形比较平坦没有太大起伏。因此, 该市滨江道路的防洪设计应该是路线南北高程为4.5~6.4 m之间, 中间道路高程为4.2~6.1 m之间, 但是该市的道路竖向规划, 无法保证道路高程, 而该市的排水设计又不符合防洪要求, 在新区规划的行政文化教育中心缺少雨水排涝泵站, 该区规划的排水方式几乎全是重力流方式排放。如果该市是重力流排水方式, 市政设计的排水管的底高程必须高于该市内江实测最高潮高3.9 m, 只有这样暴雨期和内江涨潮时的道路排水无阻。但是该市的道路设计高程低于内江的最高潮位, 使该市的给排水设计不能达到无论何时该区排水通畅的要求。
2. 污水管的设计不合理
如果原污水提升泵站的设置不合理, 会影响污水管的埋深, 如果污水管的埋深不合理, 整个规划区内的污水管网的竖向高程就无法保证, 这样极容易造成城市污水不能顺利排出的故障。城市原污水提升泵站应设置在该城市绿化区附近, 这样可以减少工厂污水对该城市污水管周围居民的污染。在我国城市, 市政给排水设计中的污水排放设计还普遍存在只片面考虑对城市的影响, 而缺乏市政污水排放设计的技术、城市的地质条件, 经济等各方面的综合考虑。
3. 市政给排水的设计编制延误, 未确定的因素多
在市政道路规划过程中, 往往存在道路建设已迫在眉睫而市政给排水设计工程的编制还未有定案或者还在修改, 这在一定程度上造成市政给排水设计不能与城市道路设计同期进行, 同期施工, 两个工程各设计各的, 道路建设先施工市政给排水后设计再施工, 这样的规划方式极容易造成市政给排水设计不能与城市道路建设相符合, 造成市政给排水设计不能按设计施工, 中间不得不修改设计, 最后使市政给排水的设置不合理, 无法满足城市给排水的要求。
二、提高市政给排水设计合理性的相关改进建议
城市居民生活离不开水, 工厂企业农林牧渔也需要用水, 市政府解决城市给排水的问题是解决市镇经济发展的大问题。市政府在设计城市给排水时, 需综合考虑各方面的因素, 避免城市居民水量丰沛产生的浪费现象和污水污染城市居民生活用水的现象。针对我国城市市政给排水设计的不合理性普遍存在的现象, 使市政府不得不把市政给排水设计放在城市建设的首要章程。
1. 提高市政排水防洪排涝设计合理性的建议
城市的用水主要是城市居民的生活用水、工厂林牧畜业的用水, 相对应的城市排水主要有城市居民生活排水、工厂企业排污、防涝排涝等方面的排水。其中对于临江临河等城市和降雨较多的城市的防涝排涝设计很重要, 它关乎一个城市的居民生命和财产安全, 是一个城市的生命线, 所以市政府在设计城市排涝防涝时要格外慎重, 尽量提高防涝排涝设计的合理性。外洪和内洪是城市防洪排洪的主要对象, 对于外洪要以防为主, 而内洪以排和洪水滞蓄为主。外洪不过是洪提和水库等预防, 内洪主要是由雨水造成的, 针对这个造成内洪的根源, 设计合理的雨水排除或者雨水滞蓄等方面的措施, 可以提高人们对防洪和排涝的深刻认识, 有利于市政给排水施工的合理性。在设计城市防洪排涝时, 应综合考虑城市各方面的因素。例如:城市每月的平均降雨量、最大降雨量、城市地形地貌、外围水域的潮高等。
2. 提高市政排水中的排污设计合理性的建议
城市居民生活污水和工厂污水的处理是每个城市时刻都要面临的问题, 市政府在城市排污设计中不但要考虑城市污水处理能力, 还应引进先进科技, 运用先进的科学技术建设节能环保和可持续发展的市政排污设施。例如:生活污水反应器, 它有利于城市污水的排放向高效移动床、流化床进展。城市污水的排放离不开城市道路建设, 在设计城市污水排放时应结合道路设计、地面线资料等设计出市政给排水设计与城市其它功能相协调。对于污水井, 市政府应以道路中心线为参照线, 由设计人员设计出合理的污水井, 并按照设计人员设计图上制定的桩号偏距, 严格布置沿道路的污水井。在排污设计中, 也应注意污水提升泵站的设计。综合考虑设计出位置合理的污水提升泵站点, 这有利于合理设计污出水管的埋深。在市政给排水的设计中, 也应考虑给排水水管管材、施工条件、污水计算等因素, 合理选用排污水管网, 确定合理的排污水管最低设计高程。这样既可以节约施工时人力财力, 还可以有效的提高城市污水的排放效率。
3. 在市政给排水设计中引进计算机辅助设计系统
城市的给排水设计与城市道路设计密不可分, 在计算机辅助设计系统没有发明前, 市政给排水工程施工都是在施工之前对设计图纸进行人工计算的。最常用的方法是, 城市道路设计人员先绘制出城市道路设计图, 再将设计道路时查阅的资料和设计图转交给城市给排水设计的工作人员, 城市给排水设计工作人员再根据道路设计人员送过来的相关资料和道路设计图设计与道路相得益彰的城市给排水设计。这样的方法, 费时费力往往影响道路紧急建设。计算机辅助设计系统可以直接将道路设计人员的资料和设计图传送给给排水设计人员, 完成了道路和给排水设计软件的一体化。这样, 有利于道路设计和给排水设计人员的快捷交流, 有利于确定城市道路建设和市政给排水设计的关系, 使两者结合起来设计出相得益彰的道路设计和市政给排水设计。
三、结语
水资源关系到城市的发展, 水既可以促进城市的经济发展, 也可能成为谋夺人类生命和财产安全的魔鬼。所以, 市政给排水设计十分重要, 它关乎城市的经济发展。城市给排水的设计和城市道路设计有着千丝万缕的联系, 在设计城市给排水工程时需结合道路设计, 完善市政给排水设计的合理性。文章结合市政给排水设计存在的问题, 从提高市政排水中的排污设计合理性、提高市政排水防洪排涝设计合理性、引进计算机辅助设计系统三方面深刻探讨了提高市政给排水设计合理性的方法。
参考文献
[1]杨元顺, 董建平.如何保证市政排水管道工程的施工质量[J].山西建筑, 2006 (12) .
[2]林向明, 城市排水管网的规划设计[J].科技咨询导报, 2006 (08) .
[3]张九香, 李文斌, 冯丽雪.塑料排水管在市政工程中的选材应用研究[J].福建工程学院学报, 2004 (07) .
[4]罗水金.浅谈市政给排水设计和规划中常见问题分析[J].四川建材, 2007 (04) .
合理排水量 篇5
1 市政给排水设计存在的问题
1.1 市政给排水设计与城市其它功能不协调
在进行给排水设计的时候要保证它可以和城市的其他功能相协调,在一些沿海城市,在进行给排水设计的时候一定要重视其防洪的要求。很多的沿海城市在进行给排水设计的时候对防洪要求不进行重视,在雨季非常容易出现海水倒灌的情况。一些城市在进行设计的时候对排涝泵站的设计非常好,这样在突发的暴雨天气就会出现城市内涝的情况,严重影响城市的交通情况。近年来,城市内涝问题不断出现,人们对市政给排水的功能越来越重视,这样也使得在进行给排水设计的时候一定要重视它和城市其他功能进行协调,这样在出现问题的时候才能共同及时的解决掉。
1.2 污水管的设计不合理
原污水提升泵站如果在进行设置的时候出现不合理的现象,就会影响污水管的埋深,这样非常有可能出现污水管埋深不合理的情况,会导致整个规划区内的污水管网的竖向高程出现无法保证,这样就会导致城市污水无法顺利排出。城市的原污水提升泵站在位置选择的时候,可以设置在城市的绿化区附近,这样可以避免出现工厂污水影响污水管周围居民的情况。在市政给排水设计中,很多的污水排放设计还是停留在只是考虑其对城市影响,在进行设计的时候,对污水排放设计技术、城市的地质条件和经济条件都没有进行考虑,这样就会导致市政给排水在设计上出现一些不足的情况。
1.3 市政给排水的设计编制延误,未确定的因素多
在进行市政给排水设计的时候,通常相应的要进行市政道路的规划,在这个过程中,两个工程经常会出现不同步的现象,在很多的情况下,道路工程已经在准备建设了,但是市政给排水设计还在进行修改,这样就使得很多的情况下,两个工程不能同时进行。市政道路建设和市政给排水工程不能同时进行施工,会导致两个工程在建设的时候出现不符合的情况。先进行市政道路建设会导致后期施工的给排水工程在施工中出现不能按施工设计进行施工的情况,这样在施工中就要进行设计方面的修改,市政给排水在设置方面出现不合理的现象,非常容易导致城市给排水无法满足需求。
2 提高市政给排水设计合理性的相关改进建议
居民在生活中是无法离开水资源的,同时工业生产和农林牧渔业发展也是无法离开水资源的,城市建设中对市政给排水工程进行重视是为了更好的保证城市的正常运行。在进行市政给排水工程设计的时候要考虑的因素非常多,要避免出现居民用水浪费的情况,同时也要保证污水不会影响居民的生活用水。城市市政给排水在设计方面存在着不合理的现象,使得市政给排水设计成为了城市建设中的首要问题。
2.1 提高市政排水防洪排涝设计合理性的建议
城市用水主要体现在城市居民的生活用水和经济生产中的用水,排水主要也是针对的城市居民的生活污水和经济生产中出现的生产污水,同时给排水也要在城市防涝和排涝方面发挥功效。在雨季时间较长的城市,在进行给排水设计的时候一定要重视防涝排涝设计,因为在出现极端天气的时候,城市受到的影响将是非常大的,这个时候给排水工程的作用就会得到充分的考验,给排水设施在一定程度上能够保护整个城市,保证城市居民的生命和财产不会受到威胁。所以市政府在设计城市排涝防涝时要格外慎重,尽量提高防涝排涝设计的合理性。外洪和内洪是城市防洪排洪的主要对象,对于外洪要以防为主,而内洪以排和洪水滞蓄为主。外洪不过是洪提和水库等预防,内洪主要是由雨水造成的,针对这个造成内洪的根源,设计合理的雨水排除或者雨水滞蓄等方面的措施,可以提高人们对防洪和排涝的深刻认识,有利于市政给排水施工的合理性。在设计城市防洪排涝时,应综合考虑城市各方面的因素。
2.2 提高市政排水中的排污设计合理性的建议
城市居民生活污水和工厂污水的处理是每个城市时刻都要面临的问题,市政府在城市排污设计中不但要考虑城市污水处理能力,还应引进先进科技,运用先进的科学技术建设节能环保和可持续发展的市政排污设施。例如:生活污水反应器,它有利于城市污水的排放向高效移动床、流化床进展。城市污水的排放离不开城市道路建设,在设计城市污水排放时应结合道路设计、地面线资料等设计出市政给排水设计与城市其它功能相协调。对于污水井,市政府应以道路中心线为参照线,由设计人员设计出合理的污水井,并按照设计人员设计图上制定的桩号偏距,严格布置沿道路的污水井。在排污设计中,也应注意污水提升泵站的设计。综合考虑设计出位置合理的污水提升泵站点,这有利于合理设计污出水管的埋深。在市政给排水的设计中,也应考虑给排水水管管材、施工条件、污水计算等因素,合理选用排污水管网,确定合理的排污水管最低设计高程。这样既可以节约施工时人力财力,还可以有效的提高城市污水的排放效率。
2.3 在市政给排水设计中引进计算机辅助设计系统
城市的给排水设计与城市道路设计密不可分,在计算机辅助设计系统没有发明前,市政给排水工程施工都是在施工之前对设计图纸进行人工计算的。最常用的方法是,城市道路设计人员先绘制出城市道路设计图,再将设计道路时查阅的资料和设计图转交给城市给排水设计的工作人员,城市给排水设计工作人员再根据道路设计人员送过来的相关资料和道路设计图设计与道路相得益彰的城市给排水设计。这样的方法,费时费力往往影响道路紧急建设。计算机辅助设计系统可以直接将道路设计人员的资料和设计图传送给给排水设计人员,完成了道路和给排水设计软件的一体化。这样,有利于道路设计和给排水设计人员的快捷交流,有利于确定城市道路建设和市政给排水设计的关系,使两者结合起来设计出相得益彰的道路设计和市政给排水设计。
3 结束语
水资源不仅仅是人们生活中所必需的,同时也是经济发展的重要保障。市政给排水设计是十分重要的,它关系到城市的供水问题,同时也负责城市的污水排放。在进行市政给排水工程设计的时候要结合道路工程进行设计,这样才能更好的完善给排水设计的合理性。
摘要：人们的生产和生活都离不开水,水资源对人们的生存影响非常大。城市建设中,市政给排水是非常重要的组成部分,因为它的建设关系着城市未来的给排水的发展,同时对城市居民的生活用水和工业发展也有很大的影响。城市在进行过程中越来越重视城市环境质量,给排水对城市环境也有一定的影响。市政给排水与人们的生活密切相关,也是城市可以进行更好发展的保证。在进行给排水设计的时候经常存在着一些问题,对出现的问题进行及时的解决,才能更好的保证市政给排水获得更好的发展。
关键词：市政给排水,设计,影响
参考文献
[1]杨元顺,董建平.如何保证市政排水管道工程的施工质量[J].山西建筑,2006(12).
[2]林向明,城市排水管网的规划设计[J].科技咨询导报,2006(8).
合理排水量 篇6
一、城市给水排水工程规划及三个层次的划分
城市给水排水工程规划是对城市给水排水工程系统的统一安排, 从时序上保证给水排水工程建设与城市发展相协调, 促进城市的可持续发展。城市给水排水工程规划不仅仅是一项工程规划, 更是保证城市健康、持续发展的战略性规划。它是城市规划中的一项专业规划, 也是城市整体开发建设目标的一个重要组成部分。城市给水排水工程规划的综合作用是任何一种方法所不能代替的。
城市规划是对资源优化配置的一种主要手段, 给水排水工程规划重点是对水资源进行优化配置和合理利用, 以发挥最优的综合效益。高水平的城市给水排水工程规划是合理利用城市水资源、科学地保护城市水环境、保障城市发展的设计、管理、实施建设的指南, 而无规则或低水平的规划必然会造成对水资源的浪费和对水环境的破坏。
城市给水排水工程规划相应于城市规划, 划分为不同的阶段, 即分为城市给水排水总体规划、城市给水排水分区规划、城市给水排水详细规划等三个层次。三个层次的划分难以截然分开, 只能在各层次中各有侧重, 其关系是相互联系、承上启下、逐渐深化, 上一层次规划指导下一层次规划, 下一层次规划在落实上一层次规划的基础上, 进行深化与量化, 并可根据具体情况对上一层次规划作适当调整。
二、城市给水排水工程传统规划方法的弊端
造成目前我国城市水资源和水环境不断恶化的一个很重要的原因就是城市给水排水工程规划在观念、规划方法论等方面存在问题, 难以有效指导城市给水排水工程的建设, 其弊端主要表现以下几个方面:
1. 欠缺流域规划观念:
单纯追求本城市的水资源保护与可持续发展, 忽略了本城市在流域、区域尺度的水资源体系所处的位置, 造成了区域尺度的水危机, 如当几个城市互为上、下游时, 甲城市下游的污水排放口很可能影响乙城市上游取水口的水质。在这种情况下很难划分水源的卫生防护地带和环境保护区。从而再次说明了如果不从流域规划着手, 仅仅就事论事地编制单个城市的规划是解决不了问题的。
2. 欠缺城市内部给水与排水的综合考虑:
未能够深入研究城市各类用水的水质要求与给水、排水系统的关系, 忽略城市水资源的综合利用, 造成人类对水资源的浪费与破坏, 如中水工程与分级供水的规划意识不强;
3. 欠缺时间尺度变化的考虑:
缺少进行战略性的远景规划和动态的近期建设规划, 只注重规划期的终端状态, 难以适应市场经济和城市不同发展阶段的不可预见性要求, 规划的应变性和延续性差, 不宜操作实施, 如目前开展的南水北调工程势必将在几年内影响很多北方城市的给水排水工程规划, 如原有规划没有考虑到应变性, 势必难以适应新的水资源格局;
4. 欠缺与城市规划的协调:
城市给水排水工程规划作为城市工程的一部分, 在实际操作中往往与城市规划脱节, 造成管道工程与给水排水构筑物等规划的不合理性。如排水管一般是埋设在道路下的自流管, 其管径不但与流量有关, 而且与坡度有关。在城市详细规划确定的道路控制点标高未知的情况下, 很难合理地确定管道坡度。
三、城市给水排水工程的科学规划
1. 以规划中的问题为导向, 促进设计及规划的成熟
目前的城市给水排水工程规划, 由于规划方法和设计方法的限制, 对一些问题不能很好地解决, 比如管网安全性预测、环境影响预测等, 在规划中往往对这类问题一带而过或者过分简单化低调处理。在规划中应以出现的问题为导向, 进行技术攻关, 以促进设计技术及规划方法的成熟。
2. 要及时对规划方法和规划理念进行调整
随着城市规模的增大和区域规划的发展, 城市给水排水工程规划更趋向于巨系统的发展模式。对于这样的开放的复杂巨系统, 由于其特有的开放性和复杂性, 我们必须用宏观观察, 宏观背景变了, 巨系统成员本身也会有其变化, 因此开放的复杂巨系统只能够作出较短时期的预测计算, 过一时期要根据宏观观察, 对方法作新的调整。也就是说任何一套城市给水排水工程规划技术, 不可能一直适用于这种巨系统求解, 随着时间维和空间维的变化, 规划人员和管理人员要及时对规划方法和规划理念进行调整, 以有效地实现规划方案的辅助建设功能。过去我们考虑的城市给水排水工程规划, 由于规划目标没有目前多, 研究的往往是分散的简单对象, 过去的研究方法很可能是不适用目前无限多自由度的城市给水排水工程规划, 目前的规划理念必须进一步发展才能处理复杂系统。
3. 借助数学方法辅助城市给水排水工程规划
借助于各种专业模型, 如各种给排水构筑物费用函数、管网安全性模型、暴雨模拟与预测模型等, 更有利于对方案进行定量化, 提高规划的准确性和精度。同时, 应用数学模型和数学方法, 可以进行多因素和各个条件下的模拟和仿真, 可以对各种规划方案在不同的情景下进行预测。现有的城市给水排水工程规划实质上更多涉及的是定性的规划, 考虑的是合适与不合适, 而对哪种方案更合适考查的很少, 这也是未来的城市给水排水工程规划急需注意之处。
4. 运用系统分析方法对城市给水排水工程规划
系统分析法, 就是针对所研究的问题的整体, 对组成系统的各个要素及其外部条件进行全面的、互相联系的和发展的过程, 它除了要研究和解释各元素的具体问题外, 还着重研究和揭示各个元素之间的联系, 协调各元素之间的关系, 以达到系统总目标最优的目的。系统分析的过程应遵循整体性原理、最优性原理、阶层性原理、动态性原理和环境适应性原理。它的基本方法是分解和综合, 也就是模型化和最优化。对于较为复杂的问题, 应用系统分析方法可以取得多方面的成效。系统分析方法强调对事物进行全面的、互相联系的和发展的研究问题, 因此系统分析的结果在空间上和时间上都力求最优。
城市给水排水工程规划是对城市给水排水工程这个大系统进行规划, 在规划的过程中涉及到对给水排水工程系统的各个子系统进行协调, 以达到整个系统的最优。同时以发展的眼光来看待工程规划, 不要把目光停留在相对静态的城市发展模式, 要及时对规划方法和规划理念进行调整, 不断完善, 以适应城市发展的需要。
摘要：本文对城市给水排水工程规划的内容进行介绍, 提出目前该专项工程规划方法上的局限性。随着城市的发展, 提出了用于改善城市给水排水工程规划的一系列办法, 一定程度上可以改善区域的水资源可持续开发与保护。
关键词：给水排水,工程,规划,方案,实施
参考文献
[1]李树平, 刘遂庆.城市水系统可持续管理理论的研究进展[J].给水排水, 2007年11期.
合理排水量 篇7
本文旨在了解和掌握绿化品种的理论需水规律和绿化用水实际供给量, 为北京市城市绿地的水资源管理提供理论基础, 同时使绿地水资源利用更节约、更经济, 缓解北京市水资源紧张的状态, 实现北京城市绿化与水资源合理配置的共同发展与进步, 达到持续的良性循环, 为城市建设助力。
1 概念界定及研究区概况
1.1 概念与内涵
城市绿地:所谓“绿地”, 《辞海》译为“配合环境创造自然条件, 宜植乔木、灌木和草本植物而形成一定范围的绿化地面或区域”;或指“凡是生长植物的土地, 不论城市、自然植被或人工栽培, 包括农、林、牧、水产用地, 均可称为绿地”[1,2]。城市绿地为居民提供舒适的生活环境, 为生物提供适宜的生态环境, 增强城市景观的自然性、城市与自然的和谐, 是发展建设现代宜居城市的重要标志。本文研究的城市绿地采用《城市绿地分类标准》 (GJJ/T85-2002) 中的定义, 即公园绿地、生产绿地、防护绿地、附属绿地、其他绿地共五大类, 研究范畴包括北京市16个区县所辖市区的城市绿地。
生态需水量:对需水量的定义主要包含两个方面:①指能维持生物自身生存所需水量和生物体赖以生存的环境需水量, 即保存在作物根系层中用于满足作物蒸发蒸腾需要的那部分水量;②包括自然降雨形成的被植物截留、蒸腾、生长和土壤蒸发所利用的降雨量, 即降雨有效利用量。一般来说, 生态需水量是指单位边际面积或单位面积树冠投影的液流量。但王华田[3]认为, 用蒸腾耗水量替代边际液流量作为树木耗水性的指标和维持生物赖以生存的需水量, 更能反映绿化植物耗水的生理生态学意义。由于研究条件所限, 本文所指的生态需水量仅包含能维持生物自身生存所需水量和自然降雨形成的量。
供水量:供水量包括理论供水量和实际供水量两部分。理论供水量是指为绿化植物维持自身生存和生长需要所提供的供水量, 即生态需水量减去有效降雨量的部分;实际供水量是指各种绿化水源工程为绿化提供的包括输水损失在内的毛供水量。实际供水量数据将通过实地调研获取, 与上述理论供水量进行比较, 从而得出北京市城市绿地的节水空间, 进而进行节水潜力分析。理论供水量和实际供水量的调查与估算既是研究北京市城市绿地水资源节水潜力的基础性工作, 探求提高水资源利用效率的有效途径, 也是北京城市绿地水资源合理配置研究的重要内容。
尺度扩展法:尺度扩展法是估算北京城市绿化品种生态需水量的主要方法。在植物需水特性研究中, 通常以单位边际面积、单株 (大树) 或单位叶面积 (苗木) 为空间尺度, 以某一时间段为时间尺度, 而本文需要林分尺度或更大范围、整个季节乃至全年的需水信息。尺度扩展原理是将需水研究的结果进行尺度扩展, 包括空间尺度和时间尺度。本文主要采用空间尺度扩展方法。
1.2 北京城市绿化发展现状分析
截止2012年, 北京市的绿地面积总计约为65539.76hm2, 比2005年增长了59.56%。其中, 公共绿地面积为21178.36hm2、附属绿地为28102.73 hm2、防护绿地面积为15022.03hm2、生产绿地为1236.64hm2。全市共有城市绿化植株11165.25万株, 其中乔木3372.54万株、灌木4663.17万株, 三种类型植株分别占总植株数的30%、42%和28%。全市共有草坪9435.31万m2。北京市城市绿地系统日益完备, 但距离北京市预定绿化目标“城市绿化覆盖率达到50%, 人均公共绿地面积达到15m2”还有一定的距离[4]。
城市绿地面积持续扩大导致城市绿化用水量大的现状已引起社会各界关注, 尤其是政府部门通过立法的形式鼓励使用节水型绿化品种。此外, 国内学者对园林植物的耗水特性展开了大量研究和实验, 推荐使用低耗水、易养护的绿化品种[4]。随着北京市人们的环保意识逐步增强, 公众对绿化用水量大也有了一定的认识。
2 北京城市绿地水资源合理利用分析
对北京市城市绿地水资源合理利用分析应从实际供水量和理论供水量两方面进行比较、评价与分析。实际供水量是通过实地调研中获取的相关数据, 而理论供水量是从绿化植物本身所需水量和有效降雨利用量的角度来研究。
2.1 理论供水量估算模型计算公式
根据相关概念界定, 本文所指的理论供水量即为植被生态需水量与有效降雨利用量之差, 计算公式为:
式中, WG (t) 为2012年北京城市绿化的年理论供水量 (m3) ;Q总为北京市城市绿化的年生态需水量 (亿m3) ;PGi为绿地年有效降雨利用量 (亿m3) 。
生态需水量:目前, 对生态需水量计算方法研究较少, 计算方法多为面积定额法, 以植物耗水量 (植物蒸腾量) 来代替植物需水量。在对北京城市绿化中乔木、灌木、草坪的年生态需水量进行估算时, 需要将单株乔木或灌木 (草种单位面积) 的需水量进行空间尺度扩展。在进行尺度扩展时, 只需将单株 (单位面积) 扩展到北京市该绿化品种的实有植株 (面积) 。本文所研究的绿化品种为北京城市绿化实有乔木、灌木和草坪的生态需水量, 因此北京城市绿化品种年生态需水量的公式为:
式中, Q灌为北京城市绿化灌木的年生态需水量 (m3) ;Q草为北京城市绿化草坪的年生态需水量 (亿m3) 。
乔木生态需水项计算公式为:
式中, Q乔绿为北京城市绿化常绿乔木年生态需水量 (亿m3) ;Q乔落为北京城市绿化落叶乔木年生态需水量 (亿m3) ;Qi为第i种常绿乔木品种单株年生态需水量 (kg) ;i为常绿乔木的品种数目 (种) ;N乔绿为北京城市绿化常绿乔木实有株数 (万株) ;Qj为第j种落叶乔木品种单株年生态需水量 (kg) ;j为落叶乔木的具体品种数目 (个) ;N乔落为北京城市绿化落叶乔木实有植株数 (万株) 。
灌木生态需水项计算公式为:
式中, Q灌绿为北京市城市绿化常绿灌木的年生态需水量 (亿m3) ;Q灌落为北京市城市绿化落叶灌木的年生态需水量 (亿m3) ;Q灌绿为北京市城市绿化常绿灌木的年生态需水量 (亿m3) ;Q单绿为常绿灌木单位叶面积的年均生态需水量 (kg/m2) ;S总绿为常绿灌木实有植株的总叶面积 (m2) ;Q灌落为北京市城市绿化落叶灌木的年生态需水量 (亿m3) ;Q单落为落叶灌木单位叶面积的年均生态需水量 (kg/m2) ;S总落为落叶灌木实有植株总叶面积 (m2) 。
草坪生态需水项公式为:
式中, Qm为第m种草种单位面积年均生态需水量 (kg/m2) ;Sm为第m种草种的实有面积 (m2) 。
绿地有效降雨利用量计算:影响城市绿地有效降雨利用量的主要因素包括降水特性、土壤特性、作物蒸发蒸腾速率和灌溉管理等。城市绿地生态系统的有效降雨利用量是指被植物截留、蒸腾、生长和土壤蒸发所利用的降雨量。本文沿用徐鹤[5]的有效降雨利用量公式计算, 公式为:
式中, μ为植物降雨利用系数, 无量纲;P为降雨量 (mm) ;AG为绿地覆盖面积 (km2) 。
2.2 实际供水量调查原则和方法
本文所需的实际供水量数据是采用典型调查法获取, 具体调查样本点选取遵循的原则为以下几条:参照北京市园林绿化局统计的各类型绿地比例图;按照北京城区道路环状分布的特征;所选样点要覆盖到北京市16个区县;所选样点要涉及各绿地的不同类型。据此, 本文选择了北京市24处公共绿地、2个生产绿地、1处防护绿地以及16个附属绿地, 共43处样点进行调研, 具体见图1。
2.3 参数选择
北京城市绿地水资源合理利用分析依据绿化品种生态需水、绿化品种实有植株数 (面积) 、绿化品种数目、降雨有效利用系数等。绿化品种中的乔木单株年生态需水量和灌木单位叶面积生态需水量参数参考陈自新[6]的研究;灌木实有植株总叶面积参数基于车文瑞[7]研究的基础上计算所得;草种单位叶面积生态需水量参考赵炳祥、张新民、张俊民[8,9]等相关研究结论;绿化品种数目选择参考首都园林绿化政务网及2005年《北京市城市园林绿化普查资料汇编》;北京城市绿化品种实有株数、实有面积数据参考《北京市绿地报告》;降雨量参数参考2012年《北京市水资源公报》[10], 北京市年均降雨量为708mm;绿地覆盖面积参数参考北京市城市绿地报告, 北京市绿地覆盖面积为616.5km2;降雨有效利用系数的确定公式为:Pθ=αP。式中, Pθ为有效降雨利用量 (mm) ;P为次降雨量 (mm) ;α为降雨有效利用系数, 它和次降雨量有关。我国目前采用以下经验系数:次降雨小于50mm时, α=1.0;次降雨为50—150mm时, α=0.80—0.75;次降雨大于150mm时, α=0.70, 北京市降雨有效利用系数为0.70。
2.4 结果与讨论
通过计算分析, 2012年北京城市绿地年理论供水量为5.07亿m3。其中, 北京城市绿化品种的年生态需水量为8.09亿m3 (表1) , 城市绿地有效降雨利用量为3.02亿m3。
从表1可见:①从乔木单株生态需水量看, 常绿乔木的单株生态需水量侧柏>油松;落叶乔木的单株生态需水量以刺槐最多, 悬铃木最少。从灌木单位叶面积生态需水量看, 常绿灌木中大叶黄杨>铺地柏>沙地柏>小叶黄杨;落叶灌木以珍珠梅的生态需水量较多, 小檗最少。从草种单位面积年生态需水量上来看, 高羊茅年生态需水量最多, 结缕草最少。②北京城市绿化品种的年生态需水量为8.09亿m3。其中, 北京城市绿化乔木实有植株年生态需水量约为6.81亿m3, 灌木生态需水量约为0.78亿m3, 草坪约为0.51亿m3。此外, 对实际调研数据按照绿地类型进行空间尺度扩展求得到北京城市绿化年实际供水量约为6.86亿m3。
注:单株年生态需水量、单位叶面积生态需水量数据引自《北京城区绿地主要乔灌草年耗水量的估算》;实有株数、实有面积数据引自北京市绿地报告;常态下水的密度为1 kg/m3;结果数值采取四舍五入方法。
从表2可见:①北京市公共绿地、附属绿地、防护绿地、生产绿地类型的年实际供水量分别为0.43亿m3、4.91亿m3、1.46亿m3、0.06亿m3。②公共绿地主要采用人工灌溉、喷灌、微喷灌等先进灌溉方式, 对绿化品种的灌溉不仅呈现多样化, 更具有针对性。如大型综合性公园、动物园和植物园等多采用喷灌、微喷灌, 而街旁绿地多采用人工灌溉和洒水车灌溉。这样既有利于绿化水资源的节约与有效利用, 也促进了节水技术的发展。而附属绿地主要以人工灌溉为主, 喷灌为辅, 灌溉方式上较粗放, 这就导致了单位面积附属绿地的绿化用水量较大, 造成了对水资源的浪费。因此, 影响城市绿化年供水量的因素不仅包括绿化品种本身的生态需水量和绿地面积, 还应考虑灌溉方式的选择。2012年北京市总用水量为36亿m3, 而城市绿化年实际供水量达到了6.86亿m3, 占全市总供水配额的19.01%, 可见北京城市绿地每年需消耗大量的城市水资源。
注:1---人工灌溉 (由工作人员操作水管对植物进行浇灌) ;2---喷灌 (利用喷头等专用设备把水喷洒到空中, 形成水滴落到地喷灌面和植物表面) ;3---喷灌 (通过管道将水送到作物植株附近并用专门的小喷头向作物根部土壤或作物枝叶喷洒细小水滴的一种灌水方法) ;4---漫灌 (通过挖沟渠, 植物在陇沟中排成行或在苗床上生长, 水沿着渠道进入农田, 顺着陇沟或苗床边沿流入) ;5---灌灌 (用专门的管道系统和设备将低压水送到灌溉地段并缓慢地滴到作物根部土壤中的一种灌溉方法) ;6---洒水车灌溉 (由工作人员操作洒水车对植物进行浇灌) 。
综上可知, 北京城市绿化水资源的实际供给量为6.86亿m3, 理论供给量为5.07亿m3, 北京城市绿化水资源实际供给量同理论供给量之间存在的节水空间达到了1.79亿m3。因此, 从北京城市绿化水资源实际供给量较大的现状出发, 如何尽量缩小实际供给与理论供给量之间的差值, 提高绿化用水的利用效率, 减少绿化用水资源的浪费, 成为城市可持续发展的一个重要课题。
3 结论
本文对北京城市绿地实际供水量和理论供水量进行了估算研究和分析, 给出了城市绿化水资源存在1.79亿m3节水潜力空间的结论。研究在以模型计算和实地调研数据的基础上, 对2012年北京城市绿化水资源供水量的合理性进行了分析, 认为应从绿化植物本身生态需水特性的角度出发, 对城市绿地合理供水, 改进绿化灌溉方式, 合理配置水资源。根据北京城市园林绿化发展规划, 未来年份绿地面积仍将呈现增加的趋势, 提高乔、灌木比例。因此, 城市绿地生态需水量将进一步增加, 保证城市绿地合理供水对优化水资源配置显得尤为重要。
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