基于SWMM模型的建筑再生水研究

基于 SWMM模型的建筑再生水研究

姚吴焱 李凯杰 魏王艳 宗钰灵 徐冬英

绍兴文理学院元培学院，浙江 312000

【摘要】再生水回用作为一种缓解水资源紧缺的有效方式，在世界各国有着广泛的应用，但其污水处理和运输在经济成本和社会效益之间存在矛盾。本文把SWMM在雨洪方面的管网设计研究模型加以整理，了解和分析建筑再生水的处理工艺、管道排布与回用途径，为达到管道排布的合理性与经济性进行可行性研究，以推动建筑再生水回用更好地发展。

【关键词】SWMM；建筑再生水；排水管道

绍兴文理学院元培学院大学生科研基金资助项目；省十三五高校虚拟仿真实验教学项目“建筑识图虚拟仿真实验项目”；绍兴市教改“MEP-VR技术下校企联合人才培养模式研究”；绍兴文理学院元培学院混合式教学改革项目“计算机绘图A”；绍兴文理学院元培学院课程思政示范课程建设项目“建筑设备”；

1.引言

建筑再生水只需简单的处理，便可达到再生水的标准，具有缓解水资源短缺、降低排污量的优点。但自来水价低廉、再生水系统的不成熟，使得再生水并不具备良好的市场，大多数还需依靠政府的扶持，因此需要利用一定的技术和方式解决建筑再生水回用难题，提高建筑再生水的利用率。

2.国内外再生水利用现状

2.1国外再生水利用用现状

再生水作为许多国家与地区的第二水源，新加坡更是将再生水称为“新生水”，处理后能达到饮用水的标准。各个国家再生水的法律政策都遵循着保护环境、安全利用的原则，兴建污水处理厂和下水管道系统，为水循环利用提供良好的技术和经济支持^[1]。日本利用处理后的污水改善河流生态，修护和保护了水资源；以色列通过征收污水处理费和出售再生水，对超额用水进行罚款等，城市污水回收利用率达到80%，成为世界上再生水利用率最高的国家。

2.2国内建筑再生水利用现状

我国的再生水利用起步较晚，最初于1985年在北京启动了中水回用课题^[2]，许多大城市也相继成立了再生水的回用试点，取得了较好的经济环境效益，证明了中水回用在我国的可行性，为我国再生水的建设与发展提供了宝贵经验。《关于推进污水资源化利用的指导意见》提出到2025年，缺水城市的再生水利用率要达到25%以上，京津冀地区达到35%以上。但相较于上述国家，我国的再生水利用水平较低，需要借鉴与吸收国外的先进技术与规划方式。

3.我国再生水利用存在的主要问题

3.1政策法规不够完善

我国现行还没有关于中水回用较为完善的政策，只在某些发达地区有相应的工程建设试用点。虽然大部分试用点都取得了不错的效果，但是大面积的推广仍缺乏共通性。虽然部分城市出台相应的法规条例，但在实际运行过程中，管理和收费问题上缺乏具体的操作，相关部门之间缺乏沟通，使颁布的条例失去效力。

3.2收费机制不合理

由于再生水价格包括污水处理费、运输费、企业利润、税收等，处理工艺较自来水更复杂，工序更繁琐，以及缺乏大规模的处理系统，它的处理和运输成本要远高于自来水^[2]。再者中水水源不够稳定，相应的设备应用系统的作用得不到充分发挥，因此单位水处理及运输成本大幅上涨。

3.3设备体系不够健全

不同地区的经济条件、地理环境都存在差异，部分地区的成功经验并不能生搬硬套，因地制宜地建造再生水设备成为一个很大的难题。因而许多地区并不具有良好的设计及施工经验，运行过程中存在许多问题，如自来水管与再生水管混接，造成接头错误，返工造成更大的经济损失，不成熟的系统也常常出现再生水脏臭、水量不稳定、设备故障等问题^[4]。

3.4消费者的顾虑

再生水的卫生性和安全性一直以来都是人们普遍担忧的问题，由于宣传不到位，大多数民众对再生水的认知不足，认为再生水等同于稍微处理后的污水，加大力度宣传再生水的重要性仍是重中之重。而当前自来水价的偏低也是影响再生水普及用户的重要原因。

4.探讨SWMM技术应用于再生水的可行性

4.1目前SWMM的应用情况

SWMM模型可以进行水文、水力和水质特性的全管道排水过程的模拟与分析，能够全程追踪管道、渠道、处理设施、水泵和调节器系统输送的径流，为排水和输水管道规划分析与设计提供直观的数据及图形参考，在国内许多排水管道的应用中取得了良好的效果^[5]。

肖国军等^[6]通过对某个商业区管网体系进行分析，以改变坡度和管径分配的方式，利用软件的模拟功能显示更改后能大幅提升管网排水能力。谢凌锋等^[7]对福州某校区的排水问题进行分析，通过软件模拟改善方案，能够达到减少雨水积压，提高雨水利用率的效果。王祥等^[8]通过对南京市某区不同暴雨情形下管网管网排水的模拟，发现部分管道排水能力不足的问题，从而对症下药。

4.2运用SWMM在再生水方向的分析

在再生水给排水管道的研究中，SWMM模型可以着重运用水力特性，在其模拟的各个时间段检查不同管段的流量、能力等，来对管网进行设计与排布，从而解决再生水运输过程中存在的问题，提高再生水的利用率，现从下面四个方面来考察SWMM技术在再生水中的应用前景。

4.2.1可行性

目前该软件在再生水方面的应用较少，但再生水的排放与雨水的降落都存在的季节性与时段性，对于模拟雨水排放方面效果良好，通过查看管道路径的剖面图，能够明显的看出灌渠和井点的负荷情况，通过流量与流速的模拟计算，帮助选择合适的管径和放置坡度，足以见得在排水管网方面的显著优势和实操能力。同时具有再生水的水质模拟，能分析该成分的增长、冲刷和迁移。

4.2.2经济性

再生水广泛应用于农业、工业和城市景观，若是能遵循优质水优用、劣质水劣用的原则，能极大程度上缓解工农业的用水矛盾，但再生水投资数额大，易发生后期维修等问题，造成了再生水的普及困难。而采用SWMM进行模拟，利用计算机技术，采用图像与数据结合的模拟方法，查看水质在空间时间变化中的规律，检验管网运行系统的不合理性，根据显示数据与图像的相应变化，做到路程的优化与管径的合理选择，直至管网的合理性与经济性达到一致，最大程度上避免后期维修所带来的经济损失。

4.2.3安全性

为了更好的缓解城市用水紧张问题，提高再生水的利用和其管网的铺设尤为重要。除了对再生水的排给过程的模拟之外，SWMM模型还提供多种数学方法计算再生水在排水系统中降解污染物等水质过程。可以更好的了解和掌握再生水的水质信息，以便于更高效的处理废水，使废水达到再生水的使用标准。

5.结论与展望

本文利用现有的SWMM在雨洪方面的管网设计研究模型来探究其对再生水回用的帮助，认为SWMM技术对再生水的回用有一定的借鉴作用，本文是初步探索SWMM技术与再生水的关系，如何更好的使SWMM技术和再生水回用过程相结合仍然需要进一步的思考和探究。

【参考文献】

[1]范冬庆,吴艳红,崔晨曦.国外再生水利用之启示[J].城市管理与科技,2016,18(06):76-79.

[2]朱天琳,王广智,倪稞,弋凡,赵文莉,李欣. 建筑中水回用现状及发展对策[A]. 《环境工程》编委会、工业建筑杂志社有限公司.《环境工程》2019年全国学术年会论文集（中册）[C].《环境工程》编委会、工业建筑杂志社有限公司:《环境工程》编辑部,2019:5.

[3]许文峰.建筑中水回用及其发展趋势[J].广东化工,2010,37(08):275-276.

[4]范玉燕,汪诚文,喻海军.SWMM模型河道及明满流模拟能力分析研究[J].水资源与水工程学报,2019,30(01):1-6.

[5]肖国军,张瑞峰,杨高伟.基于GIS(地理信息系统)的SWMM模型在城市雨水管网优化改造中的应用研究[J].四川建筑,2018,38(05):237-239.

[6]谢凌锋,杨邦勇.基于SWMM模型的LID设施模拟分析——以福州某校区为例[J].科技创新与应用,2021(06):8-11.

[7]王祥,张行南,张文婷,张涛.基于SWMM的城市雨水管网排水能力分析[J].三峡大学学报(自然科学版),2011,33(01):5-8.

[8]王祥,张行南,张文婷,张涛.基于SWMM的城市雨水管网排水能力分析[J].三峡大学学报(自然科学版),2011,33(01):5-8.