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基于近40年降水数据的全国七大地理区屋面雨水利用可行性研究

张宸 于江华 凌长 盛善强 苏韦

张宸,于江华,凌长,等.基于近40年降水数据的全国七大地理区屋面雨水利用可行性研究[J].环境工程技术学报,2024,14(1):336-344 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230139
引用本文: 张宸,于江华,凌长,等.基于近40年降水数据的全国七大地理区屋面雨水利用可行性研究[J].环境工程技术学报,2024,14(1):336-344 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230139
ZHANG C,YU J H,LING C,et al.Feasibility study on roof rainwater utilization in seven geographical areas of China based on the precipitation data in recent 40 years[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2024,14(1):336-344 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230139
Citation: ZHANG C,YU J H,LING C,et al.Feasibility study on roof rainwater utilization in seven geographical areas of China based on the precipitation data in recent 40 years[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2024,14(1):336-344 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230139

基于近40年降水数据的全国七大地理区屋面雨水利用可行性研究

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230139
基金项目: 国家重点研发计划项目(2018YFD0900805)
详细信息
    作者简介:

    张宸(1993—),男,博士,研究方向为雨水回收与利用技术,zcleon@foxmail.com

    通讯作者:

    于江华(1980—),男,教授,研究方向为水生态工程设计、应用与管理及水环境质量监测与评估,yujh@nuist.edu.cn

  • 中图分类号: X52;TV213.9

Feasibility study on roof rainwater utilization in seven geographical areas of China based on the precipitation data in recent 40 years

  • 摘要:

    雨水利用是解决城市水资源危机和缓解城市内涝的有效途径,降水特征和雨水利用可行性是衡量雨水利用工程可行与否的关键指标。基于全国各监测站点1980—2020年降水量数据,分析了全国七大地理区的降水特征;运用水量平衡原理,建立了日降水量-用水量平衡模型,探究了屋面雨水利用的影响因素,分析了全国七大地理区7座典型城市的雨水利用可行性。结果表明:1)我国年均降水量受地形和气候差异的影响,呈现出由东南向西北逐渐递减的趋势;季节降水量和年均降水量空间分布趋势一致,各季节降水量以夏季最高、春秋季次之;降水集中度分布特征与降水量不同,年均降水量较小的地区降水相对更加集中。2)降水特征、雨水罐设计容积、集雨面积、日用水需求量、节水效率和溢流率对不同地区雨水利用可行性具有显著影响。降水量越大的地区雨水利用可靠性越高,不同地理区7座典型城市雨水利用可靠性顺序为广州>武汉>南京>昆明>哈尔滨>北京>西宁,但各城市的雨水利用可靠性均难以达到100%。3)雨水利用可靠性随雨水罐容积的增大而增大,但当雨水罐容积达到10 m3时,其增加显著减缓;雨水利用可靠性与集雨面积成正比,与日用水需求量成反比;节水效率的曲线趋势变化与可靠性趋势变化基本一致,但是数值上高于可靠性;合理控制溢流率可以提高雨水利用效益,在实际应用中应结合可靠性和溢流率来确定雨水罐最佳尺寸。总体上,华南、华东、西南地区进行雨水利用的可行性较高,东北、华北地区次之,而西北地区的可行性最低。

     

  • 图  1  4种研究场景下各地理区典型城市屋面雨水利用可靠性

    Figure  1.  Roof rainwater utilization reliability for typical cities in seven geographical regions of China under 4 research scenarios

    图  2  场景Ⅲ下全国各地理区典型城市的节水效率

    Figure  2.  Water saving efficiency for typical cities in seven geographical regions of China under scenarios Ⅲ

    图  3  不同集雨面积下全国各地理区典型城市的溢流率

    Figure  3.  Overflow rate for typical cities in seven geographical regions of China under different rainwater harvesting areas

    表  1  我国七大地理区典型城市降水监测站点位置及降水量

    Table  1.   Precipitation and rainfall monitoring stations' location of typical cities in 7 geographical regions of China

    地理区典型城市监测站点位置年均降水量/mm对应年份
    华南广州113.37°E,23.37°N1 906.82020
    西南昆明102.85°E,24.96°N979.32008
    华东南京118.80°E,32.06°N1 090.62014
    华中武汉114.31°E,30.60°N1 315.82010
    华北北京116.35°E,39.60°N448.92015
    东北哈尔滨126.25 °E,45.63°N538.02009
    西北西宁101.77°E,36.60°N398.82001
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    表  2  4种研究场景的具体设置

    Table  2.   Specific Settings of 4 kinds of research scenarios

    场景 集雨面
    积/m2
    居住人
    数/人
    绿化面
    积/m2
    如厕次数/
    〔次/(人·d)〕
    洗衣次数/
    (次/周)
    总需水量/
    〔L/(m3·d)〕
    300 36 0 5 3 1.34
    300 48 0 5 3 1.7
    300 48 100 5 3 2.0
    400 48 100 5 3 2.0
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    表  3  我国七大地理区各典型城市年均降水量

    Table  3.   Average annual rainfall depth for typical cities in seven geographical regions of China mm 

    地理区 省(区、市) 年均降水量
    华东上海市1121.4
    江苏省1060.2
    浙江省1525.1
    安徽省1148.0
    福建省1645.0
    江西省1606.5
    山东省679.7
    华中河南省720.3
    湖北省1095.4
    湖南省1380.1
    华南广东省1787.2
    广西壮族自治区1563.2
    海南省1749.6
    西南重庆市1184.5
    四川省990.3
    贵州省1136.3
    云南省1262.8
    西藏自治区426.4
    东北吉林省609.0
    黑龙江省533.3
    辽宁省674.0
    华北北京市569.0
    天津市528.7
    河北省484.3
    山西省472.0
    内蒙古自治区287.2
    西北陕西省606.4
    甘肃省301.3
    青海省290.4
    宁夏回族自治区270.5
    新疆维吾尔自治区162.7
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    表  4  我国七大地理区各典型城市季节平均降水量

    Table  4.   Average seasonal rainfall depth for typical cities in seven geographical regions of China mm 

    地理区 省(区、市) 春季 夏季 秋季 冬季
    华东 上海市 290.6 441.4 237.5 153.2
    江苏省 192.8 525.2 205.5 138.1
    浙江省 355.6 565.5 376.3 225.8
    安徽省 270.8 549.2 207.8 118.2
    福建省 495.3 717.4 234.1 195.9
    江西省 622.1 576.2 177.1 232.4
    山东省 122.5 429.5 99.0 26.1
    平均值 335.7 543.5 219.6 155.7
    华中 河南省 132.1 363.6 185.4 40.8
    湖北省 339.1 415.0 245.1 97.6
    湖南省 508.1 438.6 229.6 201.7
    平均值 326.4 405.8 220.0 113.4
    华南 广东省 588.9 779.4 293.4 129.9
    广西壮族自治区 383.5 718.9 337.7 122.3
    海南省 324.1 723.9 645.5 57.1
    平均值 432.2 740.8 425.5 103.1
    西南 重庆市 257.3 577.8 284.4 65.4
    四川省 215.3 508.7 226.1 40.7
    贵州省 318.1 493.5 265.2 59.6
    云南省 283.4 598.8 297.4 79.0
    西藏自治区 64.5 279.4 76.8 5.3
    平均值 227.7 491.6 230.0 50.0
    东北 吉林省 124.3 323.1 111.6 50.4
    黑龙江省 106.8 309.0 95.9 18.3
    辽宁省 98.4 438.0 119.3 17.6
    平均值 109.8 356.7 108.9 28.8
    华北 北京市 88.4 362.3 99.1 17.7
    天津市 48.4 381.7 89.5 8.5
    河北省 73.1 318.9 80.3 13.2
    山西省 85.6 268.3 102.6 15.2
    内蒙古自治区 45.0 174.3 64.2 7.3
    平均值 68.1 301.1 87.1 12.4
    西北 陕西省 134.6 285.9 169.5 16.1
    甘肃省 58.4 161.8 73.4 8.6
    青海省 51.9 154.6 78.2 8.1
    宁夏回族自治区 48.8 141.4 69.0 7.1
    新疆维吾尔自治区 42.4 50.6 38.7 29.7
    平均值 67.2 158.8 85.8 13.9
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    表  5  七大地理区各典型城市降水集中度

    Table  5.   Precipitation concentration degree for typical cities in seven geographical regions of China

    地理区 省(区、市) 集中度
    华东 上海市 0.049
    江苏省 0.252
    浙江省 0.145
    安徽省 0.204
    福建省 0.178
    江西省 0.155
    山东省 0.286
    平均值 0.181
    华中 河南省 0.195
    湖北省 0.108
    湖南省 0.169
    平均值 0.157
    华南 广东省 0.156
    广西壮族自治区 0.180
    海南省 0.164
    平均值 0.167
    西南 重庆市 0.172
    四川省 0.154
    贵州省 0.154
    云南省 0.159
    西藏自治区 0.179
    平均值 0.164
    东北 吉林省 0.259
    黑龙江省 0.223
    辽宁省 0.227
    平均值 0.236
    华北 北京市 0.179
    天津市 0.226
    河北省 0.271
    山西省 0.169
    内蒙古自治区 0.226
    平均值 0.214
    西北 陕西省 0.244
    甘肃省 0.232
    青海省 0.197
    宁夏回族自治区 0.222
    新疆维吾尔自治区 0.291
    平均值 0.237
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-02-22
  • 录用日期:  2023-12-06
  • 修回日期:  2023-06-10

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