海岛雨洪资源高效利用系统的制作方法

本发明涉及一种海岛雨洪资源高效利用系统。

背景技术

海岛地区普遍存在山低源短、降水集中，而截水条件差、储水库容小的特征，大部分降水未得到利用便以洪水的形式注入海洋。因此，海岛地区水资源普遍贫乏，成为海岛资源开发和经济发展的主要制约因素。

开发利用雨洪资源，主要通过拦水、联水、净水几项开发方式。但是存在以下缺点：

1.对于海岛雨洪资源的资源现状和流失现状缺乏科学评估的手段：海岛地区往往是水文资料缺乏地区，其产汇流一般用传统水文公式经验性估算，比较粗放且适用范围窄。

2.没有解决海岛地形径流短，流失入海快的问题：海岛陆域面积有限、地形地貌大多以平原为主，仅有小部分山地丘陵，许多海岛上的河流短小甚至没有，降雨径流很难存储利用，往往大量流失入海。只有针对海岛地区不同地貌地形特点，有针对性采用雨洪迟滞收集技术，才可能延缓径流形成，增加收集时间。

3.没有从根本上解决海岛地形造成水资源存储库容小的问题：受海岛地形限制，地表水库库容一般不大，即过拦水即通过建造水库、病险水库除险加固等措施所增加的地表库容往往较有限。而海岛降雨洪水存在较大的季节性、时空性差异，降雨多集中于汛期，且遇台风暴雨时雨强雨量较大，地表水库和河道集蓄能力有限，导致雨洪资源大量流失入海，无法从根本上解决问题。

4.海岛雨洪资源利用效率提高缺乏整体性技术系统：现状海岛雨洪资源利用主要局限于单项的技术，获得一定的雨洪资源利用量，缺乏对海岛雨洪资源利用效率提高的整体把控，并依据此目标提出综合考虑雨洪资源收集区域、水质、储存及利用各方面因素的海岛雨洪资源高效利用系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种海岛雨洪资源高效利用系统，方便实现海岛雨洪资源高效利用的高效利用。

本发明的技术方案在于：一种海岛雨洪资源高效利用系统，包括以下步骤：

（1）海岛雨洪资源评估：采用分布式水文模型联调模拟数值模型构建海岛开放式综合水循环模拟系统，进行海岛雨洪资源量评估；

（2）海岛雨洪径流迟滞：根据海岛地貌类别及功能分区将海岛分为城市区雨洪迟滞、乡村区雨洪迟滞和丘陵区小流域雨洪迟滞；

（3）海岛雨洪资源储存：建立地表水库——地下储水空间利用——河海口蓄淡水库三大存储体且互联互通的雨洪资源存储技术体系；

（4）建立基于分质利用的全岛雨洪资源调度利用系统：全岛范围按雨洪资源的来源不同，收集区域和途径、水质的差异，进行分途径迟滞和收集、分区存储，进而分质利用，构建集成的海岛雨洪资源调度利用系统。

进一步地，所述步骤（1）中，构建基于水文水资源分布式模拟系统的海岛产汇流及水资源联调模拟数值模型，包括：划分子流域、构建土地利用数据库、构建土壤数据库、划分水文响应单元、插值气象数据、确定模型参数。

进一步地，以累积距平法、mann-kendall趋势分析检验法进行气温、降水量、蒸散发趋势变化及分析；

通过统计场次降雨计算雨强~频率~历时关系进行暴雨雨强分析预测，通过模糊识别法进行降雨雨型预测；

基于高精度的遥感影像结合野外人工调查构建土地利用数据库，并对土地利用类型进行汇总之后重分类；

以全国土壤普查资料为基础，结合野外人工调查取样构建模型土壤数据库，最终重分类之后确定土壤类型；

在全海岛进行野外人工降雨产流移动式实验，研究不同雨强和不同土地类型下降雨入渗过程，为模型构建以及模型参数调整提供基础；

选定海岛典型小流域设立雨量、径流量观测站，作为分布式水文模型联调模拟数值模型场次洪水参数率定和校准的典型小流域参证站点；

通过海岛中大中型水库的长期水文观测资料对比，进行分布式水文模型联调模拟数值模型计算结果合理性分析。

进一步地，所述步骤（2）中，所述城市区雨洪迟滞包括对原城市道路和广场的不透水地面进行透水铺装改造并增设渗透孔和下渗池、进行城市绿色屋面改造，以及采用下沉式绿地、生物滞留设施及雨水湿地，结合排洪管网连通蓄淡水库。

进一步地，所述乡村区雨洪迟滞包括乡村区绿色屋顶改造和乡村区水井坑塘蓄滞利用，所述乡村区绿色屋顶改造通过改良屋面集水工程，设置落水管－过滤池－贮水池－微型泵－高位水池－输水管网－水龙头的家庭自来水供水系统；通过在乡村区利用水井工程抽取地下水，并用利用坑塘、回灌井蓄滞和回补地下水。

进一步地，所述丘陵区小流域雨洪迟滞包括在丘陵区小流域范围内进行封禁或补植树草；

对丘陵区小流域坡度在15⁰以下的缓坡采用坡改梯以及坡面设置有滞洪拦板；

对丘陵区小流域上游区域存在的坡沟和洼设置滞洪低坝形成存水单元，待径流洪峰过后的逐步释放至下游；

在海岛丘陵区小流域面海侧坡面设置截水坡道和翻水泵站并将雨洪资源转移至内侧坡面或下游有水库山塘的区域。

进一步地，所述步骤（3）中，通过地表水库互联互通方式，建设水库与河道的库库联网、库河联网和河河联水工程；利用海岛地层中的天然含水层、砂矿层，采集和利用地下水，将海岛现状地形有利的地下储水空间充分利用起来；在海岛海湾狭窄处设海堤和水闸，形成对外与海水隔离、对内蓄滞雨洪的库容。

进一步地，所述步骤（4）中，按照水质分类等级和用水供需平衡条件，将良好水源地、小水库和地下水库中水质好的水规划用于生活用水；

将蓄淡水库、乡村区雨洪迟滞存蓄水用于工业用水、农业用水、景观水、生态水；

利用已建立的海岛小型水库作为场次-季节调节水库，三大存储体为季节-年调节中心，建设包括沿环岛路输水管线、取水泵站、加压泵站、供水水厂的河库联通、库库联通、管网联通、库网联通的全岛水资源调度系统。

进一步地，所述透水铺装的结构包括位于最下层的透水底基层，所述透水底基层上自下而上依次设置有透水基层、透水面、透水找平层及铺设在透水找平层上的透水地砖，所述透水面内埋设有pvc排水管；所述不透水地面上间隔挖设有伸入土壤的渗透孔，所述渗透孔内设置有渗透水管，所述不透水地面上位于渗透水管的上端设置有网篦子。

进一步地，所述城市绿色屋面改造中在建筑屋顶上铺设防水层，所述防水层上自下而上设置有保护层、排水层、过滤层及基质层，所述基质层上种植植物，基质层上还设置伸入排水层的排水口，所述排水口下端连接有自上而下穿出建筑屋顶的排水管。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：海岛雨洪高效利用系统通过雨洪资源评估、雨洪径流迟滞、雨洪资源存储及建立基于分质利用的全岛雨洪资源调度利用技术系统，模拟评估在系统所含的滞-存-调-用等雨洪利用相应工程措施实施状况下，海岛雨洪资源利用率的提高过程，直至达到海岛雨洪资源合理滞蓄、优水优用、综合提高海岛雨洪资源利用率，形成良好水资源水生态循环，使海岛水资源可持续开发利用，实现海岛雨洪资源高效利用。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明的透水铺装结构示意图；

图3为本发明的不透水路面增设渗透孔的结构示意图；

图4为本发明的绿色屋顶的结构示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。

参考图1至图4

一种海岛雨洪资源高效利用系统，包括以下步骤：

（1）海岛雨洪资源评估：采用分布式水文模型联调模拟数值模型构建海岛开放式综合水循环模拟系统，进行海岛雨洪资源量评估；

（2）海岛雨洪径流迟滞：根据海岛地貌类别及功能分区将海岛分为城市区雨洪迟滞、乡村区雨洪迟滞和丘陵区小流域雨洪迟滞；

（3）海岛雨洪资源储存：建立地表水库——地下储水空间利用——河海口蓄淡水库三大存储体且互联互通的雨洪资源存储技术体系；

（4）建立基于分质利用的全岛雨洪资源调度利用系统：全岛范围按雨洪资源的来源不同，收集区域和途径、水质的差异，进行分途径迟滞和收集、分区存储，进而分质利用，构建集成的海岛雨洪资源调度利用系统。

本实施例中，所述步骤（1）中，构建基于水文水资源分布式模拟系统的海岛产汇流及水资源联调模拟数值模型，构建海岛开放式综合水循环模拟系统，并且与gis/rs相结合，实现了多源信息处理和数字流域分析功能，快速准确对全岛雨洪资源状况及变化作出评估和预测。包括：划分子流域、构建土地利用数据库、构建土壤数据库、划分水文响应单元、插值气象数据、确定模型参数等步骤。基于分布式水文模型的海岛产汇流及水资源联调模型以平潭岛为例，通过在岛上建立雨量径流试验站，获得岛上基础数据将使模拟结果更加准确。通过安装水质检测设备，实时监控岛内河、库等水质，通过调度模型模拟获得适当的水资源调度方案，以避免水源交叉污染，保护海岛生态，提高海岛整体水资源环境质量。

本实施例中，以累积距平法、mann-kendall趋势分析检验法进行气温、降水量、蒸散发趋势变化及分析；通过统计场次降雨计算雨强~频率~历时关系进行暴雨雨强分析预测，通过模糊识别法进行降雨雨型预测；基于高精度的遥感影像结合野外人工调查构建土地利用数据库，并对土地利用类型进行汇总之后重分类；以全国土壤普查资料为基础，结合野外人工调查取样构建模型土壤数据库，最终重分类之后确定土壤类型；在全海岛进行野外人工降雨产流移动式实验，研究不同雨强和不同土地类型下降雨入渗过程，为模型构建以及模型参数调整提供基础；选定海岛典型小流域设立雨量、径流量观测站，作为分布式水文模型联调模拟数值模型场次洪水参数率定和校准的典型小流域参证站点；通过海岛中大中型水库的长期水文观测资料对比，进行分布式水文模型联调模拟数值模型计算结果合理性分析。

相比较于传统水文计算方法，海海岛产汇流及水资源联调模型的效果优点在于：①经实地调研对岛上的植被及土壤分布情况有更详细的了解，形成土壤分布图；②经人工降雨试验，对不同植被和土壤情况的产汇流情况有深层次的认知和分析；③可清楚得知全岛径流情况分布，以及年内分布情况；④模型建立后可用于长期分析，可任意选定时段、区域验证和校核。

本实施例中所述步骤（2）中，所述城市区雨洪迟滞结合“海绵城市”的建设理念，统筹低影响开发雨水系统（lowimpactdevelopment，lid）、城市雨水管渠系统及超标雨水径流排放系统，增强城市区内雨洪资源的下渗和收集。包括对原城市道路和广场的不透水地面进行透水铺装改造并增设渗透孔和下渗池。进行城市绿色屋面改造，以及采用下沉式绿地、生物滞留设施及雨水湿地，结合排洪管网连通蓄淡水库。以平潭岛为例，改造后雨洪下渗率约70~75%，雨洪截留率平均可达到55.5%，雨量径流系数大约0.15，即雨洪下渗率约85%。

本实施例中，所述乡村区雨洪迟滞包括乡村区绿色屋顶改造和乡村区水井坑塘蓄滞利用，所述乡村区绿色屋顶改造通过改良屋面集水工程，设置落水管－过滤池－贮水池－微型泵－高位水池（氯化消毒）－输水管网－水龙头的家庭自来水供水系统，例如以平潭岛为例，可增加雨洪利用量约130万m³/年。

通过在乡村区利用水井工程抽取地下水，并用利用坑塘、回灌井蓄滞和回补地下水，以平潭岛为案例，雨洪资源利用增量约为1360万m³/年。

本实施例中，所述丘陵区小流域雨洪迟滞，通过下渗实验，分析影响流域内下渗因素，通过改造山地入渗条件辅以利用河道拦蓄技术来增加雨洪入渗。包括丘陵区小流域封禁、补植：通过在丘陵区小流域范围内进行水土流失综合治理，严格执行封禁或补植树草，同时提高土壤养分，防治丘陵区土壤结构退化。以平潭岛为案例，当丘陵区小流域林地完全恢复，土壤结构退化部分区域的雨洪下渗率将由40%～70%提升至90%左右，将产生雨洪径流迟滞效益约400万m³/年。

坡改梯和坡面滞洪拦板：对丘陵区小流域坡度在15⁰以下的缓坡采用坡改梯以及坡面设置有滞洪拦板进行水土流失综合治理，有助于达到明显的雨洪迟滞效果。以平潭岛为案例，当丘陵区小流域林地完全恢复，土壤结构退化部分区域的雨洪下渗率将由40%～70%提升至80%左右。

广域滞洪低坝：对丘陵区小流域上游区域存在的坡沟和洼设置滞洪低坝形成存水单元，待径流洪峰过后的逐步释放至下游，可以有效进行丘陵区雨洪迟滞。以平潭岛为案例，设置广域滞洪低坝可比原有的小水库山塘的滞蓄库容提高约35%左右。

翻水转移滞蓄：在海岛丘陵区小流域面海侧坡面设置截水坡道和翻水泵站并将雨洪资源转移至内侧坡面或下游有水库山塘的区域，可有效提高雨洪径流的迟滞和收集，减少雨洪资源流失。以平潭岛为案例，通过翻水转移滞蓄，全岛可产生雨洪径流迟滞效应约800万m³左右。

本实施例中，所述步骤（3）中，通过地表水库互联互通方式，建设水库与河道的库库联网、库河联网和河河联水工程。以平潭岛为案例，将现状废弃的小型水库山塘充分利用起来，可增加水资源存储库容约600万m³，是现状全岛库容总量的20%。

利用海岛地层中的天然含水层、砂矿层，采集和利用地下水，将海岛现状地形有利的地下储水空间充分利用起来，以平潭岛为案例，可增加水资源存储库容约2700万m³，是现状全岛库容总量的90%。在海岛海湾狭窄处设海堤和水闸，形成对外与海水隔离、对内蓄滞雨洪的库容，以平潭岛为案例，可增加水资源存储库容约2400万m³，是现状全岛库容总量的80%。

本实施例中，所述步骤（4）中，按照水质分类等级和用水供需平衡条件，将良好水源地、小水库和地下水库中水质好的水规划用于生活用水；

将蓄淡水库、乡村区雨洪迟滞存蓄水用于工业用水、农业用水、景观水、生态水；

利用已建立的海岛小型水库作为场次-季节调节水库，三大存储体为季节-年调节中心，建设包括沿环岛路输水管线、取水泵站、加压泵站、供水水厂的河库联通、库库联通、管网联通、库网联通的全岛水资源调度系统增加了全岛水资源调控能力和用水安全。据评估的海岛雨洪资源适度性利用区间结合分布式水文模型信息化水文模拟，修正滞-存-调-用四大利用措施的滞蓄容量、存储空间、调度能力、用水分配，进而达到海岛雨洪资源合理滞蓄、优水优用、高效开发的高效利用目标。以平潭岛为案例，可将现状岛内雨洪资源利用率26%左右的低水平提高至59%左右。

本实施例中，所述透水铺装的结构包括位于最下层的透水底基层1，所述透水底基层上自下而上依次设置有透水基层2、透水面3、透水找平层4及铺设在透水找平层上的透水地砖5，所述透水面内埋设有pvc排水管6，所述透水面的后端为60~80mm，所述透水基层的厚度为100~150mm。

本实施例中，所述不透水地面7上间隔挖设有伸入土壤8的渗透孔9，所述渗透孔内设置有渗透水管10，所述不透水地面上位于渗透水管的上端设置有网篦子11，从而便于雨水渗透入土壤中，提高土壤的蓄水能力。

本实施例中，所述城市绿色屋面改造中在建筑屋顶12上铺设防水层13，所述防水层上自下而上设置有保护层14、排水层15、过滤层16及基质层17，所述基质层上种植植物18，基质层上还设置伸入排水层的排水口19，所述排水口下端连接有自上而下穿出建筑屋顶的排水管20，绿化屋顶的同时，提高屋顶的滞洪能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的海岛雨洪资源高效利用系统并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。