Сбор дождевой воды ( RWH ) – это сбор и хранение дождевой воды, а не ее стекание. Дождевая вода собирается с поверхности крыши и перенаправляется в резервуар, цистерну, глубокую яму (колодец, шахту или скважину), водоносный горизонт или резервуар с просачиванием, где она просачивается вниз и восстанавливает грунтовые воды. Росу и туман также можно собирать с помощью сетей или других инструментов. Сбор дождевой воды отличается от сбора ливневых вод , поскольку сточные воды обычно собираются с крыш и других поверхностей для хранения и последующего повторного использования. [2] : 10 Его использование включает полив садов, скотоводство , [3] орошение , бытовое использование при надлежащей обработке и отопление помещений. Собранную воду также можно отправить на долгосрочное хранение или пополнить запасы грунтовых вод . [4]
Сбор дождевой воды — один из самых простых и старейших способов самостоятельного обеспечения водой домашних хозяйств, который использовался в Южной Азии и других странах на протяжении многих тысяч лет. [5] Установки могут быть спроектированы для различных масштабов, включая домохозяйства, районы и сообщества, а также могут быть предназначены для обслуживания таких учреждений, как школы, больницы и другие общественные учреждения. [6]
Сбор дождевой воды с крыш используется для обеспечения питьевой водой, бытовой водой, водой для скота, водой для небольшого орошения, а также для пополнения уровня грунтовых вод.
Что касается городского сельского хозяйства , сбор дождевой воды в городских районах снижает воздействие стоков и наводнений. Было обнаружено, что сочетание городских «зеленых» крыш с коллекторами дождевой воды снижает температуру в зданиях более чем на 1,3 градуса Цельсия. [9] Сбор дождевой воды в сочетании с городским сельским хозяйством мог бы стать эффективным способом содействия достижению Целей устойчивого развития Организации Объединенных Наций по обеспечению более чистых и устойчивых городов, здоровья и благополучия, а также продовольственной и водной безопасности ( Цель устойчивого развития 6 ). Технология доступна, однако ее необходимо модернизировать для более эффективного использования воды, особенно в городских условиях.
Кения уже успешно собирает дождевую воду для туалетов, стирки и орошения. С момента принятия Закона о воде в 2016 году Кения уделяла приоритетное внимание регулированию своей сельскохозяйственной отрасли. [10] Кроме того, в некоторых регионах Австралии собранная дождевая вода используется для приготовления пищи и питья. [9] Исследования, проведенные Стаутом и др. при изучении осуществимости в Индии, показали, что RWH наиболее выгодно использовать для мелкомасштабного орошения, которое обеспечивает доход от продажи продукции, а перелив используется для пополнения запасов грунтовых вод. [9]
Миссии в пять стран Карибского бассейна показали, что сбор и хранение дождевых стоков для последующего использования способны значительно снизить риск потери части или всего годового урожая из-за нехватки почвы или воды . Кроме того, снизятся риски, связанные с наводнениями и эрозией почвы в сезоны высоких дождей. Мелкие фермеры, особенно те, которые занимаются сельским хозяйством на склонах холмов, могут получить наибольшую выгоду от сбора дождевой воды, поскольку они способны улавливать стоки и уменьшать последствия эрозии почвы. [11]
Многие страны, особенно страны с засушливой средой, используют сбор дождевой воды как дешевый и надежный источник чистой воды. [12] Для улучшения орошения в засушливых регионах сооружаются гряды почвы, которые улавливают и предотвращают стекание дождевой воды с холмов и склонов. Даже в периоды небольшого количества осадков собирается достаточно воды для роста сельскохозяйственных культур. [13] Воду можно собирать с крыш, можно соорудить дамбы и пруды, чтобы удерживать большое количество дождевой воды, чтобы даже в дни, когда осадков мало или вообще не было, ее было достаточно для орошения посевов.
В аэропорту Франкфурта установлена самая большая система сбора дождевой воды в Германии. Система помогает экономить около 1 миллиона кубических метров воды в год. Стоимость системы в 1993 году составила 1,5 миллиона дм (63 000 долларов США). Эта система собирает воду с крыш нового терминала, площадь которого составляет 26 800 квадратных метров. Вода собирается в подвале аэропорта в шести резервуарах емкостью 100 кубических метров. Вода в основном используется для смыва туалетов, полива растений и очистки системы кондиционирования. [14]
Сбор дождевой воды был внедрен на Велодроме ( Лондонском Олимпийском парке ) с целью повышения устойчивости объекта. По оценкам, потребность парка в питьевой воде снизилась на 73%. Несмотря на это, считалось, что сбор дождевой воды является менее эффективным использованием финансовых ресурсов для повышения устойчивости, чем программа переработки черной воды в парке . [15]
Традиционно управление ливневыми водами с использованием накопительных бассейнов служило единственной цели. Однако оптимизированный контроль в режиме реального времени позволяет этой инфраструктуре использоваться в качестве источника сбора дождевой воды без ущерба для существующих мощностей задержания. [16] Это использовалось в штаб-квартире Агентства по охране окружающей среды для эвакуации накопленной воды перед ураганами, тем самым уменьшая поток в сырую погоду и обеспечивая при этом доступность воды для последующего повторного использования. Преимущество этого заключается в повышении качества сбрасываемой воды и уменьшении объема воды, сбрасываемой во время комбинированных переливов канализации . [17] [18]
Обычно поперек ручьев сооружаются контрольные дамбы для улучшения просачивания поверхностных вод в недра . Просачивание воды в водоподпорной зоне защитных дамб можно многократно усилить искусственно за счет разрыхления недр и применения взрывчатых веществ АНФО , применяемых при открытых горных работах . Таким образом, местные водоносные горизонты могут быть быстро пополнены, полностью используя доступную поверхностную воду для использования в засушливый сезон.
Системы сбора дождевой воды могут различаться по сложности: от систем, которые можно установить с минимальными навыками, до автоматизированных систем, требующих расширенной настройки и установки. Базовая система сбора дождевой воды — это скорее сантехническая, чем техническая работа, поскольку все выпуски с террасы здания соединены трубой с подземным резервуаром, в котором хранится вода. В таких системах устанавливаются общие компоненты, такие как фильтры предварительной очистки (см., например, вихревой фильтр ), стоки/желоба, контейнеры для хранения и, в зависимости от того, находится ли система под давлением, также насосы и устройства очистки, такие как ультрафиолетовые лампы, устройства хлорирования и постфильтрационное оборудование.
Системы идеально подходят по размеру для удовлетворения потребности в воде в течение всего засушливого сезона, поскольку они должны быть достаточно большими, чтобы поддерживать ежедневное потребление воды. В частности, зона улавливания осадков, такая как крыша здания, должна быть достаточно большой, чтобы поддерживать достаточный поток воды. Размер резервуара для хранения воды должен быть достаточно большим, чтобы вместить собранную воду. Для низкотехнологичных систем применяется множество низкотехнологичных методов улавливания дождевой воды: крышные системы, улавливание поверхностных вод, откачка дождевой воды, уже впитавшейся в землю или уловленной в резервуарах, и хранение ее в резервуарах (цистернах).
Сбор дождевой воды возможен за счет выращивания затопленных пресной водой лесов без потери дохода от использованной затопленной земли. [19] Основной целью сбора дождевой воды является использование имеющейся на месте дождевой воды для удовлетворения потребностей в воде в течение всего года без необходимости огромных капитальных затрат. Это облегчит доступность незагрязненной воды для бытовых, промышленных и ирригационных нужд.
Водные ресурсы хорошего качества, расположенные ближе к населенным пунктам, становятся дефицитными и дорогими для потребителей. Помимо солнечной и ветровой энергии, дождевая вода является основным возобновляемым ресурсом любой земли. Ежегодно во всех частях мира огромные территории покрываются солнечными фотоэлектрическими панелями . Солнечные панели также можно использовать для сбора большей части падающей на них дождевой воды, а воду питьевого качества, свободную от бактерий и взвешенных веществ, можно получать с помощью простых процессов фильтрации и дезинфекции , поскольку дождевая вода имеет очень низкую соленость . [20] [21] [22] Использование дождевой воды для производства продуктов с добавленной стоимостью, таких как питьевая вода в бутылках, делает солнечные фотоэлектрические электростанции прибыльными даже в районах с большим количеством осадков и облачностью за счет увеличения доходов от производства питьевой воды с добавленной стоимостью. Недавно экономически эффективный сбор дождевой воды в уже вырытых колодцах оказался весьма эффективным средством повышения уровня грунтовых вод в Индии.
Вместо использования крыши в качестве водосборника RainSaucer, который выглядит как перевернутый зонтик, собирает дождь прямо с неба. Это снижает вероятность загрязнения и делает RainSaucer потенциальным применением для питьевой воды в развивающихся странах. [23] Другие применения этого отдельно стоящего подхода к сбору дождевой воды — это устойчивое садоводство и небольшое сельское хозяйство. [24]
Голландское изобретение под названием Groasis Waterboxx также полезно для выращивания деревьев с помощью собранной и хранимой росы и дождевой воды.
Сбор дождевой воды обеспечивает независимое водоснабжение во время региональных ограничений на воду, а в развитых странах он часто используется в дополнение к основному водоснабжению. Он обеспечивает воду во время засухи, может помочь смягчить последствия затопления низменных территорий и снижает потребность в колодцах, что может способствовать поддержанию уровня грунтовых вод. Сбор дождевой воды увеличивает доступность воды в засушливые сезоны за счет увеличения уровня высохших колодцев и колодцев. Поверхностные воды легко доступны для различных целей, что снижает зависимость от подземных вод. Улучшает качество почвы за счет разбавления солености. Он не вызывает загрязнения и является экологически чистым. Это экономически эффективно и легко доступно. Это также помогает обеспечить доступность питьевой воды, поскольку дождевая вода практически не содержит соленых веществ и других солей. Применение сбора дождевой воды в городской системе водоснабжения обеспечивает существенную выгоду как для подсистем водоснабжения , так и для сточных вод за счет снижения потребности в чистой воде в системах водоснабжения, меньшего количества ливневых вод в канализационных системах [25] и сокращения ливневых стоков, загрязняющих пресноводные водоемы. .
Большой объем работы был сосредоточен на разработке оценки жизненного цикла и методологии расчета затрат для оценки уровня воздействия на окружающую среду и денег, которые можно сэкономить за счет внедрения систем сбора дождевой воды. [22]
Сбор дождевой воды обеспечивает независимое водоснабжение во время ограничений на воду. В районах, где чистая вода стоит дорого или ее трудно достать, сбор дождевой воды является важнейшим источником чистой воды. В развитых странах дождевую воду часто собирают для использования в качестве дополнительного источника воды, а не основного источника, но сбор дождевой воды также может снизить расходы на воду в домохозяйстве или общий уровень использования. Дождевую воду можно пить, если перед употреблением потребители проходят дополнительную обработку. Кипячение воды помогает убить микробы. Добавление в систему еще одного дополнения, например переключателя первого смыва, также является обычной процедурой, позволяющей избежать загрязнения воды. [26]
В случае засухи можно использовать дождевую воду, собранную в прошлые месяцы. Если дождь скудный, но непредсказуемый, использование системы сбора дождевой воды может иметь решающее значение для улавливания дождя, когда он выпадает. Многие страны с засушливой средой используют сбор дождевой воды как дешевый и надежный источник чистой воды. Чтобы улучшить орошение в засушливых условиях, сооружают гряды почвы, которые улавливают и предотвращают стекание дождевой воды вниз по склонам. Даже в периоды небольшого количества осадков собирается достаточно воды для роста сельскохозяйственных культур. Воду можно собирать с крыш, а можно соорудить резервуары для хранения большого количества дождевой воды.
Кроме того, сбор дождевой воды снижает потребность в воде из колодцев, позволяя поддерживать уровень грунтовых вод, а не истощать их.
Оценка жизненного цикла — это методология, используемая для оценки воздействия системы на окружающую среду от начала ее существования до могилы. Девкота и др. [27] [28] разработали такую методологию сбора дождевой воды и обнаружили, что конструкция здания (например, размеры) и функции (например, образовательное, жилое и т. д.) играют решающую роль в экологических характеристиках здания. система.
Для учета функциональных параметров систем сбора дождевой воды был разработан новый показатель – соотношение спроса и предложения (D/S), – определяющий идеальную конструкцию здания (предложение) и функцию (спрос) с точки зрения экологических показателей сбора дождевой воды для смыв унитаза. Учитывая, что подача дождевой воды не только экономит питьевую воду, но и ливневые воды, попадающие в объединенную канализационную сеть (требующие, таким образом, очистки), экономия выбросов в окружающую среду была выше, если здания были подключены к объединенной канализационной сети, по сравнению с раздельной. . [28]
Хотя стандартные системы СДС могут обеспечить источник воды для развивающихся регионов, сталкивающихся с бедностью, средняя стоимость установки СДС может быть дорогостоящей в зависимости от типа используемой технологии. Государственная помощь и НПО могут помочь общинам, сталкивающимся с бедностью, предоставляя материалы и обучение, необходимые для разработки и обслуживания установок RWH. [29]
Некоторые исследования показывают, что сбор дождевой воды является широко применимым решением проблемы нехватки воды и других разнообразных видов использования благодаря своей экономичности и экологичности. [29] [30] Строительство новых крупных централизованных систем водоснабжения, таких как плотины, может нанести ущерб местным экосистемам, порождает внешние социальные издержки и имеет ограниченное использование, особенно в развивающихся странах или бедных сообществах. С другой стороны, установка систем сбора дождевой воды подтверждена рядом исследований и обеспечивает местным сообществам устойчивый источник воды, что сопровождается другими различными преимуществами, включая защиту от наводнений и контроль стока воды, даже в бедных регионах. [29] [31] Системы сбора дождевой воды, которые не требуют капитального строительства или периодического обслуживания профессионалом извне, более дружелюбны к окружающей среде и с большей вероятностью принесут пользу местному населению в течение более длительного периода времени. [29] Таким образом, системы сбора дождевой воды, которые могут быть установлены и обслуживаться местным населением, имеют больше шансов быть принятыми и использоваться большим количеством людей.
Использование технологий на месте может снизить инвестиционные затраты на сбор дождевой воды. Технологии сбора дождевой воды на месте могут быть целесообразным вариантом для сельских районов , поскольку для их строительства требуется меньше материала. Они могут стать надежным источником воды, который можно использовать для увеличения сельскохозяйственного производства. Наземные резервуары могут собирать воду для бытовых нужд ; однако такие единицы могут быть недоступными для людей, живущих в бедности. [32]
Сбор дождевой воды – широко используемый метод хранения дождевой воды в странах с характеристиками засухи. В ходе нескольких исследований были выведены и разработаны различные критерии и методы выбора подходящих мест для сбора дождевой воды. В ходе некоторых исследований были выявлены и выбраны подходящие площадки для потенциального возведения плотин, а также создан конструктор моделей в ArcMap 10.4.1. Модель объединила несколько параметров, таких как уклон, потенциал стока, земельный покров/использование, порядок ручьев, качество почвы и гидрология, чтобы определить пригодность участка для сбора дождевой воды. [33]
Сбор воды из систем RWH может быть минимальным во время осадков ниже среднего в засушливых городских регионах, таких как Ближний Восток . RWH полезен для освоения территорий, поскольку собирает воду для орошения и бытовых целей. Однако собранная вода должна быть надлежащим образом отфильтрована , чтобы обеспечить ее безопасное питье. [34]
Дождевую воду, возможно, необходимо будет тщательно проанализировать и использовать таким образом, чтобы обеспечить ее безопасность. В провинции Ганьсу , например, солнечная дезинфекция воды используется путем кипячения собранной дождевой воды в параболических солнечных плитах перед ее использованием для питья. [35] Эти так называемые « соответствующие технологии » методы обеспечивают недорогие варианты дезинфекции для обработки хранимой дождевой воды для питья.
Хотя дождевая вода сама по себе является чистым источником воды, часто лучше, чем грунтовые воды или вода из рек или озер, [36] процесс сбора и хранения часто оставляет воду загрязненной и непригодной для питья. Дождевая вода, собираемая с крыш, может содержать фекалии людей, животных и птиц , мхи и лишайники , пыль, переносимую ветром, частицы городского загрязнения, пестициды и неорганические ионы моря ( Ca , Mg , Na , K , Cl , SO4 ) и растворенные газы. ( CO 2 , NO x , SO x ). Высокие уровни пестицидов были обнаружены в дождевой воде в Европе, причем самые высокие концентрации наблюдались во время первого дождя сразу после засухи; [37] концентрации этих и других загрязнений значительно снижаются за счет направления первоначального потока сточных вод в отходы. Улучшения качества воды также можно добиться, используя плавающий механизм водозабора (а не из основания резервуара) и используя несколько резервуаров, выводя воду из последнего в серии. Предварительная фильтрация — это обычная практика, используемая в промышленности для поддержания работоспособности системы и обеспечения того, чтобы вода, поступающая в резервуар, не содержала крупных отложений.
Концепция сбора дождевой воды и ее очистки с помощью солнечной энергии для питьевых нужд сельских домохозяйств была разработана Институтом сельскохозяйственных исследований Нимбкара . [38]
Концептуально система водоснабжения должна соответствовать качеству воды конечному потребителю. Однако в большинстве развитых стран высококачественная питьевая вода используется для всех конечных целей. Такой подход приводит к трате денег и энергии и оказывает ненужное воздействие на окружающую среду. Подача дождевой воды, прошедшей предварительные меры фильтрации, для использования в непитьевых целях, таких как смыв туалетов, орошение и стирка, может быть важной частью стратегии устойчивого управления водными ресурсами.
Цистерны с дождевой водой также могут служить средой обитания для комаров-переносчиков возбудителей. В результате необходимо позаботиться о том, чтобы самки комаров не могли получить доступ к цистерне для откладывания яиц. В цистерну также можно добавить личинок, питающихся рыбой, или обработать ее химическим способом.
Южноафриканская комиссия по исследованию водных ресурсов поддержала исследования по сбору дождевой воды. [39] Исследования в засушливых, полузасушливых и влажных регионах подтвердили, что такие методы, как мульчирование, ямки, гряды и модифицированные участки, эффективны для мелкомасштабного растениеводства. [40] Гидроразрыв пласта регулярно используется для улучшения производительности водных скважин . С 1990 по 1992 год проведен гидроразрыв пласта в 170 скважинах . [41]
Сбор дождевой воды становится процедурой, которую многие канадцы включают в свою повседневную жизнь, хотя данные не дают точных цифр по реализации. [42] Дождевая вода может использоваться для ряда целей, включая сокращение ливневых стоков , орошение , стирку и переносные туалеты. [43] Помимо низких затрат, сбор дождевой воды полезен для орошения ландшафтов . Многие канадцы начали внедрять системы сбора дождевой воды для использования в сокращении ливневых стоков, ирригации, прачечной и сантехнике в туалетах. Действует провинциальное и муниципальное законодательство, регулирующее права и использование уловленной дождевой воды. Существенная реформа канадского законодательства, проведенная с середины 2000-х годов, привела к увеличению использования этой технологии в сельском хозяйстве, промышленности и быту, но во многих провинциях в законодательстве сохраняется неопределенность. Подзаконные акты и местные муниципальные кодексы часто регулируют сбор дождевой воды.
В Канаде появилось множество организаций и компаний, которые предоставляют образование, технологии и установки для сбора дождевой воды. К ним относятся Канадская ассоциация по управлению дождевой водой (CANARM), [44] Канадская ипотечная и жилищная корпорация (CMHC) и CleanFlo Water Technologies. [45] CANARM – это ассоциация, которая уделяет приоритетное внимание образованию, обучению и распространению информации среди тех, кто занимается сбором дождевой воды. [44]Хотя сбор дождевой воды в городских условиях в последние годы набирает обороты, данные указывают на то, что сбор дождевой воды в сельских районах Индии существовал с древних времен.
Сбор дождевой воды в Соединенном Королевстве приобретает все большее значение. Сбор дождевой воды в Великобритании является одновременно традиционным и возрождающимся методом сбора воды для бытовых нужд и обычно используется для негигиенических целей, таких как полив садов, смыв в туалетах и стирка одежды. [50] В коммерческих помещениях, таких как супермаркеты, он используется для смыва туалетов, где можно использовать более крупные системы баков, собирающие от 1000 до 7500 литров воды. Утверждается, что на юго-востоке Англии на человека приходится меньше воды, чем во многих странах Средиземноморья . [ нужна цитата ]
Дождевая вода почти всегда собирается строго с крыши, а затем тщательно фильтруется с помощью фильтра, прикрепленного к водосточной трубе, корзинчатого фильтра тонкой очистки или более дорогих систем, таких как самоочищающиеся фильтры, помещенные в подземный резервуар. [51] Дома в Великобритании, использующие ту или иную систему сбора дождевой воды, могут сократить потребление водопроводной воды на 50% и более, хотя более распространена экономия на 20-30%. [52] В настоящее время (в зависимости от того, где вы живете в Великобритании) доставка водопроводной воды и эквивалентная очистка сточных вод и канализации обходятся примерно в 2 фунта стерлингов за кубический метр. Уменьшение объемов учета водопроводной воды также снижает затраты на канализацию и водоотведение в той же пропорции, поскольку в счетах водопроводной компании предполагается, что вся вода, поступившая в дом, сбрасывается в канализацию.Строительство и использование цистерн для хранения дождевой воды можно отнести к эпохе неолита , когда водостойкие цистерны из известковой штукатурки были построены в полах домов в деревенских районах Леванта , большой территории в Юго-Западной Азии, к югу от гор Тавр . омывается Средиземным морем на западе, Аравийской пустыней на юге и Месопотамией на востоке. К концу 4000 г. до н.э. [ нужны разъяснения ] цистерны были важным элементом новых технологий управления водными ресурсами, используемых в засушливом сельском хозяйстве . [64]
Множество древних цистерн было обнаружено в некоторых частях Иерусалима и на территории современного Израиля/Палестины. На месте, которое некоторые считают местом расположения библейского города Ай (Хирбет эт-Телл), была обнаружена большая цистерна, датируемая примерно 2500 г. до н.э., емкостью почти 1700 м 3 (60 000 куб. футов). Он был высечен из твердой скалы, обложен большими камнями и запечатан глиной, чтобы не протекать. [64]
Греческий остров Крит также известен использованием больших цистерн для сбора и хранения дождевой воды в минойский период с 2600 по 1100 год до нашей эры. Четыре большие цистерны были обнаружены в Миртос-Пиргосе , Арханесе и Закроеаче. Было обнаружено, что цистерна, найденная в Миртос-Пиргосе, имела емкость более 80 м 3 (2800 куб. футов) и датируется 1700 годом до нашей эры. [64]
Около 300 г. до н.э. фермерские общины в Белуджистане (ныне расположенном в Пакистане, Афганистане и Иране) и Катче в Индии использовали сбор дождевой воды для сельского хозяйства и многих других целей. [65] Сбором дождевой воды занимались и короли Чола . [66] Дождевая вода из храма Брихадисварар (расположенного в Балаганапати Нагар, Танджавур , Индия) собиралась в резервуар Шиваганга. [67] В более поздний период Чола резервуар Виранам был построен (1011–1037 гг. Н.э.) в районе Куддалор штата Тамил Наду для хранения воды для питья и орошения. Виранам представляет собой резервуар длиной 16 км и емкостью 1 465 000 000 куб футов (41 500 000 м 3 ).
Сбор дождевой воды был также распространен в Римской империи . [68] Хотя римские акведуки хорошо известны, римские цистерны также широко использовались, и их строительство расширялось вместе с Империей. [64] Например, в Помпеях хранилище воды на крыше было обычным явлением до строительства акведука в I веке до нашей эры. [69] Эта история продолжилась с Византийской империей; например, Цистерна Базилика в Стамбуле.
Хотя это малоизвестно, на протяжении веков город Венеция зависел от сбора дождевой воды. Вода в лагуне, окружающей Венецию, солоновата и непригодна для питья. Древние жители Венеции создали систему сбора дождевой воды, основанную на искусственных изолированных колодцах для сбора воды. [70] Вода просачивалась по специально спроектированному каменному полу и фильтровалась слоем песка, а затем собиралась на дне колодца. Позже, когда Венеция приобрела территории на материке, она начала завозить воду на лодках из местных рек, но колодцы продолжали использоваться и были особенно важны во время войны, когда доступ к материковой воде мог быть заблокирован противником.
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )