Сбор дождевой воды ( СДВ ) — это сбор и хранение дождевой воды , а не ее стекание. Дождевая вода собирается с поверхности, похожей на крышу, и перенаправляется в резервуар , цистерну , глубокую яму ( колодец , шахту или скважину ), водоносный слой или резервуар с фильтрацией , так что она просачивается вниз и восстанавливает грунтовые воды. Сбор дождевой воды отличается от сбора ливневой воды , поскольку сток обычно собирается с крыш и других поверхностей для хранения и последующего повторного использования. [2] : 10 Его использование включает полив садов, скота , [3] орошение , бытовое использование с надлежащей очисткой и бытовое отопление. Собранная вода также может быть направлена на долгосрочное хранение или пополнение грунтовых вод . [4]
Сбор дождевой воды является одним из самых простых и старейших методов самостоятельного водоснабжения домохозяйств, который использовался в Южной Азии и других странах на протяжении многих тысяч лет. [5] Установки могут быть спроектированы для различных масштабов, включая домохозяйства, кварталы и сообщества, а также могут быть спроектированы для обслуживания таких учреждений, как школы, больницы и другие общественные учреждения. [6]
Сбор дождевой воды с крыш используется для обеспечения питьевой водой, хозяйственно-бытовой водой, водой для скота, водой для мелкого орошения, а также в качестве способа пополнения уровня грунтовых вод.
Кения уже успешно собирает дождевую воду для туалетов, стирки и орошения. С момента принятия в 2016 году Закона о воде Кения отдала приоритет регулированию своей сельскохозяйственной отрасли. [9] Кроме того, некоторые районы Австралии используют собранную дождевую воду для приготовления пищи и питья. [10] Исследования, проведенные Стаутом и др., изучающими осуществимость в Индии, показали, что дождевая вода наиболее выгодно использовать для мелкомасштабного орошения, которое обеспечивает доход от продажи продукции, а перелив используется для пополнения грунтовых вод. [10]
Что касается городского сельского хозяйства , сбор дождевой воды в городских районах снижает воздействие стока и наводнений. Было обнаружено, что сочетание городских «зеленых» крыш с водосборниками дождевой воды снижает температуру зданий более чем на 1,3 градуса по Цельсию. [10] Сбор дождевой воды в сочетании с городским сельским хозяйством был бы жизнеспособным способом помочь достичь Целей устойчивого развития Организации Объединенных Наций для более чистых и устойчивых городов, здоровья и благополучия, а также продовольственной и водной безопасности ( Цель устойчивого развития 6 ). Технология доступна, однако ее необходимо модернизировать, чтобы использовать воду более эффективно, особенно в городских условиях.
Миссии в пять стран Карибского бассейна показали, что сбор и хранение дождевого стока для последующего использования способны значительно снизить риск потери части или всего урожая года из-за нехватки почвы или воды . Кроме того, риски, связанные с наводнениями и эрозией почвы в сезоны обильных осадков, снизятся. Мелкие фермеры, особенно те, которые занимаются сельским хозяйством на склонах холмов, могут извлечь наибольшую выгоду из сбора дождевой воды, поскольку они могут собирать сток и уменьшать последствия эрозии почвы. [11]
Во многих странах, особенно с засушливыми условиями, сбор дождевой воды является дешевым и надежным источником чистой воды. [12] Для улучшения орошения в засушливых условиях строятся гребни почвы, чтобы задерживать и предотвращать стекание дождевой воды по холмам и склонам. Даже в периоды малого количества осадков собирается достаточно воды для роста сельскохозяйственных культур. [13] Воду можно собирать с крыш, можно строить плотины и пруды для удержания большого количества дождевой воды, чтобы даже в дни, когда осадков мало или нет, ее было достаточно для орошения сельскохозяйственных культур.
Аэропорт Франкфурта имеет самую большую систему сбора дождевой воды в Германии. Система помогает экономить около 1 миллиона кубометров воды в год. Стоимость системы в 1993 году составила 1,5 миллиона немецких марок (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 с объемом хранения 100 кубометров. Вода в основном используется для смыва туалетов, полива растений и очистки системы кондиционирования воздуха. [14]
Сбор дождевой воды был принят в Велодроме – Олимпийском парке Лондона – для повышения устойчивости объекта. Было оценено 73%-ное снижение спроса на питьевую воду в парке. Несмотря на это, было признано, что сбор дождевой воды был менее эффективным использованием финансовых ресурсов для повышения устойчивости, чем программа переработки черной воды в парке . [15]
Традиционно управление ливневыми водами с использованием удерживающих бассейнов служило единственной цели. Однако оптимизированный контроль в реальном времени позволяет этой инфраструктуре также служить источником сбора дождевой воды, не ставя под угрозу существующую емкость удержания. [16] Это использовалось в штаб-квартире Агентства по охране окружающей среды для эвакуации накопленной воды перед штормовыми событиями, тем самым уменьшая поток во время влажной погоды и обеспечивая доступность воды для последующего повторного использования. Это имеет преимущество в повышении качества сбрасываемой воды и уменьшении объема воды, сбрасываемой во время объединенных переполнений канализации . [17] [18]
Обычно плотины сооружаются поперек ручьев для улучшения просачивания поверхностных вод в подпочвенные слои. Просачивание воды в водозадерживающей зоне плотин может быть искусственно усилено многократно путем разрыхления подпочвенных слоев и взрывчатых веществ ANFO , используемых при открытой добыче . Таким образом, местные водоносные горизонты могут быстро пополняться за счет использования в сухом сезоне имеющихся поверхностных вод.
Системы сбора дождевой воды могут различаться по сложности: от систем, которые можно установить с минимальными навыками, до автоматизированных систем, требующих сложной настройки и установки. Базовая система сбора дождевой воды — это скорее сантехническая работа, чем техническая работа, поскольку все выходы с террасы здания соединены трубой с подземным резервуаром, в котором хранится вода. В таких системах устанавливаются общие компоненты, такие как предварительные фильтры (см., например, вихревой фильтр ), стоки/желоба, контейнеры для хранения и, в зависимости от того, находится ли система под давлением, также насосы и устройства для обработки, такие как ультрафиолетовые лампы, устройства для хлорирования и оборудование для постфильтрации.
Системы идеально подходят по размеру для удовлетворения потребности в воде в течение всего сухого сезона, поскольку они должны быть достаточно большими, чтобы поддерживать ежедневное потребление воды. В частности, площадь сбора осадков, например 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 используется множество низкотехнологичных методов сбора дождевой воды: системы на крыше, сбор поверхностной воды и перекачка дождевой воды, которая уже впиталась в землю или была собрана в резервуарах, и хранение ее в резервуарах (цистернах).
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. Обширные площади покрываются солнечными фотоэлектрическими панелями каждый год во всех частях мира. Солнечные панели также могут использоваться для сбора большей части дождевой воды, падающей на них, и питьевая вода высокого качества, свободная от бактерий и взвешенных веществ, может быть получена с помощью простых процессов фильтрации и дезинфекции, поскольку дождевая вода имеет очень низкую соленость . [19] [20] [21] Эксплуатация дождевой воды для продуктов с добавленной стоимостью, таких как бутилированная питьевая вода, делает солнечные фотоэлектрические электростанции прибыльными даже в районах с большим количеством осадков/облачностью за счет увеличения дохода от производства питьевой воды с добавленной стоимостью. Недавно экономически эффективный сбор дождевой воды в уже вырытых колодцах оказался весьма эффективным для повышения уровня грунтовых вод в Индии.
Groasis Waterboxx — пример низкомасштабной технологии, в данном случае для содействия посадке деревьев в засушливой местности. Он собирает дождевую воду и росу.
Сбор дождевой воды обеспечивает независимое водоснабжение во время региональных ограничений на воду, а в развитых странах он часто используется в качестве дополнения к основному водоснабжению. Он обеспечивает водой во время засухи, может помочь смягчить затопление низинных районов и снизить спрос на скважины, что может позволить поддерживать уровень грунтовых вод. Сбор дождевой воды увеличивает доступность воды в засушливые сезоны за счет повышения уровня высохших скважин и колодцев. Поверхностное водоснабжение легко доступно для различных целей, тем самым снижая зависимость от подземных вод. Он улучшает качество почвы, разбавляя соленость. Он не вызывает загрязнения и является экологически чистым. Он экономически эффективен и легко доступен. Он также способствует доступности питьевой воды, поскольку дождевая вода в значительной степени свободна от солености и других солей. Применение сбора дождевой воды в городской системе водоснабжения обеспечивает существенную выгоду как для подсистем водоснабжения, так и для подсистем сточных вод за счет снижения потребности в чистой воде в системах распределения воды , меньшего количества образующихся ливневых вод в канализационных системах [22] и сокращения ливневых стоков, загрязняющих пресноводные водоемы.
Большая часть работы была сосредоточена на разработке оценки жизненного цикла и методологий ее расчета для оценки уровня воздействия на окружающую среду и денег, которые можно сэкономить за счет внедрения систем сбора дождевой воды. [21]
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 критически важным источником чистой воды. В развитых странах дождевая вода часто собирается для использования в качестве дополнительного источника воды, а не основного источника, но сбор дождевой воды также может снизить расходы домохозяйства на воду или общий уровень ее потребления. Дождевая вода безопасна для питья, если потребители проводят дополнительную обработку перед употреблением. Кипячение воды помогает убить микробы. Добавление в систему еще одной добавки, такой как дивертор первого смыва , также является распространенной процедурой для предотвращения загрязнения воды. [23]
Когда наступает засуха, можно использовать дождевую воду, собранную в прошлые месяцы. Если дождей мало, но они непредсказуемы, использование системы сбора дождевой воды может иметь решающее значение для сбора дождя, когда он выпадает. Многие страны с засушливыми условиями используют сбор дождевой воды как дешевый и надежный источник чистой воды. Для улучшения орошения в засушливых условиях строятся гребни почвы, чтобы задерживать и не допускать стекания дождевой воды вниз по склонам. Даже в периоды малого количества осадков собирается достаточно воды для роста сельскохозяйственных культур. Воду можно собирать с крыш, а также можно построить резервуары для хранения большого количества дождевой воды.
Кроме того, сбор дождевой воды снижает потребность в воде из скважин, что позволяет поддерживать уровень грунтовых вод на должном уровне, а не истощать его.
Оценка жизненного цикла — это методология, используемая для оценки воздействия системы на окружающую среду от начала до конца ее жизненного цикла. Девкота и др. [24] [25] разработали такую методологию для сбора дождевой воды и обнаружили, что конструкция здания (например, размеры) и функция (например, образовательная, жилая и т. д.) играют решающую роль в экологических показателях системы.
Для рассмотрения функциональных параметров систем сбора дождевой воды была разработана новая метрика — соотношение спроса и предложения (D/S) — определяющая идеальную конструкцию здания (предложение) и функцию (спрос) в отношении экологических показателей сбора дождевой воды для смыва туалетов. С идеей, что подача дождевой воды не только экономит питьевую воду, но и экономит ливневые воды, поступающие в объединенную канализационную сеть (тем самым требуя очистки), экономия выбросов в окружающую среду была выше, если здания были подключены к объединенной канализационной сети по сравнению с отдельной. [25]
Хотя стандартные системы RWH могут обеспечить источник воды для развивающихся регионов, сталкивающихся с бедностью, средняя стоимость установки RWH может быть высокой в зависимости от типа используемой технологии. Правительственная помощь и НПО могут помочь сообществам, сталкивающимся с бедностью, предоставляя материалы и образование, необходимые для разработки и обслуживания установок RWH. [26]
Некоторые исследования показывают, что сбор дождевой воды является широко применимым решением для нехватки воды и других множественных целей благодаря своей экономической эффективности и экологичности. [26] [27] Строительство новых существенных 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 общинах. С другой стороны, установка систем сбора дождевой воды подтверждается рядом исследований, чтобы обеспечить местные общины устойчивым источником воды, сопровождаемым другими различными преимуществами, включая защиту от наводнений и контроль стока воды, даже в бедных регионах. [26] [28] Системы сбора дождевой воды, которые не требуют капитального строительства или периодического обслуживания профессионалом извне общины, более дружественны к окружающей среде и с большей вероятностью принесут пользу местным жителям в течение более длительного периода времени. [26] Таким образом, системы сбора дождевой воды, которые могут быть установлены и обслуживаться местными жителями, имеют больше шансов быть принятыми и используемыми большим количеством людей.
Использование технологий in-situ может снизить инвестиционные затраты на сбор дождевой воды. Технологии in-situ для сбора дождевой воды могут быть приемлемым вариантом для сельских районов, поскольку для их строительства требуется меньше материала. Они могут обеспечить надежный источник воды, который может быть использован для расширения сельскохозяйственного производства. Надземные резервуары могут собирать воду для бытового использования ; однако такие устройства могут быть недоступны для людей, живущих в нищете. [29]
Сбор дождевой воды является широко используемым методом хранения дождевой воды в странах, характеризующихся засухой. Несколько исследований вывели и разработали различные критерии и методы для выбора подходящих мест для сбора дождевой воды. Некоторые исследования выявили и выбрали подходящие места для потенциального возведения плотин, а также вывели конструктор моделей в ArcMap 10.4.1. Модель объединила несколько параметров, таких как уклон, потенциал стока, земельный покров/использование, порядок ручья, качество почвы и гидрология, чтобы определить пригодность места для сбора дождевой воды. [30]
Собранная вода из систем RWH может быть минимальной во время осадков ниже среднего в засушливых городских регионах, таких как Ближний Восток . RWH полезна для развивающихся территорий, поскольку она собирает воду для орошения и бытовых целей. Однако собранная вода должна быть соответствующим образом отфильтрована, чтобы обеспечить безопасное питье. [31]
Дождевую воду, возможно, необходимо будет должным образом проанализировать и использовать в соответствии с ее безопасностью. Например, в провинции Ганьсу солнечная дезинфекция воды используется путем кипячения собранной дождевой воды в параболических солнечных печах перед ее использованием для питья. [32] Эти так называемые методы « соответствующей технологии » предоставляют недорогие варианты дезинфекции для обработки сохраненной 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, [33] процесс сбора и хранения часто оставляет воду загрязненной и непригодной для питья. Дождевая вода, собранная с крыш, может содержать человеческие, животные и птичьи фекалии , мхи и лишайники , переносимую ветром пыль, частицы городского загрязнения, пестициды и неорганические ионы из моря ( Ca , Mg , Na , K , Cl , SO4 ) и растворенные газы ( CO2 , NOx , SOx ). Высокие уровни пестицидов были обнаружены в дождевой воде в Европе, причем самые высокие концентрации наблюдаются во время первого дождя сразу после засушливого периода; [ 34 ] концентрация этих и других загрязняющих веществ значительно снижается за счет направления первоначального потока сточной воды в отходы. Улучшенное качество воды также может быть получено с помощью плавающего механизма слива (а не из основания резервуара) и путем использования ряда резервуаров, извлекая воду из последнего в серии. Предварительная фильтрация — это распространенная практика, используемая в отрасли для поддержания работоспособности системы и обеспечения отсутствия в воде, поступающей в резервуар, крупных отложений.
Концепция сбора дождевой воды и ее очистки с помощью солнечной энергии для питьевых целей в сельских домохозяйствах была разработана Институтом сельскохозяйственных исследований Нимбкара . [35]
Концептуально система водоснабжения должна соответствовать качеству воды у конечного потребителя. Однако в большинстве развитых стран для всех конечных целей используется высококачественная питьевая вода. Такой подход приводит к пустой трате денег и энергии и оказывает ненужное воздействие на окружающую среду. Подача дождевой воды, прошедшей предварительную фильтрацию, для непитьевых целей, 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, переносящих патогены. В результате необходимо позаботиться о том, чтобы самки комаров не могли добраться до цистерны и отложить яйца. Личинки, питающиеся рыбой, также могут быть добавлены в цистерну, или ее можно обработать химическим путем.
Сбор дождевой воды становится процедурой, которую многие канадцы включают в свою повседневную жизнь, хотя данные не дают точных цифр по внедрению. [36] Дождевая вода может использоваться для ряда целей, включая сокращение ливневых стоков , орошение , стирку и портативные туалеты. [37] Помимо низких затрат, сбор дождевой воды полезен для орошения ландшафтов . Многие канадцы начали внедрять системы сбора дождевой воды для использования в сокращении ливневых стоков, орошении, стирке и сантехнике туалетов. Действует провинциальное и муниципальное законодательство для регулирования прав и использования собранной дождевой воды. Существенная реформа канадского законодательства с середины 2000-х годов увеличила использование этой технологии в сельском хозяйстве, промышленности и жилищном секторе, но во многих провинциях сохраняется двусмысленность в законодательстве. Подзаконные акты и местные муниципальные кодексы часто регулируют сбор дождевой воды.
В Канаде создано множество организаций и компаний, которые предоставляют образование, технологии и установку для сбора дождевой воды. К ним относятся Канадская ассоциация по управлению дождевой водой (CANARM), [38] Канадская ипотечная и жилищная корпорация (CMHC) и CleanFlo Water Technologies. [39] CANARM — это ассоциация, которая уделяет первостепенное внимание образованию, обучению и распространению знаний для тех, кто начинает заниматься сбором дождевой воды. [38]Хотя сбор дождевой воды в городских условиях в последние годы набирает популярность, данные указывают на то, что сбор дождевой воды в сельской Индии осуществлялся с древних времен.
Сбор дождевой воды в Соединенном Королевстве становится все более важной практикой. Сбор дождевой воды в Великобритании является как традиционной, так и возрождающейся технологией сбора воды для бытовых нужд и обычно используется для негигиенических целей, таких как полив садов, смыв туалетов и стирка одежды. [44] В коммерческих помещениях, таких как супермаркеты, она используется для таких вещей, как смыв туалетов, где могут использоваться более крупные системы резервуаров, собирающие от 1000 до 7500 литров воды. Утверждается, что на юго-востоке Англии на человека приходится меньше воды, чем во многих средиземноморских странах. [ необходима цитата ]
Дождевая вода почти всегда собирается строго с крыши, затем тщательно фильтруется с помощью фильтра, прикрепленного к водосточной трубе, фильтра тонкой очистки или для более дорогих систем, таких как самоочищающиеся фильтры, помещенные в подземный резервуар. [45] Дома в Великобритании, использующие ту или иную форму системы сбора дождевой воды, могут сократить потребление водопроводной воды на 50% и более, хотя более распространенной является экономия в 20-30%. [46] В настоящее время (в зависимости от того, где вы живете в Великобритании) доставка водопроводной воды и эквивалентная обработка сточных вод и канализации обходятся примерно в 2 фунта стерлингов за кубический метр. Уменьшение объемов учета водопроводной воды также снижает расходы на канализацию и утилизацию сточных вод в той же пропорции, поскольку выставление счетов водоснабжающей компанией предполагает, что вся вода, поступающая в дом, сбрасывается в канализацию.Строительство и использование цистерн для хранения дождевой воды можно проследить до неолитического века , когда водонепроницаемые известковые цистерны были построены в полах домов в деревнях Леванта , большой области в Юго-Западной Азии, к югу от гор Таурус , ограниченной Средиземным морем на западе, Аравийской пустыней на юге и Месопотамией на востоке. К концу 4000 г. до н.э. [ необходимо разъяснение ] цистерны были важными элементами новых методов управления водными ресурсами, используемых в засушливом земледелии . [58]
В некоторых частях Иерусалима и по всему современному Израилю/Палестине было обнаружено множество древних цистерн . На месте, которое некоторые считают библейским городом Ай (Хирбет-эт-Телль), была обнаружена большая цистерна, датируемая примерно 2500 годом до нашей эры, емкостью около 1700 м 3 (60 000 куб. футов). Она была высечена из цельной скалы, выложена большими камнями и запечатана глиной, чтобы не протекала. [58]
Греческий остров Крит также известен использованием больших цистерн для сбора и хранения дождевой воды в минойский период с 2600 г. до н.э. по 1100 г. до н.э. Четыре больших цистерны были обнаружены в Миртос-Пиргосе , Арханесе и Закроеаке. Было обнаружено, что цистерна, найденная в Миртос-Пиргосе, имела емкость более 80 м 3 (2800 куб. футов) и датируется 1700 г. до н.э. [58]
Около 300 г. до н.э. фермерские общины в Белуджистане (ныне на территории Пакистана, Афганистана и Ирана) и Каче , Индия, использовали сбор дождевой воды для сельского хозяйства и многих других целей. [59] Сбором дождевой воды занимались также короли Чола . [60] Дождевая вода из храма Брихадисварар (расположенного в Балаганапати Нагар, Танджавур , Индия) собиралась в резервуаре Шиваганга. [61] В более поздний период Чола был построен резервуар Виранам (1011–1037 гг. н.э.) в районе Куддалор в Тамил Наду для хранения воды для питья и орошения. Виранам — это резервуар длиной 16 км с емкостью хранения 1 465 000 000 куб. футов (41 500 000 м 3 ).
Сбор дождевой воды также был распространен в Римской империи . [62] Хотя римские акведуки хорошо известны, римские цистерны также широко использовались, и их строительство расширялось с Империей. [58] Например, в Помпеях хранение воды на крыше было обычным явлением до строительства акведука в I веке до нашей эры. [63] Эта история продолжилась в Византийской империи; например, Цистерна Базилика в Стамбуле.
Хотя об этом мало кто знает, Венеция на протяжении столетий зависела от сбора дождевой воды. Вода в лагуне, окружающей Венецию, солоноватая и непригодна для питья. Древние жители Венеции создали систему сбора дождевой воды на основе искусственных изолированных колодцев. [64] 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 импортировать воду на лодках из местных рек. Тем не менее, колодцы продолжали использоваться и были особенно важны во время войны, когда враг мог заблокировать доступ к воде на материке.
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )