工程保护措施优化策略

珊瑚岛地表土质疏松、土层薄，透镜体埋深浅，许多地方1 m以下即可见到地下水。地表上污水极易渗过地表土层及包气带进入透镜体。透镜体一旦受到污染，失去使用功能，治理难度又很大，所以，透镜体保护的首要措施是污染源控制。

珊瑚岛上污染源控制最好采用污水集中处理的工程措施。在岛上修建完善的下水道系统和污水处理站，将各用水户产生的污水收集起来，通过污水管网输送至污水处理站集中处理，达标后排入海洋。禁止设置化粪池、地下土壤渗滤系统处理污水，因为这不适合珊瑚岛。禽畜养殖污水也必须处理达标后才能排放，否则，因为这类污水氮、磷等营养元素及病毒含量均较高，会对透镜体造成严重污染。由于透镜体中淡水的流向是从中央指向边沿，为避免可能的污水渗漏对淡水透镜体的污染，应尽量将污水管网和处理构筑物靠近岛屿边沿布置，并要从工程上采取必要措施，防止时有发生的海浪冲击。

海水入侵污染也是珊瑚岛面临的一个重要问题。海水污染，透镜体淡水咸化，就会损失优质淡水，为了防止和限制海水入侵与污染，应考虑如下的措施：

首先，年抽水量只应是总回补量的一部分，要按可持续开采量抽水。岛屿越窄，回补量越少，透镜体越小，可开采的水量便越少，这要特别注意；要尽可能避免集中抽水，集中抽水易生成倒锥，加速淡水咸化。解决的办法是用渗滤廊道撇取透镜体表层淡水，或用井群每个井小流量抽水；应尽可能靠近岛屿中部取水，避免在靠近海岸的地方取水，靠近海边透镜体薄，海水容易上涌至水井；淡水漂浮在海水之上，必须限制抽水器件突破淡水层，抽水引起的水位降深也应尽可能小；如果岛上存在低渗透的水平地层，则应予以保护，以免海水倒锥进入抽水处之下的含水层；在松散含水层中，局部区域地下水位持续低于海平面会有海水入侵的风险，要尽量避免；岛上凿井，在井管与外围井壁之间，应予以封闭。同样，探测孔、测压管和其他监测器件的情况也应照此处理。在井或探测孔废弃后或在井外套腐蚀或破裂后，应用泥浆、水泥或黏土回填，防止海水向上流动；在潮差较大的地方和高渗透性的地方，泵出水的含盐量会随潮汐而变化，要设计好抽-停时间，并使用一个小型调节水池，当过渡带处于低位、水中含盐量较低时，集中时间抽水，存入调节池备用，这有助于改善水质。

其次，采取节水措施。节约用水，可以减少污水排放量，从而减少对透镜体的污染。节水措施包含多方面内容，例如，公共场合安装节水龙头，家里安装节水卫生器具；提高水的重复利用率，一水多用，中水回用，既节水也开源。节约用水，减少水资源的消耗，提高水资源的综合利用效率，也减少了污水处理负荷，既有显著的环境效益，也有一定的经济效益。

最后，水的联合使用。通常是指一种以上的水资源同时开发应用，包括饮用水与非饮用水的联合使用，常规方法开发的淡水与非常规方法开发的淡水的联合使用。水的应用取决于水质，雨水、透镜体淡水和海水淡化水是优质水，用于饮用；中水、地下咸水用于其他的日常使用（如冲厕）。这已在一些珊瑚岛国应用，我国香港甚至直接用海水冲厕。

在水的联合使用中，特别要强调的是雨水的收集与使用。雨水是珊瑚岛上除透镜体淡水外唯一的天然优质淡水资源，雨水的收集使用可以减少透镜体的供水压力，起到了对透镜体的保护作用。雨水收集有两种方法：屋面收集和地面收集。

（1）屋面雨水收集

屋面收集雨水是小岛上家庭供水的最普通的方法，广泛用于太平洋一些岛国，澳大利亚东南沿海乡村地区也多使用。当地许多房屋配套设置了屋顶集雨设施，雨水成了家庭供水或小社团供水很好的第一水源或重要的补充水源，有的地方称之为“微型水利工程”。

不同地区的屋面集雨设施各有特点，但基本结构和工艺流程相同：

①在屋顶四檐设置集雨沟槽和落水管（大都为镀锌铁皮制品），承接屋顶收集到的雨水。

②在落水管中间设置初雨排除装置，用以自动排除降雨初期从屋顶流下的脏水。

③在房屋附近设置贮水箱或水池，用耐腐蚀的钢等金属材料、陶瓷、混凝土或玻璃钢制成，底部有排污阀门和出水阀门，用以贮存雨水。有时也用废弃锅炉等压力容器贮水。贮水装置有地面和地下两种形式，在马耳他，水贮存在低渗透石灰岩内挖掘的洞穴中，洞壁用防水材料敷衬。在澳大利亚有的岛上，用丁基橡胶衬里的蓄水池来贮存大量雨水。

④在贮水罐出水阀门外设置稳压抽水泵和输水管，当用户打开水龙头时，水泵自行启动抽水，并能随用水量的变化自动调节抽水量的大小，不用水时，水泵自动停止。另外，也可不设水泵，利用地面贮水箱或水池的高差，使水在重力作用下自流到用户，实现简易的无动力供水。

利用屋顶集雨，降雨量为1 mm时，1 m2屋顶大约可收集水0.7 L，以年降雨量1 500 mm计算，一个120 m2屋顶面积的家庭一年可收集雨水126 m3，可满足一个4口之家的生活用水需求，而集雨系统的造价约占房屋建筑总造价的10%～15%。因此，收集使用雨水既实用又经济。另外，屋顶雨水通常是比较洁净的（如无污染），经自然沉淀后，无须处理即可饮用；同时，贮水容器中的水由于不断使用和不断补给，常用常新，一般不会腐败。

不过，屋面雨水收集也存在一些问题，应予以重视。首先是水量问题。雨水收集经常遇到贮水箱容积有限，带来贮水量不足。在太平洋岛国一些小岛上，由于设计、材料、加工等问题而出现水箱渗漏，造成水量损失。镀锌铁制作水箱大陆上非常普遍，但不适合海岛，因为风会带来高腐蚀性的细小含盐飞沫，水箱容易腐蚀，因此，应根据当地雨量和用水需求确定水箱的容积，并使用耐腐蚀材料制作；特别是水质问题，雨水的水质通常相当好，但是污染也确实可能发生，当雨水收集、贮存和输送系统使用劣质材料制作，或当屋顶、集水渠表面、水箱、管道维护不好时，就可能发生物理、化学或生物的污染。例如，屋顶脱落碎片进入水渠、水箱，就会引起物理污染和管网、水泵、过滤器堵塞；从屋顶或贮水容器溶出的化学离子浓度超过允许值或饮用水水质标准时，就会引起化学污染；屋面长草、飞鸟活动，又容易使屋面、水箱和蓄水池受到生物污染。根据一些太平洋岛国雨水收集利用的经验，特别容易产生下述影响水质的问题，应引以为鉴。这些问题包括：使用不合适的材料做屋顶（如木板屋顶或露兜树叶编织物屋顶），就可能给水带来颜色、味道和气味；水池、集水槽加盖不严，在收集的雨水中可能出现各种杂质（如死昆虫、小鸟和一些小动物或落叶），这也是水中颜色、味道和气味的来源；钢制屋顶和水箱锈蚀，或涂料中铅含量较高，会提高水中铁和铅离子的浓度而超标，如果涂料和石灰衬里未干或硬化不够，水的碱性可能很高而带刺激性；屋顶有大量鸟和动物的排泄物，会使水中细菌数增高；蓄水箱维护不及时，会产生蚊虫传播疾病的公共卫生问题；贮水箱敞开或管道封闭不好，就给蚊虫提供了滋生的场地。这些问题可采用如下措施解决：(www.xing528.com)

①用耐腐蚀材料做屋顶、水槽和水箱。合适的屋顶材料包括铝板、镀锌钢板、陶瓷、混凝土、石板和瓦片。避免用露兜树或椰子叶编织物制作屋顶。塑料屋顶也不合适，塑料容易老化降解，表面藻类生长会产生污染。

②合适的水槽材料是铝和镀锌铁，但后者长期使用后容易生锈，要及时更换。如果用PVC管，最好经过紫外线照射处理，否则会变脆开裂而不适合制作水槽。

③屋顶要平整光滑并有足够的坡度，防止形成局部水坑而导致污染。但是，也不能太陡，否则雨水容易溢出。集水槽应有合适的尺寸，以便收集屋面流水，并向贮水罐方向倾斜和与之连接。

④避免屋顶和集水槽内侧喷刷油漆，如果确实需要，涂料不应含铅和有毒有害化学物质，并且等到油漆干后方能收集贮存雨水。

⑤尽可能不让屋顶生长杂草，避免各种碎片堆积和损坏屋面。

⑥设置分流系统，将每次降雨的最先部分雨水（初流水）排除，防止各种渣滓和污物进入贮水箱。雨季明显的地方，特别需要这类系统。用一段摆动集水槽先将初流水排除，再将后面清洁的雨水导入贮水箱。作为一种替代方法，也可以使用可转动的落水管配以合适的弯头或弯管。如果一年中降雨比较均匀，收集的雨水中渣滓很少，那么安装一个滤盒就可以了。

⑦贮水箱应防止渗漏，如果是地下贮水箱，发生渗漏时周围的地下水（可能被污染）会进入贮水箱。

⑧出水管应高于底面，防止沉淀物进入出水管。最好将贮水箱底面向进口管方向倾斜，使进水侧底面低于出水侧底面。

⑨雨水收集系统各组件（屋面、集水槽、贮水箱）要定期清洗，最好是6～12个月清洗一次。为此，设置双贮水箱较为合适。双水箱系统可以是分开的地上地下水箱，或者房屋下的双间水箱（一个大水箱中间隔开）。

图10.2为一种屋面雨水收集系统的布置图。

图10.2　正确的雨水槽系统

（2）地面雨水收集

地面雨水收集是应用不透水地表收集降雨形成的地表径流。不透水面可以是岩石面或是人造的不渗透面，如混凝土面、合成材料表面。机场跑道也可作为雨水收集面。集水面边沿设置集水槽（渠），集水面向集水槽（渠）倾斜，集水槽（渠）按一定坡度通向集水池。降雨时，集水面收集的雨水经集水槽（渠）进入集水池。如果收集的雨水用于餐饮，必须注意防止污染。为此，应将集水区附近的树木清除。设置一沉淀池，防止淤泥和其他渣滓进入后续的集水池，沉淀后的雨水经进一步的处理用做餐饮。

地面雨水收集的一个典型例子是我国西沙的大型地面雨水收集供应系统。该系统由西沙机场跑道、集水渠、沉沙池、集水池、贮水罐和一体化净水装置组成。机场跑道设计成单面坡，降雨时跑道即为地表雨水的硬化集雨场。收集的雨水汇流至跑道一侧的集水渠内，经沉沙池、集水池进入贮水罐。贮存的雨水经一体化净水装置处理，达到饮用水标准后输送至用户。机场跑道有效集雨面积14.4万m2，主、副跑道一侧各设有集水沟渠共计4 800 m。集水沟渠根据28年的降雨资料统计，按暴雨重现期为2年来设计断面，一次降雨最大可收集雨水8 000 m3，地下集水池每个容积为3 000 m3，在机场跑道的两端各设一个，总容积为6 000 m3。雨水贮存设施有4个圆形钢制贮水罐，每个容积为5 000 m3，4个方形钢筋混凝土贮水罐，每个容积为3 500 m3，2个地下贮水池，每个容积为3 000 m3，共计贮水容量为40 000 m3。并设有2座地下水泵房，共安装了4台大流量水泵，将地下集水池中的雨水抽到贮水罐中。水处理设备为3台全自动净水装置，每台处理量为20 m3/h，3台同时最大处理量为60 m3/h。3台净水装置全部采用不锈钢制作，采用电絮凝、紫外线消毒的新工艺，不需要加药，适合岛上的环境和管理水平。