解决城市内涝灾害的最佳办法

西昌杨周

解决城市内涝灾害的最佳办法

西昌航天杨周

这几天的电视新闻中不断出现各大城市发生内涝灾害的消息，连北京市这个北方城市也出现了有史以来最严重的内涝。出现内涝现象的自然原因是因为连续或者高强度的降雨，人为原因则是我国各城市排涝设施普遍存在设计和建造的排涝设施能力严重不足，同时又存在市政管理水平滞后的问题。

要满足城市高标准的排涝需求，需要对目前已建设完成的城市排涝设施进行彻底改造，其工程施工难度大，需要的资金巨大，改造过程中也将对城市的正常生活造成不小的影响，那么有没有一个经济可行的方法用来解决城市内涝灾害？

太阳能发电是目前应用比较成熟的清洁能源供应方式，但由于建设太阳能电站需要大量的土地，而土地的紧缺性及土地成本的高昂，制约了太阳能这一清洁能源的发展，使我国电力资源结构中太阳能的利用比例不高。城市用电在总电力消耗中的比例越来越大，成为我们用电的主要方向之一，而用电城市又往往与电厂距离较远，输配电损耗较大，能否能就近利用太阳能发电技术为城市提供清洁的电力？

我国北方城市水资源相对紧缺，不得不从较远的水源地引水，水利用成本较高，而上天降下的雨水我们却没有很好地加以利用。我国南方城市降雨量大，城市基础设施建设相对落后，存在极大的内涝风险，可否对城市雨水进行有效利用以降低城市内涝风险？

综合以上因素，应用目前各种成熟技术进行组合，我创新性提出了一个在城市上空进行太阳能发电，并同时具有雨水收集利用、城市遮阳、消除城市内涝等多种社会经济效益的方案：

1、制作拥有众多独立气室的钢结构件，每个独立气室都充满氦气，再组成一个面积达几百万平方米的整体。因为氦气的浮力，这个平面可以长期悬停在城市上空400——500米（具体高度由城市最高建筑物的高度确定）处，在其顶部敷盖光伏电池进行太阳能发电，从而成为城市电力能源站。

2、悬浮体的钢结构内部有众多的、各自封闭的等边六角形的气室，每个气室中都充满足了氦气。每个气室安装有一个现场压力表、一个远传电压力表，电远传压力表将各个气室压力情况汇总到一台计算机进行集中管理。当单个或部分气室出现氦气压力损失时，工作人员可以对泄漏的气室进行处理并及时补充氦气。独立气室设计的目地就是为了确保悬浮体始终有足够的浮力以确保安全，即使有一个或多个气室泄漏也不会对整个钢结构的悬浮造成较大的影响。在设计悬浮钢结构大小和比例时，要充分考虑充气钢结构的整体浮力大于悬浮体整体自重约10%以上这个保障性条件。

3、用于充灌氦气的钢结构正俯视为圆形，侧视为纺锤形，整个结构与飞碟外形有些相似，即中间厚，四周薄。采用此外形目地是为了不管风向如何，始终它的受风面积都最小，从而减小风力对悬浮电站的影响。

4、悬浮体依靠固定在地面的钢丝绳进行系留，防止飘移。安装钢丝绳的位置在悬浮体下部靠近边缘的地方，具体位置根据钢结构的力学结构确定。

5、充灌氦气的钢结构悬停在城市上空400——500米处，如同为城市撑了一把大伞，城市将不再受烈日之苦，对城市温度将具有极大的调节作用，将大大减少夏季城市空调的使用频率。由于城市上空有了这样一把大伞，可以大大降低城市建筑的建设费用，如大型体育场馆将不再需要建设费用昂贵的大跨度房顶，大大降低市政建设工程建设项目对遮阳用途建筑的投资，交警、建筑工人、保洁人员、出租车司机等室外作业人员将不再受烈日的曝晒之苦。

6、钢结构件的面积达几百万平方米，在下雨时将会收集到大量的雨水。针对此情况，本方案专门设计了雨水收集装置及小型发电装置。在钢结构顶部靠近边缘的地方设计了集流管，雨水从钢结构件顶部顺流而下时，将会被集流管收集，再汇总到下流管，从而将雨水直接引到地面。下流管位于钢结构件下部中央，直接与地面联结。在下流管上部、底部各安装一个水力发电机组，即在下流管上部安装一台小型发电机组，地面的出水口装置一台功率更大的发电机组，利用雨水从400——500米高度垂直接落下的动能进行发电。

7、在没有降雨的情况下，由于整个下流管的高度达400——500米，上下之间存在一定的温差，汇流管中将产生极强的上升气流，可以利用此气流来发电，即安装在汇流管顶部和下部的发电机组的叶片会被上升气流推动旋转从而进行发电，只是其转动方向与水力推动时方向相反而已。这样，在有降雨时，发电机组可以利用雨水发电，没有降雨时又可利用上升气流进行发电。

8、雨水带动水力发电机发电后，雨水进入下流管附近的自来水厂进行净化处理，再送往城区各住户作为城市的生活用水使用。多余的水储存在自来水厂旁边的自然湖泊或人工湖中，湖泊的大小以基本可以接纳历史超强降雨的最大水量为标准。在没有降雨时，自来水厂又从中取水，从而可以减少为自来水厂另建取水管道的费用。通过收集雨水为城市使用，大大减少城市水资源的供给量，特别适用于缺水城市。同时，由于我国大部分城市的排水系统不完善，经常会出现因强降雨而产生的内涝，如果将雨水存储在湖泊，则可极大缓解内涝的威胁，使城市不再受暴雨之害、内涝之苦，将大大降低市政工程建设项目的排水要求。

9、考虑到城市白天照明的需要，在充灌氦气的钢结构中设计了采光装置：每个独立气室不是紧密排列的，每个气室与其它气室有六道缝隙，每个缝隙的宽度约为1——2米。缝隙上部用透明玻璃封闭以保证雨点水可以向下流淌和收集，缝隙下部也用透明玻璃封闭，同样充灌氦气做成一个透明气室，太阳光可以从中通过，以满足城市白天照明的需要。

10、在雨水下流管的外部安装至少四部观光电梯，在平台上部开办咖啡厅、餐厅、茶室，用于发展观光旅游。

11、此方案的应用灵活机动，钢结构面积可大可小，并可根据安装地点的不同情况，进行有针对性的设计。如南方地区，降雨量大，其雨水下流管直径就得设计大些，相应发电机组配备也更大，开挖的人工湖或要求的自然湖就得有更大的容积。在北方城市，则雨量小些，对雨水收集设施的要求要低些，但又存在霜、雪、冰的不良影响，为此，本方案又设计了电热除霜、除雪、除冰的设施。即用电作能源对回收的冷水进行加热，再用热水去除霜、雪、冰。在下流管顶部将安装一个电热箱，经过电加热后，热水从钢结构最高处自然溢出，顺流而下消除霜、雪、冰。

12、采用就近发电就近使用的方式，减少了电力传输的损耗，降低输配电的成本，提高了电力利用率。

13、悬空式太阳能电站不仅可以布置在城市上空，也可自由地布置于任一非农业用地及非空中管制区的上空，如工业开发区、港口、大型居民住宅区、从而可以节约大量土地，极大地提高土地利用率。

14、制造安装形式多样，可在地面整体组装、充灌氦气，也可以采用在地面预装，再在空中整体拼装完成。

15、此方案的广泛应用将极大提高我国清洁能源应用比例，优化能源结构，提升城市生活环境水平，消除城市内涝威胁。

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