雨水資源化利用技術及工程案例探討

王 振，胡 瑜，郭 軍

（湖北省武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北 武漢 430015）

1 引言

城市雨水也稱城市雨洪，是指城市區域內由于汛期降雨所產生的雨水徑流或洪水。降雨時，雨水加速向城市的河道匯集，洪峰流量迅速形成，城市的排水設施難堪重負，水澇災害頻發等一系列嚴重的問題［1］。城市雨水利用指的是通過工程和非工程措施，分散實施、就地攔蓄、儲存和利用城鎮雨水，避減洪澇災害，增加城鎮供水量，改善城鎮生態與環境的過程［2］。

隨著我國城市化速度的不斷加快，水資源匱乏及城市內澇的矛盾日益突出，城市規劃與建設過程中如何合理利用雨水資源逐漸成為緩解水資源短缺及排澇的一種重要途徑［3］。因此，必須綜合利用雨水，實現水資源的合理開發、優化配置和高效利用。

2 雨水利用的可行性分析

雨水是一種最根本、最直接、最經濟的水資源，已經得到世界各國的認可，雨水作為一種補充水源越來越受到廣泛的重視［4］。雨水凈化處理工藝簡單，費用低，具有長期效益，并且這些雨水資源的產出不受其他社會和人為因素影響。據調查，雨水收集基本建設投資不到200元／m3，運行費用不足0.1元／m3，而污水深度處理工程投資則達0.14～0.25萬元／m3，運行費用為0.4～0.8元／m3，與污水再利用相比，雨水收集利用更為可行［5］。

雨水滲透能夠適當提高地下水位，補充地下水，對于地下水超采城市來說具有重要的意義。雨水的綜合利用可減少城市街道雨水徑流量，減輕城市排水的壓力。雨水用于工農業用水和生活用水，為城市提供新的供給水源，緩解水資源供需矛盾［6］。

3 雨水處理技術及案例分析

李俊奇等［7］介紹了道路生物滯留帶的設計案例，并對其徑流控制效果進行了評價。道路雨水生態處置措施改變了傳統的道路排水理念，在保證道路排水安全的同時，實現了雨水的滲透利用和徑流污染控制，降低了下游水體污染的風險，在一定程度上改善了城市水環境。合理應用道路雨水生態處置技術可有效削減徑流體積和峰流量，控制徑流污染，具有較好的環境效益和經濟效益，在我國具有廣闊的應用前景。王耀堂等［8］結合工程實際應用狀況，分析了滲透排放一體生態雨水系統的技術措施和設計方法，重點分析了對地面徑流的影響。綜合雨水利用設施可大幅度減少雨水的排出量，對城市排水系統的規劃、設計產生顯著的影響，在同等設計年限下，可適當減小城市雨水管網管徑。

黃勇強等［9］針對城市雨水徑流的水質特點，提出了初期棄流、水力旋流分離、生態浮床組合工藝，并用于鎮江市雨水處理與回用示范工程。運行結果表明，初期棄流池和旋流分離器對SS的去除起主要作用，最高去除率都在70%以上，而生態浮床主要是去除COD和溶解態的氮、磷，三者除污作用的互補確保了系統對暴雨徑流中SS、COD、NH＋4－N、TN和TP均有較好的去除效果，使出水水質達到了城市綠化用水水質標準。該工程集城市雨水收集、處理及回用于一體，為南方城市住宅小區、學校、公園等建筑場所的雨水資源化利用提供了示范。

程江等［10］利用上海地區2000～2009年的降雨資料，模擬了屋面雨水利用設施的長期運行效率，并分析了影響運行效率的主要因素。研究結果顯示：屋面雨水利用設施具有良好的長期運行效率，在雨水用量為100L／（d·戶）、屋面雨水蓄積量為40L／m2的條件下，系統可保持平均為90%以上的長期運行效率；屋面雨水利用設施可有效調蓄雨水徑流和延遲徑流產生時間，當屋面雨水蓄積量大于50L／m2時，系統可充分調蓄5年一遇的暴雨屋面徑流，極端情況下可削減徑流深約25.1mm；單位面積屋面雨水使用量和單位面積屋面雨水蓄積量是影響系統長期運行效率的兩方面重要因素。因此，合理設計屋面雨水利用設施長期運行效率的重要影響參數（單位面積屋面雨水使用量和單位面積屋面雨水蓄積量），可有效發揮屋面雨水利用設施的調蓄雨水徑流效應。

李俊奇等［11］提出了適合我國北方地區的“高花壇＋ 低綠地＋ 植被淺溝、滲透溝”雨水綜合滲透系統，用圖例說明設計方案，并對其計算方法和技術經濟分析作了探討。許萍等［12］研究了人工土植物系統對北京城區雨水徑流的凈化作用及其規律。人工土植物系統可通過土壤的吸附作用、植物根系的吸收作用、微生物的生化反應以及化學沉淀反應等途徑去除徑流雨水中的磷（圖1）。

圖1 典型城市道路雨水生態技術的應用

熊家晴等［13］根據質量守衡定律對雨水處理自然流人工濕地面積計算的理論基礎進行了分析，提出城市雨水處理利用系統中人工濕地的設計計算方法。田葳［14］針對生態小區水環境的要求，以北京市某小區雨水回用設計為例，結合小區的特點，對小區雨水進行收集后采用人工土壤－植被滲濾－土壤濾池的生態過濾技術，來完成植物根系和土壤中微生物對污染物進行吸收和分解的物理、化學、生物等凈化作用。雨水經處理后作為雜用水及景觀用水，可用于洗車、澆灌及水景補充等，構成一個雨水處理與綠化、景觀相結合的生態系統，體現了生態住宅和可持續發展的思想。另外，設計中還采用鋪設滲透管和透水磚的形式，使雨水經滲透補入地下水，可以起到削減洪峰、減少水土流失、涵養地下水源、改善區域生態環境的作用。

張煒等［15］介紹了一種生態型的雨水滲透設施下凹式綠地，并且綜合綠地服務匯水面面積、土壤滲透系數、設計暴雨重現期、周邊設施的布置情況等多種影響因素，提出了下凹式綠地的設計方法，合理確定了下凹式綠地的設計控制參數 綠地下凹深度及綠地面積。為了簡化設計計算過程，建議用下凹式綠地設計計算圖取代數值計算，并以邯鄲為例介紹下凹式綠地設計計算圖的繪制方法及應用。

羅紅梅等［16］介紹了一種生態型的雨洪控制與利用設施 雨水花園，并詳細介紹了雨水花園的功能、分類、設計計算、植物選擇原則及維護管理措施。一般來說，雨水花園可以構建在黏土、砂土等各種類型的土壤上，主要適用于城市公共建筑、住宅區、商業區以及工業區的建筑、停車場、道路等的周邊，而且還適用于處理和利用別墅區、旅游生態村等分散建筑和新建村鎮的雨洪徑流（圖2）。

圖2 雨水花園的結構示意

4 結語

開展雨水資源化利用可有效增加雨水下滲量，對補給地下水、減輕城市排水壓力及改善小區環境等具有重要的社會、環境和生態效益。還可以從宏觀上改善區域環境，部分解決我國城市建設發展過程中的水資源短缺問題，推動我國經濟的可持續發展［17］。

［1］曾 娜，肖 銳.淺談雨水綜合利用技術［J］.工程建設，2010，42（3）：33～35，38.

［2］祁麗燕.城市雨水資源利用分析［J］.水科學與工程技術，2010（4）：35～36.

［3］張翼飛，吳 云.居住小區雨水資源化利用生態處理技術［J］.科技資訊，2010（28）：124.

［4］王曉暉.居住區雨水收集及利用［J］.綠色科技，2010（7）：35～36.

［5］王麗川.北方城市雨水資源綜合利用初探［J］.水科學與工程技術，2010（3）：90～91.

［6］李 程.淺談我國城市雨水的綜合利用［J］.能源與環境，2010（5）：65～67.

［7］李俊奇，王文亮，邊 靜，等.城市道路雨水生態處置技術及其案例分析［J］.中國給水排水，2010，26（16）：60～64.

［8］王耀堂，孫自亮，張琦智，等.滲透排放一體生態雨水系統的工程應用［J］.中國給水排水，2010，26（16）：58～59，64.

［9］黃勇強，吳 濤，厲晶晶，等.初期棄流／旋流分離／生態浮床工藝處理徑流雨水［J］.中國給水排水，2010，26（11）：1～4.

［10］程 江，丁 敏，潘 煒，等.上海城市屋面雨水利用設施長期運行效率分析［J］.2010，26（16）：43～47.

［11］李俊奇，汪慧貞，車 武.城市小區雨水滲透方案設計［J］.水資源保護，2004（3）：13～14，42.

［12］許 萍，李俊奇，郭 靖，等.北京城區雨水人工土植物系統水質凈化研究［J］.北京建筑工程學院學報，2005，21（4）：45～50.

［13］熊家晴，高延雄，劉 瑞.雨水處理自然流人工濕地面積計算方法［J］.中國科技論文在線，2010，5（7）：505～508.

［14］田 葳.生態小區雨水回用設計［J］.農機化研究，2010（9）：227～230.

［15］張 煒，車 伍，李俊奇，等.圖解法用于雨水滲透下凹式綠地的設計［J］.中國給水排水，2008，24（20）：35～39.

［16］羅紅梅，車 伍，李俊奇，等.雨水花園在雨洪控制與利用中的應用［J］.中國給水排水，2008，24（6）：48～52.

［17］樊 棟，王永強.建筑小區雨水利用設計淺析［J］.給水排水，2010（36）：342～345.