城市雨水收集利用的技術進展及在我國的應用前景

楊 碩，代 政，劉春光

(1.天津經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)南港規(guī)劃建設服務中心 天津 300457；2.南開大學環(huán)境科學與工程學院 天津 300071)

0 引 言

我國人口基數(shù)大，用水量巨大，缺水問題十分突出。因此，為城市開發(fā)新的水資源已成為很多缺水型城市緩解缺水問題的重要出路。遺憾的是，我國絕大多數(shù)城市建設過程中很少考慮到對雨水的收集利用。城市建筑的表面大都采用了不透水的材料，一方面導致雨水不能滲入補充地下水，容易引發(fā)地面下沉、海水入侵等問題；另一方面，雨水的快速匯聚容易導致地面積水和城市內澇。[1-2]雨水得不到收集，既浪費了資源，也增加了市政管網(wǎng)的負擔，甚至導致嚴重的水污染。

為了解決城市缺水和過量雨水帶來的環(huán)境問題，從 20世紀 70年代，世界各國就開始重視開發(fā)利用城市雨水資源。[1,3]美國在20世紀80年代初對所有新開發(fā)區(qū)強制實行“就地滯洪蓄水”，在停車場采用嵌草路面，在道路沿線兩側設置地下蓄水層；[2,4]德國修建了大量雨水池，利用天然地形地貌及人工設施收集、處理、利用雨水，并形成了配套的法律法規(guī)；[2]澳大利亞政府出臺了相關政策，為安裝雨水回收利用裝置的居民提供經(jīng)濟補貼。[5]

我國的雨水利用技術起步較晚，發(fā)展相對滯后。首先在農(nóng)村地區(qū)，開展了陜西省“甘露”工程、寧夏南部“窯窖農(nóng)業(yè)”等工程項目。[4]隨后發(fā)展到城市，在天津、北京、上海等地也采用雨水收集利用系統(tǒng)，將雨水應用于綠化、景觀、市政雜用。[6]同時還頒布了類似《雨水集蓄利用工程技術規(guī)范》(SL 267—2001)的政策法規(guī)。

1 雨水收集利用技術

1.1 雨水收集利用技術概述

1.1.1 雨水的傳統(tǒng)收集

雨水傳統(tǒng)收集分為屋面雨水收集和地面雨水收集。屋面雨水收集的工藝設計由收集池、屋面排水溝和落水管、初期棄流裝置、調節(jié)池、過濾池、回灌池、輸配水及排水管道構成。[7]地面雨水收集系統(tǒng)由收集池、初期棄流裝置、調節(jié)池、過濾池、回灌池、輸配水及排水管道構成。[1]

1.1.2 生態(tài)雨水的收集

傳統(tǒng)雨水收集方法在前期建設和后期維護方面成本高，容易造成污染，影響美觀。人們對雨水的收集設施進行了改進，兼顧其經(jīng)濟、社會、生態(tài)效益。

①景觀湖。住宅區(qū)、公園、校園等區(qū)域都會建造景觀湖和景觀河道，對直接降雨進行容納和儲存，在洪汛期起到排洪、泄洪的作用。同時，景觀湖周圍的植被，可以緩解降水對地表的沖刷，也能通過吸收、吸附及微生物降解等作用，去除雨水中的有害物質，周邊土壤可以增強地表的入滲作用，補充地下水。[8]②植草淺溝。在地表溝渠種植草本植物，一方面溝渠可以對雨水進行疏導，防止城市內澇；另一方面植物可以通過過濾、沉淀、吸收、降解等途徑對雨水的污染物進行初步去除，這在綠化面積大、非透水性材料鋪裝的路面應用廣泛。[9]③下凹式綠地。植被的標高普遍高于路面，導致降水難以通過植被下的土壤下滲。下凹式綠地有助于不透水路面的積水流入綠地，增加雨水的入滲量，同時，雨水經(jīng)過顆粒物沉淀、植物吸附和微生物分解等作用，水質可以得到改善，減少了處理成本。[8]④透水路面和植草磚。在鋪設路面時用半透水和弱透水材料取代不透水材料，可以增大地表對雨水的入滲作用，不僅可以補充地下水源，還能增加生活的舒適度，平衡生態(tài)系統(tǒng)。[8]

1.2 適合雨水回收利用的區(qū)域

1.2.1 住宅小區(qū)

住宅小區(qū)擁有眾多的建筑群，屋頂表面都是采用不透水材料鋪設，降雨時屋頂?shù)姆e水會對建筑本身造成侵蝕；小區(qū)路面雨水匯聚后形成路面積水，給居民的生活造成不便，也會對小區(qū)的排水管網(wǎng)造成負擔。如果將這些雨水收集利用，建造人工湖、人工濕地，或者家用澆花、沖廁，可以極大地節(jié)約水資源。

1.2.2 道路

道路具有硬化表面，有利于雨水的收集，但不利于雨水的儲存、處理和使用。典型的路面雨水收集利用系統(tǒng)主要由集水儲水系統(tǒng)以及傳輸、灌溉系統(tǒng)組成，其中集水儲水系統(tǒng)主要是落水篦子和集水井，傳輸系統(tǒng)則是市政管網(wǎng)，灌溉系統(tǒng)由盲溝網(wǎng)絡構成。路面積水匯流至雨水箅子，過濾后流入地下盲溝網(wǎng)絡，雨水通過盲溝滲流對綠化帶進行灌溉，雨量超過盲溝負載時，多余雨水溢流到雨水管網(wǎng)。[9]

1.2.3 公園、校園、各類園區(qū)

公園、校園及各類園區(qū)主要采取鋪設生態(tài)型透水地面，修建下凹式綠地等手段，充分利用綠地、微地形等現(xiàn)有資源對雨水進行收集利用，使雨水通過入滲的方式補充地下水，既保證景觀，又降低前期工程建設和后期養(yǎng)護費用。

1.2.4 工廠區(qū)

工廠區(qū)作為工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)生區(qū)，污染物較多，在雨水回收利用時需要考慮工業(yè)生產(chǎn)中的污染物對雨水水質的破壞。以液化石油氣廠為例，考慮到液化石油氣在常溫常壓下比空氣重，會向著低洼處運動，生產(chǎn)區(qū)的排水系統(tǒng)采取防止液化石油氣排入其他地下管道或低洼部位的措施。[10]

1.2.5 大型場館

體育館等大型場館擁有巨大的屋面面積，當降雨發(fā)生時會出現(xiàn)大面積的積水，會使建筑主體承受壓力變大，也會造成腐蝕。因此，在大型體育場館的配套設施中都有雨水收集系統(tǒng)，將雨水收集后處理回用。例如，上海旗忠森林國際網(wǎng)球中心的主賽場屋頂為水平旋轉移動式的開合式屋蓋，采用了開合式屋面雨水分步收集和排放的設計方案，將屋面雨水分為兩部分串聯(lián)收集和排放。[11]

1.3 回收雨水的應用

一般情況下，收集的雨水中含有的主要污染物質是懸浮物(SS)和化學需氧量(COD)，水質比較清潔，經(jīng)過初期棄流之后，水質穩(wěn)定，收集到的雨水經(jīng)過沉淀、過濾、化學處理等步驟之后，根據(jù)不同的水質標準，可以回用于很多方面。

1.3.1 生活雜用水、工業(yè)用水

在生活和工業(yè)生產(chǎn)中，有很多地方的用水水質要求并不高。雨水污染并不嚴重，水質比較穩(wěn)定，收集后經(jīng)過簡單處理可以回用為家庭、公共、工業(yè)的非飲用水，比如沖廁、洗滌、庭院澆灌，既節(jié)約了飲用水，又減輕了市政排水系統(tǒng)的負擔。[12]

1.3.2 綠地灌溉

收集的雨水不但可以為植物補充所需要的水分，雨水中還溶解了空氣中氣態(tài)的氮、磷、硫等營養(yǎng)元素以及懸浮顆粒物吸附的金屬元素、有機物等，可以為植物的生長提供必要的給養(yǎng)。雨水不但可以直接就地利用，還可以收集后用于集中灌溉。[12]

1.3.3 補充地表水

如今濱水景觀的開發(fā)越來越熱，水源的補充是一個亟待解決的問題，雨水在空間上分散，水質穩(wěn)定，可以彌補再生水的不足。[12]同時，由于人口增多，水資源的浪費現(xiàn)象十分嚴重，近年來很多河流和湖泊水位下降甚至干涸，將城市中的雨水收集起來，對地表水體進行補充可以極大地緩解我國地表水資源急劇減少的問題。

1.3.4 回灌地下水

地下水的過度開采會造成降水漏斗不斷擴大、含水層疏干、地面下沉、海水入侵、荒漠化和沙化等危害。[13]因此，在豐水期或洪汛期，收集多余的雨水，經(jīng)過凈化處理，對地下水進行合理的回灌，不但可以增加地下水的儲量，還能減少地表徑流，防洪排洪。[12]

2 結語與展望

2.1 存在問題

總結目前國內對雨水收集利用的實踐經(jīng)驗，并與國外已經(jīng)開展的研究進行對比，我國的城市雨水回收利用在系統(tǒng)管理和具體工藝設施上還存在一些問題。[14-15]

2.1.1 系統(tǒng)管理

只有一些基本法規(guī)，尚無相關的政策支持；回收水質沒有專門標準，技術規(guī)范尚未系統(tǒng)化建立；對地域性的水文條件調查不足，沒有完全掌握氣候狀況、地表徑流特征和污染狀況，沒有針對特定地區(qū)的特定方法；城市雨水收集利用設施尚未列入城市規(guī)劃，設施布局不合理，間接造成了浪費。

2.1.2 工藝設施

已有的雨水收集池中沒有水質監(jiān)測設備，無法對收集到的雨水進行實時監(jiān)測；雨水回收利用系統(tǒng)工程建設沒有因地制宜，造成成本增加和資源的浪費；工藝設施投入大，后期維修維護的潛在成本較高；處理雨水時積累的污染物的處理沒有成熟的體系，也間接增加了成本。

2.2 前景分析

隨著人們對水資源的需求越來越大，雨水資源將會成為未來水資源中重要的組成部分，并作為第二水源應用于生活中。雖然目前限于技術的發(fā)展，回收雨水只能應用于水質要求低的場所，[16]但當水處理技術發(fā)展到一定程度，雨水資源甚至可以取代地下水源，從而極大地改善地下水短缺的現(xiàn)狀。在多雨地區(qū)，降水會給城市居民生活造成很大的不便，雨水回收利用技術也是城市雨水管理的一個重要手段。[17]

目前我國水資源短缺，而且水資源的需求量大，雨水的收集利用技術可以極大地緩解市政用水、灌溉用水等對水資源的消耗，還能減少城市內澇、生態(tài)平衡破壞等環(huán)境問題。國內外對雨水回收利用的實踐都證明了雨水資源的巨大價值，并且在生產(chǎn)實踐中逐漸探索出成熟的雨水收集利用體系。在雨水收集利用技術發(fā)展的過程中，國家也不斷出臺相應的政策對雨水收集利用提供支持，制定出法律法規(guī)，使雨水回收利用有章可循、有法可依。■

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