路面雨水的資源化利用
——以武漢市為例

范旭鵬

(華中科技大學，湖北武漢 430074)

世界上許多國家都面臨著水資源枯竭的困擾，中國也是水資源貧乏的國家，我國干旱半干旱的面積占國土面積的一半之多，其中干旱地區占30.8 %，半干旱地區占21.7 %[1]，全國有半數以上的大中城市都面臨缺水問題，人均可用水量只有2 300 m3，僅為世界平均水平的1/4[2]，而且我國水資源分布極不均衡，整體呈現南方多、北方少，夏季多、冬季少，豐水期枯水期不規則交替出現，這就使得節約用水、開發新的水源顯得尤為重要。另一方面，隨著我國城鎮化進程的加速，城市人口急劇攀升，建筑密度不斷上升，城市不透水地面面積不斷增加，雨水匯水面積日益增加，致使城市雨水徑流量不斷增大，城市排水系統負荷不斷加大，許多城市面臨嚴重內澇隱患。

雨水作為一種自然資源，如果可以合理的收集處理利用，不僅可以緩解城市排水系統的負荷，而且可以將凈化后的雨水應用于工業、市政等方面，將產生巨大的經濟效益，符合我國可持續發展以及資源節約環境保護的建設要求，也有利于緩解我國水資源短缺的現狀。因此，筆者通過調查和查閱文獻，結合自己的分析，將路面雨水的資源化利用和城市市政用水結合起來，以期改善城市路面雨水的危害，緩解城市排水系統的負荷，以及緩解我國缺水的現狀。

1 現狀調查分析

1.1 國內外雨水利用現狀

我國雨水資源十分豐富，年降雨量大于6×1012m3，是我國重要的可利用淡水資源之一，然而從全國范圍來看，我國的雨水收集技術以及利用率還很低。雖然起步較早的北京已建成許多集雨項目，但是集雨效率很低、效果也不明顯。西北地區集雨做的較好的也只限于極度缺水的農村。

但也應該看到積極的一面，我國雨水資源化利用確實也在穩步前進，雨水收集凈化系統不斷改進完善，國家不斷鼓勵支持，各種雨水資源化利用的規范也相繼建立，例如北京在二十一世紀初期制定的包括雨水利用規劃內容的“21世紀初期首都水資源可持續利用規劃”等[3]。

在國外，目前在雨水利用方面，德國、日本走在世界前列，而且發展迅速，在雨水收集、處理以及應用等方面技術較為全面，例如日本先后在國際館、電視臺建立了“微型水庫”，德國將屋面雨水用于公共汽車洗車水源，建造屋頂花園，法國用屋面雨水做冷卻循環等，這些都是國外的成功案例，我們應該善于借鑒，加快我國在雨水資源化利用方面的發展腳步[4-5]。

1.2 道路排水及市政用水現狀分析

作者就所研究的問題實地調查了解武漢多條道路，通過查閱資料、實地觀察、詢問居民和市政工人等多種方式全方位了解城市道路排水系統設置及市政用水情況，得出武漢市道路排水及市政用水現狀如下。

1.3 道路排水系統單一

城市道路雨水口形式較多，常見可以分為平箅式雨水口(圖1)，立箅式雨水口(圖2)以及聯合式雨水口(圖3)。但是其排水系統工作原理基本相同，在雨水口下設置簡單沉淀池，通過支管和主管道相連接，然后將初步沉淀后的雨水直接排入自然水體。

圖1 平箅式雨水口

圖2 立箅式雨水口

圖3 聯合式雨水口

目前，進入雨水主管道的水基本不經過任何處理就排放到自然水體中，而雨水沖刷路面的污水也順著管道排入自然水體，對自然水體的污染嚴重，且不利于雨水的資源化利用。

1.4 雨水口堵塞嚴重

調查走訪過程中，作者觀察到有些雨水口內部有各種生活垃圾，有些雨水口完全被泥土堵塞(圖4、圖5)，據環衛工人反映，秋季樹葉掉落多的時候情況更嚴重。這就造成在雨季來臨的時候，排水口甚至是排水管道堵塞，雨水不能及時疏通，這也是造成城市內澇的重要原因之一。

表1 武漢市洪山區五條主干道排水口現狀

圖4 雄莊路部分排水口

圖5 楚雄大道部分排水口

1.5 缺乏應用新技術新方法的意識

所調查的道路的排水系統都采用傳統的方法設置，單純注重雨水的疏通、排泄，對雨水的就地凈化、利用考慮不足。隨著城市化水平不斷提高，城市不透水地面面積持續增加，單純依靠各種形式的雨水口排泄雨水成本較高，而且在豐水期，雨水口有限的的排泄能力不能滿足城市雨水的排泄，造成不必要的城市內澇，影響居民人身財產安全。

1.6 市政用水現狀

隨著人們生活水平不斷提高，人們對環境的要求也越來越高，這也加大了城市市政建設的壓力。目前我國市政用水多是自來水，也有些地方是利用自然水體。若采用自來水，用水量較大，費用較高，若采用自然水體，水質不能保證，水體有異味，對空氣造成不必要的破壞，而且都需要消耗大量人力物力。

2 路面雨水應用于市政用水的優勢

道路排水之所以出現上述現象，根源在于城市化水平不斷提高，城市不透水地面面積不斷增加，然而城市排水系統的設置和理念并沒有跟上步伐，未能做出相應的改變。結合市政用水的特點考慮，將路面雨水引入市政用水是解決這一問題的有效方法之一。

2.1 雨水的特點及優點

我國地處北溫帶，年降雨量充沛，以秦嶺淮河為分界線，此線以東、以南地區年均降水量大于800 mm，東南沿海城市年降水量在1 600 mm以上。我國擁有如此豐富的雨水資源，但是雨水資源化利用的意識不夠強，方法不夠新，只有在極度缺水的西北內陸地區的農村有簡單的應用，其他大部分地區除自然灌溉之外仍任其流失。雨水作為一種自然資源，如果能夠提高意識、創新方法，不僅能夠緩解我國缺水的問題，推而廣之，甚至可以解決世界上不少缺水國家的難題。

2.2 市政用水對水質的要求

市政用水多用于綠化帶澆灌、路面噴灑、公共場所清理等方面，這些方面的用水要求普遍低于自來水的要求，許多地區將自來水用于市政的做法顯然是不經濟的。雨水作為一種可利用資源，經過處理后就可以達到市政用水的要求，而將處理后的雨水應用于市政，不僅符合我國節約資源的基本國策，而且也降低了市政用水的成本，還可以有效緩解城市排水系統的負荷。

2.3 路面雨水的特點

隨著我國城鎮化建設迅猛發展，我國的公路總里程數以及公路密度也隨之持續增長，據我國交通運輸部統計，截至2015年，我國公路總里程數達到4.577×106km2，公路密度達到47.68 km/100 km2。路面作為一種天然的集雨通道，如果可以充分利用，將產生巨大的經濟效益。另外，雖然路面雨水較屋面雨水污染嚴重，但是經過初期棄流，后期的雨水經過簡單的處理仍可達到市政用水和工業用水的基本要求，不僅可以節約有限的水資源，而且可以節省成本，創造經濟效益。

3 武漢市路面雨水引入市政用水可行性分析

3.1 武漢的地理位置及氣候條件

武漢地處長江中下游平原，江漢平原東部，是國家區域中心城市、湖北省省會。屬亞熱帶季風性濕潤氣候區，雨水充沛、光照充足，夏季多高溫，冬季稍涼，降水主要集中在夏季。一年中，1月平均氣溫最低，為3.0 ℃，7月平均氣溫最高，為29.3 ℃，年均降水量為1 247.1 mm，最大年降雨量為2 105.9 mm，多集中在5～8月份[6]。

3.2 有效雨量計算方法

由于在降雨初期，雨水沖刷路面油污，溶解空氣中各種工業廢氣，雨水的污染較為嚴重，這部分雨水凈化處理過程復雜，因此通過特殊雨污切換裝置排除，將后期雨水通過管道收集儲存備用，此外還應考慮蒸發等因素的影響，有以下公式：

P=A×(Q-B)×S

(1)

其中：P是最終利用雨水量；A為利用率(除去蒸發等的損失，一般取0.8～0.9)；B為初期棄流量(一般取2.0～2.5 mm)；Q為降水總量；S為有效集水面積[7]。

3.3 可行性分析——以楚雄大道為例

3.3.1 雨量滿足水景需求可行性分析

楚雄大道位于武漢市洪山區，是武漢市內一條主干道，車流量極大，機動車道為雙向八車道，主干寬約28 m，兩側各有一條人行道，共寬4 m，機動車道兩側每隔20 m設有一個雨水口，按每200 m設置一個集水區(儲水池)。由上述數據可知：

有效集水面積S= 200×(28+4)= 6400m2

將表2中月均降水量數據代入式(1)中得到月均可利用雨水量，利用率A取0.85，初期棄流B取2.5 mm，見表2。

表2 武漢地區的月均降水量及可利用雨量表(1981年～2010年)

由表2可知，4月到8月凈化后的雨水量較多，基本可以維持本段路綠化帶澆灌以及定期的路面噴灑要求，而對于其他降雨量較少的月份，則還需補充自來水以維持正常的使用要求，所以將凈化后的雨水應用于市政系統是完全可行的。

此外，根據武漢地區水費標準規定，自來水費用為2.5 元/m3，若將凈化后的雨水應用于該路段，則每個集水區每年可以節約用水7 000 m3，節約水費1.75×104元，在資源化應用雨水的基礎上不僅有利于緩解我國缺水的壓力，而且也降低了市政用水的成本。

3.3.2 具體實施方法

基于現有的城市雨水排放系統，本文進行了適當的改進，以期能在現實中推廣應用。具體方法如下。

保留原有的雨水口，在其下方設置簡易初期沉淀池，經過濾網進入雨水收集管道。由于降雨初期，雨水溶解空氣中的廢氣、沖刷路面雜質，污染較嚴重，需要經過雨污切換系統(圖6[8])，將初期污染嚴重的雨水棄置排入污水處理系統，接著進入凈化裝置對雨水進行凈化，最后儲存在儲水池，儲水池上方設置通風口，并定期對儲水池進行清理，儲水池連接水泵直接接入市政用水系統以供使用(圖7)。

圖6 雨污切換系統

圖7 系統示意

此外，可以借鑒一些先進經驗，在路緣石和綠化帶內設置管道，并在綠化帶的土體中和路緣石邊緣設置傳感器，通過傳感器感應土壤濕潤程度以及空氣濕度，自動控制水泵對綠化帶進行澆灌、對路面進行噴灑，另外可通過電腦遠程控制水泵對路面進行噴灑，可以節省大量人力、物力。

4 結論與建議

4.1 結論

隨著我國城鎮化建設步伐的加快，人們對生活環境要求的提高，城市市政建設的壓力越來越大，市政用水越來越多。雨水作為一種可利用的資源，在現有城市排水系統的基礎上進行改造，可以達到收集、凈化雨水的要求，進而應用于城市建設的各個方面以緩解我國缺水現狀。文章對路面雨水資源化應用的研究結合武漢地區現有公路狀況分析得出如下結論：在武漢地區，將凈化后的雨水引進市政系統的方案是可行的，不僅可以緩解市政排水系統的壓力，而且可以節約水資源，同時節約大量人力物力，符合國家節能環保、可持續發展戰略的要求。

4.2 建議

雨水的資源化利用對于中國來說是一個新興領域，我國在該領域起步較晚，發展較緩，為促進其快速推廣發展特提出幾點建議：大力宣傳雨水資源化應用的優勢，積極引導人們合理利用雨水；加大科研力度，盡快完善雨水收集、凈化系統；鼓勵支持雨水資源化利用的實踐，使理論轉變為現實；國家制定相關法律法規，促進水資源化利用的規范化。