西安市城區雨水資源化利用研究

高 寧，張紫紅，楊永紅，王烘艷，盧 輝

（西安交通工程學院 土木工程學院，陜西 西安 710300）

近年來，隨著經濟的不斷發展和城市化進程的加快，許多城市面臨著水資源短缺、水環境污染嚴重、地下水過量開采等諸多水資源問題。“城市看海”和城市內澇現象頻繁發生，造成了重大經濟損失和人員傷亡。我國雖然雨水資源豐富，但大部分城市并未重視雨水的資源化利用，城市規劃設計中未涉及雨水貯存利用設施，降落的雨水資源白白流失，迫切需要在城市建設中構建完善的雨水資源利用系統，緩解城市供需用水矛盾。

1 西安城區雨水資源化利用的迫切性

西安市位于黃河流域中部關中盆地，是我國14個水資源較為缺乏的城市之一。西安市年平均降雨量為613.7 mm，降雨時間主要集中在5～10月，降雨量占全年的78%，降雨在時空上分布不均勻。隨著城市化的發展和人們生活水平的提高，居民用水和工業用水也在逐年增加，水資源缺乏的問題日益突出。根據相關統計結果，西安市主要河流的水質只有兩條合格，其中渭河、皂河、澇河、灃河、浐河因受到工業、農業和城市污廢水的影響，污染嚴重，均屬于V類水質，難以被再次利用。近年來，西安市地下水資源開采過量，超采區面積達到601.3 km2，年平均超采量達到2 286.7萬m3，西安市中心深層承壓水水位大幅下降，近30年每年平均下降3～4 m，形成區域性漏斗。地下水的超量開采還導致了地面沉降、地面及建筑物裂縫等環境地質問題。文獻采用多元線性逐步回歸模型對2019～2022年西安市全年的用水總量進行預測，根據預測結果，到2022年西安市的全年用水總量將達到128800萬m3，水資源供需矛盾更加突出。

2 西安市雨水資源化利用途徑

2.1 加強雨水資源化利用制度的建立

國家政策的引導有利于雨水資源利用技術及設施的應用與推廣，國家、地方、行業標準的制定可以進一步完善雨水資源收集利用系統的功能，提升雨水資源化利用的效率。日本、美國、德國等發達國家經過發展已相繼形成各自的雨水控制利用標準體系，美國賓夕法尼亞州、佛羅里達州和科羅拉多州分別制定了《雨水利用條例》，并做出強制規定：所有新開發區必須就地滯洪蓄水，開發后雨洪流量不得超過開發前的水平。德國于1989年頒布了《雨水利用設施標準》，標志著德國雨水利用技術的成熟，1992年開發了“第二代”雨水利用技術，在21世紀初形成了“第三代”雨水利用技術及相關標準。1992年日本頒布了“第二代城市下水總體規劃”，對于新建和改建的大型公共建筑群要求其必須設置雨水就近下滲設施。

我國目前缺乏關于雨水收集回用的技術導則，僅有《北京市水資源管理條例（1991）》和《關于加強建設工程用地內雨水資源利用的暫行規定（2003）》兩部地方性的水資源利用條例，其內容比較簡單，無法有效指導實際工作。因此，為有效開展城市雨水資源化利用工作，西安市需要充分借鑒國內外相關規范制定的先進經驗，結合地區自然條件、水文環境、土壤特征及降雨類型編制相應的技術規范、法律法規等指導性文件，做好頂層設計，為雨水資源化利用的推廣與實施奠定基礎。

2.2 加強雨水資源化利用的宣傳

我國在秦漢時期就有關于修建池塘對雨水進行集蓄利用的相關記錄，西北地區修筑水窖用于雨水貯存也有幾百年的歷史，但在城市中對雨水進行資源化利用起步較晚，直到21世紀初，各主要城市才開始重視雨水資源化利用。在西安市水資源日益緊張，城市內澇頻發，地下水位嚴重下降的背景下，加強城市雨水資源化利用對城市經濟發展重要性的宣傳，將其放在戰略的高度來重視，改變人們傳統的“雨水排放在前，利用在后”的用水觀念，把雨水作為城市新水源加以集蓄利用具有重要的現實意義。

2.3 有效利用雨水資源化技術

“海綿城市”的技術核心為“滲、滯、蓄、凈、用、排”。建設海綿城市為雨水的資源化利用提供了一種新思路，2016年西安市政府出臺了《西安市海綿城市建設實施方案》，方案確定西安市海綿城市建設的近期、中期和遠期目標，在“十三五”期間，西安市20%以上的建成區實現對70%的降雨就地消納和利用，到2030年城市建成區的80%以上面積要達到對降雨的就地消納利用。結合西安市海綿城市建設的相關要求，因地制宜，有效利用雨水資源化技術改善西安市供需用水矛盾。

2.3.1 道路雨水利用

城市道路主要包括機動車道和非機動車道兩種，目前，西安市機動車道多采用混凝土或瀝青等不透水路面，雨水降落至路面很快以徑流的形式先排至市政管網，再排至附近的自然水體。一方面，短時間內雨水徑流量大大增加，當超過市政雨水管網排放能力時，造成城市區域內澇，另一方面，降雨初期雨水中包含大量的懸浮固體、重金屬、COD等污染物，不進行處理直接排放，會引起自然水體的污染。另外，不加利用直接排放會造成雨水資源的白白浪費。從滿足城市雨洪控制和雨水資源利用出發，可將雨水通過雨水口引入設置在機動車道之間及機動車道和非機動車道之間的下凹式綠地，如圖1所示。綠地可對雨水就地消納、下滲，同時可在綠地中鋪設碎石，分路段在綠化帶下修建蓄水池進行雨水收集。

圖1 下凹式綠地

非機動車道可采用含有很大比例連通孔隙的混凝土制品進行透水鋪裝。為滿足雨水資源化利用要求，透水路面的強度應大于30MP，保證降雨在1 mm/s的情況下隨降隨滲，地面不會產生積水，過濾層采用粗沙，主要對雨水進行初步凈化。粗砂下面鋪設碎石層，可對雨水進行短時貯存，防止雨水在土壤中下滲不及時產生積水現象。當降雨較大時，透水路面中碎石層產生雨水積蓄不能迅速下滲土壤，可在其中設置排水管道，將排水管道末端與蓄水池或雨水管相連，盡快排除碎石層中積水，確保路面不積水。通過透水鋪裝可有效減少雨水徑流，補充地下水，同時通過墊層收集系統下滲雨水，減輕城市雨水排水系統的壓力。

2.3.2 雨水花園

雨水花園由土壤、砂石、植物等自然要素和相關景觀建造技術構建，能夠用于暴雨管理，是一種具有良好景觀效果的生物滯留系統，在減輕城市化進程對水文和水質的負面影響上具有積極意義。在海綿城市中，雨水花園常用于收集屋面與道路的雨水，雨水在其中經過植物根系的攔截作用，沙土的過濾作用而被凈化，隨后可充當中水用于洗車、沖廁或灑掃道路，或直接補充地下水。道路中的雨水流入雨水花園后，能夠被花園中的自然景觀吸收、減速、滯留、凈化并下滲，從而水量被削弱。其設計形式根據規模大小有種植池、雨水種植溝、路牙擴展池和雨水滲透園等。文獻對西安市雨水花園的蓄滲能力進行實際觀測并通過理論分析，發現雨水花園結合城市景觀設計建造可顯著增加雨水的下滲，削減雨洪徑流量，補充地下水資源，有效緩解城市雨洪造成的排泄壓力，同時可凈化雨水水質，改善城市生態環境。雨水花園可有效去除懸浮物、化學需氧量、氮和磷。

2.3.3 屋面雨水的利用

降落到屋面的雨水可通過集蓄系統和綠色屋頂兩種方式加以利用。城市中每幢建筑屋面都可對雨水進行收集利用，根據《西安市城市總體規劃》（2004～2020）西安市主城區居住建設屋面可達到189萬m2，按照60%的屋面可以收集雨水，結合西安市的年平均降雨量，由此可見西安城區建筑屋面可收集利用的雨水量相當可觀。屋面雨水集蓄系統，是將降落到屋面的雨水匯集，經過雨落管流入沙礫層，進行簡單過濾后，沿輸水管進入地下蓄水池。在蓄水池中可添加混凝劑，去除水中的懸浮固體、膠體等物質，蓄水池一方面可起到蓄水作用，另一方面具有沉淀的作用。再通過壓力泵提升到壓力濾池中，經簡單過濾后添加消毒劑進行消毒。最后利用中水管網將處理過的雨水沖洗衛生器具、洗車、消防、綠化，灑掃路面，補充景觀用水。

在屋頂種植綠色植物不僅能削減雨水徑流量、改善生態環境、拓展城市綠色空間，凈化水質，同時弱化熱島效應、改善大氣環境質量、提高屋頂的隔熱效果，還可作為雨水集蓄利用和滲透的預處理技術。西安市位于暖溫帶半濕潤的季風氣候區，四季分明，雨量適中，但降雨季節性變化較大，一般集中在5-10月，占全年降雨量的78%。根據西安市的降雨特點，綠色屋頂應當綜合考慮雨季和旱季的雨水資源利用。旱季時短時降雨可通過草坪型綠化屋面進行截留下滲，暴雨時可同時結合雨水集蓄系統收集回用。

3 結論

文章通過對西安市水資源利用現狀及雨水利用的必要性進行分析，認為雨水是解決城市供需用水矛盾、水污染嚴重的有效措施之一。從雨水利用相關制度建立及完善、宣傳力度、利用技術三個方面對雨水資源化進行了分析。

從目前城市發展面臨的水資源短缺問題出發，雨水利用具有廣闊的應用前景，將吸引大量資本投入，形成新的產業發展。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006～2020）》已將城市雨水利用納入可持續發展戰略，未來加強雨水資源化利用，應加強雨水利用與其他學科的聯合交叉，從城市規劃開始，從雨水利用相關技術規范的制定開始，將雨水的回用考慮在內，在設計過程中綜合園林、城市管網、景觀生態等，真正實現雨水的可持續發展。