城市建筑绿色生态中的雨洪利用研究

随着人们对人类与环境关系认识的提高，与人类息息相关的住宅建设中也开始渗透“绿色”、“生态”的内涵，出现了绿色建筑的概念。绿色建筑可以概括为在建筑生命周期中，以最节约能源、最有效利用资源的方式，建造最低环境负荷情况下，最安全、健康、高效及舒适的居住空间，达到人及建筑与环境共生共荣、永续发展。因此，绿色建筑又可称为绿色生态，这意味着建筑不仅被作为非生命元素来对待，更被视为自然生态循环系统的一个有机组成部分[1]。在绿色生态建筑设计中如何节省水资源，高效利用水成为许多专家学者研究的热点。雨洪利用工程就是改善水环境、维系绿色生态的一个重要手段。
　　近20年来，雨水利用技术迅速的发展。美国、加拿大、日本、澳大利亚、新西兰和德国等澳洲国家相继开展了不同规模、不同内容的雨水利用和控制的研究和系统建设。在以色列、印度、东南亚和非洲等国家和地区，也修建了无数的雨水收集利用系统。雨水利用已成为国际上普遍重视的课题，随着雨水利用技术的发展，研究雨水利用的学术活动也日趋频繁，并成立了国际雨水收集利用系统协会(IRCSA)，加强国际雨水利用研究的学术交流。
　　北京团城历史悠久，其采用干铺倒梯形青砖和深埋渗排涵洞方法来收集利用雨水，体现了古人的聪明才智。近20年来雨洪利用技术手段研究得到重视，1990年开始屋顶雨水回灌试验研究[1]，将屋顶雨水收集后，利用回灌井注入地下，取得了一些初步成果。2000年，中德合作在该试验点开展了回灌水量、水质及回灌效果的系统研究。但总体而言，我国的研究大部分还处于试验阶段，雨洪的控制和利用情况还有待遇发展。
　　 1．城市雨洪利用的内涵
　　城市雨洪利用从应用的目的来讲有两个含义，一种是指在大尺度范围内，通过工程性和非工程性措施，分散实施，就地拦蓄、储存和利用城市雨洪，避减洪涝灾害，实施对地下水的补给，来增添城市供水；另一种专指城市建筑（或小区）中通过一些工程手段，来收集雨水，用于绿化、冲厕等用水，或用于回灌地下水，以达到节约用水和增加地下水资源的目的。
　　北京是一个严重缺水的城市，而维持城市生态环境的用水量占有一定的比例。另一方面，北京年内降雨的80%左右多集中在几次大的暴雨过程，而城市化的发展又使城市不透水面积增加，加大了城市防洪负担。如果利用汛期雨水资源，不仅可缓解北京水资源短缺状况，也可减轻城市排水、河道行洪压力，保证北京防洪安全；同时利用屋顶收集雨水、采用透水地面砖铺地接水、用草坪蓄集雨水、建造各种渗灌系统将地面上的水“尽收池底”，雨水被净化后，可用于洗车、住宅冲厕、小区绿化，减少城市生态环境取用新鲜水的份额，真正体现绿色生态的意义。
　　城市雨洪利用的总体目标应为开发大气降水资源，增加可利用水量；合理利用水资源，实现分质供水，增加环境用水；回补地下水，缓解地下水超采的趋势；减少小区雨洪流储量，减缓城市防洪压力；最终达到构造以人为本的社区水环境，改善城市生态环境的目标。
　　由此可见，本文所涉及的城市绿色生态中的雨洪利用涵义更广，不仅涵盖了绿色建筑中所涉及的节约和高效利用水资源，改善人类居住环境；且更大程度上指的是通过城市雨洪利用来涵养水资源（补充水资源），实现水资源的合理分配（分质供水）。

　 　2．雨洪利用方式和技术手段

　　2.1 利用方式
　　城市雨水利用的用途概括有以下三个方面：一是利用城市绿（草）地、透水路面的铺装、建筑屋顶面集水等手段增加雨水入渗或进行人工回灌，补充日益匮乏的地下水资源，同时减轻城市排水工程的负担；二是将雨水利用可作为城市生态环境用水、生态景观的水源，也可作为部分工业用水、杂用水的水源；三是利用雨水可解决缺水地区人畜饮水问题。
　　国外雨水收集利用技术已经得到了广泛的应用，从绿色建筑角度考虑，日、美、德等国家的地方法规中还将该技术作为一种政府行为强制执行。美国许多城市建立了屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水地面组成的地表回灌系统，所有新开发区必须强制实行“就地滞洪蓄水”；英国，伦敦世纪圆顶的雨水收集利用系统每天回收100立方米雨水作为冲洗厕所用水；丹麦，城市从屋顶收集雨水，收集后的雨水经过收集管过滤设备，进入贮水池，用于冲洗厕所和洗衣服；在日本，要求新建和改建的大型公共建筑群必须设置雨水收集下渗设施，配置各种入渗设施的设置密度，强化雨水入渗；而德国长期致力于雨水利用技术的研究与开发，从规划、设计到应用，不但形成了完善的技术体系，而且制定了配套的法规和管理规定。
　　2.2 雨洪利用技术
　　2.2.1集流技术
　　雨水收集就是指利用工程手段，尽量减少土壤入渗，增加地表径流，并且将这部分径流按照人们所设计的方式收集起来。
　　雨水收集的核心问题是根据不同的材料确定集水效率，从而确定集流面积、集流量和成本。集水效率与集雨面材料、坡度，降雨雨量、雨强有关。集雨面一般分为自然集雨面和人工集雨面两种。在运用上应根据利用的目的和具体条件来选择。
　　2.2.2蓄水技术
　　雨水存贮即以一定的方式，经济合理的存贮雨水的地表径流，解决降雨和利用在时间上错位的矛盾。从工程设施的地理位置上分为就地存贮和异地存贮两种，就地存贮即将降雨就近存蓄起来，一般来说集雨面较小，存贮量不大，如水窑、塘坝、小水库等；异地存贮是指当集雨量较大无法就地存贮时，通过工程设施调到远处存贮，如河道、水库等。
　　2.2.3 雨洪利用系统
　　①地下水回灌系统：位于山前冲洪积扇地带的城市及其郊区，其土壤颗粒粗，有利于雨水入渗，可利用这一有利条件，积极开展雨洪回灌，人工补给地下水研究。目前人工回灌的方式主要有：砂石坑回灌、井灌（大口井回灌、深井回灌）、和其他回灌方式，如在河道上建橡胶坝、分洪闸等调蓄工程来增加地表水对地下水的补给、渗水洼地、渗水廊道、集成水路等回灌方式。
　　②屋顶集雨系统：可为分散的住宅提供生活水源。城市别墅式住宅也可发展雨水收集系统，作为生活杂用水和生态环境用水。屋顶渗井系统可回补地下水。③道路集雨人工湖系统：新建居住小区、道路、广场和停车场等改为透水路面，同时利用居住小区、道路、广场和停车场等收集雨水，并修建人工湖或蓄水池，可作为生活小区绿化清洁用水，也可增加水面面积，美化环境。④绿地草坪滞蓄汛雨回补：利用绿地入渗回补地下水，可大量增加地下水补给量。低绿地草坪不仅能接纳其上的降雨，还可以将附近的屋顶、路面等不透水面积上的径流导入绿地，将日降雨量近100mm的次降雨全部入渗[4]。这部分径流滞蓄于草地，可减少草地灌溉用水，且为排水河道减轻防洪负担，补给超采地下水的环境效益更加显著。⑤增加滞洪水面：利用汛期雨洪增加城市湖泊等水体面积，不仅改善了城市景观和生态环境，还具有一定的防洪功能。将绿地（草坪）同渗井、蓄水池系统相结合，可明显减轻城市的防洪负担，缓解城市化对地下水补给的影响。
　　2.2.4关键技术
　　雨洪利用工程是一项复杂的系统工程，涉及研究的内容很多，要想进行大规模雨洪利用工程的推广，还应解决下列的关键技术。
　　①对自然环境的认识。包括对周边地区地理、地貌、水文、气象、地质、水文地质条件的调查分析，这是建立雨洪利用工程的基础。
　　②雨洪利用工程设计。应针对不同尺度的雨洪利用目的，对不同下垫面降水情况进行分析研究，从而确定最大控制洪峰，计算工程设施规模尺寸，以发挥最大经济效益。
　　③雨洪水质处理技术。在绿色建筑中，要依据不同用水水质要求，对收集的雨水进行必要的水质处理。完备的水质监测系统是整个雨洪利用工程能够正常运行的关键一环。
　　④除此之外，雨洪利用工程还要符合城市建设规划，遵守相应法令法规等。做到为经济服务，为发展服务。

　　3．城市雨洪利用中的不足

　　总体看来，我国雨洪利用技术的应用主要存在以下几个方面的不足：
　　①缺乏雨洪利用意识，无论是管理部门、科研部门，还是公众，普遍对雨洪利用意义认识不足，对城市雨洪利用概念和作用还不足，在城市规划和建设过程中缺乏统筹考虑。
　　②缺少基础性研究，体现在雨水对环境、资源影响的研究不足，对于雨洪利用技术的研究程度较低，应用很薄弱。
　　③没有可行的技术与管理规范，缺乏配套的法规、政策和管理体系。
　　④雨洪利用产业化程度低，相应的设备、专业工程队伍欠缺。
　　总之，城市绿色生态中的雨洪利用，完全可以借鉴发达国家“堵疏结合，蓄泄并重”的防洪、避洪理念，“亲近自然河流”、恢复自然、美化环境、分水集雨的规划思想，利用“屋顶集雨”等技术，因地制宜地拦蓄、储存、利用雨洪，改善城市生态系统和景观环境。