关于城市雨水资源利用

发布于：2015-09-10 11:35:10 来自：给排水工程/市政给排水 [复制转发]

城市是一个区域的政治、经济和文化中心，是水资源相对集中开发利用的地区，也是水资源供需矛盾最复杂、最激烈的地区。雨水资源利用是指有目的地采用各种措施对雨水资源进行保护和利用。
主要包括收集、储存和净化后的直接利用;利用各种人工或自然水体、池塘、湿地或低洼地对雨水径流实施调蓄、净化和利用;通过各种人工或自然渗透设施使雨水渗人地下补充地下水资源等。
我国在雨水资源利用研究方面起步比较晚，虽然也取得了不少成果，但随着社会的进步、城市化的发展，城市需水量的逐渐增加，城市水资踪的供需矛盾愈加激烈，水环境问题日益突出，有关城市水资源问题也越来越引起人们的关注和探索。
1 城市雨水利用的必要性我国雨水资源丰富，年降水量达62万亿m3，水资源总量不少，但人均值小，且地区分布不均。城市是人口高度集中的地区，水资源更显不足。目前我国712个城市中有354个城市缺水，占城市总数的49.7%，日缺水量为0. 16亿m3。全国每年因城市缺水影响产值2000亿元以上，影响城市人口约4000万。
特别是北方城市，由于水资源的贫乏，供水严重不足，不得不超量开采地下水，致使城市和郊区地下水位大面积持续下降。加上生活用水挤占生产用水、生态用水等问题，严重困扰着这一区域内的许多城市。相对于北方城市而言，南方城市水资源较为丰富，水资源危机显得不太紧迫。然而南方许多地区地表水污染严重，地下水开采过度，已出现严重的水质型水资源紧缺。以太湖流域为例，太湖流域因为水污染加剧，出现了3000多万人口守着2300km3的太湖却出现"水多用难"的尴尬局面。随着我国城市数量、城市人口和城市经济的快速增长，城市水资源供需平衡矛盾将会更加突出。水资源短缺已经成为严重制约我国城市经济可持续发展的重要因素之一。另一方面，长期以来雨水多是任其排放，未加以充分利用。如北京市以年均降雨量595mm计算，1998年雨水资源流失量为21 亿m3，占全部降雨量的66%。抓好雨水综合利用，是解决城市建设发展过程中水资源短缺的重要途径。
2 城市雨水利用的状况
发达国家，特别是德国、日本、美国等国家，城市化进程较早，城市雨水利用发展得也比较快。我国城市雨水利用虽具有悠久的历史，但真正意义上的对城市雨水利用的研究与应用是从20世纪80年代开始，并于90年代发展起来。进入90年代以来，在水资源日益紧缺和国际雨水集流事业的不断推动下，我国逐步重视雨水利用和水资源持续发展的研究，一些省区发展较快，如内蒙古的"112集雨节水灌溉工程"、甘肃的"121雨水集流工程"、宁夏的"窑水蓄流节灌工程"等。北京、上海、哈尔滨、大连、西安等许多城市也相继开展研究，并显示出良好的发展势头。20世纪90年代以后，我国城市的一些建筑物已重现并建有雨水收集系统，如山东的长岛县、大连的獐子岛和浙江省舟山市等。但总的来说我国的雨水资源在研究和实践还处于初级阶段，技术还较落后，缺乏系统性，更缺少法律、法规保障体系。说我国的雨水资源在研究和实践还处于初级阶段，技术还较落后，缺乏系统性，更缺少法律、法规保障体系。
3 城市雨水利用的作用
城市雨水利用的作用不仅可以有效的增加水资源的可利用量，将雨水用作中水或中水补充水、浇洒绿化用水、城市消防用水等方面，可以在一定程度上缓解一些城市的缺水问题和需水供水矛盾。在城市发展过程中，不透水地表面积不断扩大，建筑密度日益提高，使地面径流形成时间缩短，峰值沌量不断加大.产生洪涝灾害的机会增大，危害加剧。合理有效的雨水利用可减缓或抑制城区雨水径流.提高已有排水管道的可靠性，防止城市型洪涝。另外通过工程措施截留雨水并人渗地下可增加城市地下水补给量，对维持地下水资源平衡.改善水循环，缓解地面沉降具有十分积极的作用。对于沿海城市.能有效地防止海水入侵现象发生。当然，雨水可将城市地面上的安全知识污染安全知识物带人受纳水体，对水环境造成极大的威胁，特别是初期雨水，其污染物含量更高，对受纳水体的污染更加严重。根据北京城区实测数据统计，对降雨量<10mm的降雨，屋面径流污染物总量的70% 以上包含于2mm降雨量的初期径流中，当降雨量>15mm时，污染物总量的30 -40%包含于2mm降雨量的初期径流中。雨水的利用降低了雨水径流排出量，减少了截流式合流制排水系统的雨季溢流污水量，减轻了污水处理厂的负荷，并可极大地改善受纳水体的环境质量。同时雨水的储留可以加大地面水体的蒸发量，创造湿润的城市小气候，增加人体舒适度.也有利于植被的生长，改善城市的生态环境。最后，雨水适于冲厕、洗衣物，故可节省城市生活饮用水。雨水属软水，适宜做锅炉冷却用水。可节省前期处理费用。另外，还能减少污水处理费用，节省雨水管道投资。
4 城市雨水的主要利用途径
4.1 截流绿化
通过在城市绿化时建立下凹式绿地，使地面高于绿地，在绿地内设计雨水滞留设施，雨水不设在路边而设在绿地上。即在建造绿地时，调查好结地周边高程、绿地高程和集蓄水池高程的关系.使周边高程高于绿地高程，雨水集蓄装置设在绿地上，集蓄水池高程略高于绿地高程而低于周边高程。通过城市规划区内单位附属绿地、公共绿地、防护绿地、居住区绿地、生产绿地、风景林地、道路绿地等城市绿化的建设，使城市绿地，可减少洪峰流量。尤其是居住小区，利用绿地消纳屋顶、小区内不透水铺装的径流。经测定有草地的土壤稳定人渗率比相同土壤条件的裸地大15% -20%。另一方面草地茎棵密布，草叶繁茂，一般在地表有2cm深水层里.水不易流失。
4.2 修建积蓄系统
利用城市建筑屋顶、庭院等不透水面收集雨水，修建雨水蓄水设施，汇集贮存城市雨水作为城市非饮用水的直接水源。可用于冲厕、洗车、消防、浇绿地、洗衣服。建筑物、道路等不透水铺装面，暴雨的径流系数可达0.9，雨后产生径流，只要修建一些简单的雨水收集和储存工程，然后用于城市清洁、绿地灌溉、维持城市水体景观等。如在集蓄水池基础上进行装饰建造美观的喷泉，可解决喷泉用水和绿地用水的矛盾。在采用蓄水构筑物贮存雨水时，要根据当地降雨情况，综合技术、经济等各方面因素合理确定蓄水构筑物的容积，收集到足够多的雨水。对于地下水开采过度的城市。可利用城市中已有渗井等将雨水人工加压渗透地下，以补充地下水，抬高地下水位。
5 利用城市雨水的技术
5.1 雨水生态利用技术
城市雨水生态处理技术依靠士壤、植物、微生物组成的生态系统净化雨水，避免了人工处理雨水带来的能源、资源消耗，降低了城市发展对自然系统的破坏，保持了城市的自然生态性，构建的生态处理系统创造了良好的城市自然景观。雨水生态处理技术可以很好地将雨水利用工程同城市已有或改造的水体系统相结合，在提高城市生态景观建设的同时处理并利用雨水，从而促进生态城市的建设。MR系统( Mul-den. Rigolen. System)，又称"水洼一渗透渠组合系统"，是德国近十年发展起来的雨水处理技术。该系统多安装于公共建筑场所及道路附近，通过雨水的分散控制来缓解城市排水管网的负担，并涵养地下水资源。系统由上至下可分为两层，上层为种植草类植物的浅水洼，下层为渗透渠。通常，水洼层铺设活土，深度不超过0.3m，通过土壤与植物的处理作用净化雨水，同时种植的植被绿色可以很好融入到建筑周围的生态景观当中。下层渗透渠一般填充高渗的棱柱状颗粒，例如砾石或熔岩颗粒等，可储存大量雨水，并逐渐将雨水释放以补充地下水，多余的雨水通过排空管排走。通过恰当的设计，MR系统与各种水环境共同创造了良好的生态环境及高质量的开放空间。生态处理系统创造了良好的城市自然景观。该技术较符合我国实际情况，可广泛应用于以生态建设为目标的城市。但是，这种技术完全依赖自然的净化机理处理雨水，它需要占用较多的城市空间，无法适应建筑密度高且改建困难的城市;另一方面，由于该技术对雨水的净化效果有限，所以当地雨水回用水质要求较高时，就必须经过进一步的深度处理才能使用。
5.2 径流传输与收集技术
雨水径流传输与收集技术是将来对来自道路、屋顶等的降水径流分别传输、收集，稍加处理或不经处理即直接用于冲洗厕所、浇洒绿地等。来自屋顶上和较清洁路面上的降水径流除初期受到轻度污染外，后期径流一般水质良好，可以收集经简单处理后也可利用。来自屋顶等的径流，安装分散式过滤器于房屋的每个漏雨管的下端，过滤处理后即直接用于冲洗厕所、灌溉绿地或构造水景观等，如图l所示。对于较清洁路面，设置蓄水池、集中式过滤器，它是将来自不同面积上的径流汇集到一起，然后进行集中过滤，流程如图2所示。这样，一方面减轻了污水处理的压力，又通过利用雨水减少了大量的自来水供应。家庭利用雨水可采用预制棍凝上或塑料蓄水池等;社区环境也可利用雨水等采用的构造水景观或人工湖等;还有为增加雨水人渗将绿地或花园做成起伏的地形或采用人工湿地等。学校、企业、小区、大型公共场所或道路两侧修建蓄水池，减少地面径流量，把集蓄的雨水用于冲厕、洗车、消防、浇花、洒路、水面景观等，还可回灌补充地下水，实现雨水少排放，道路建设时在下面铺设雨水管道，并采用渗水管道，人行道采用透水砖、草皮砖，既补充地下水，又减少雨洪径流。

5.3 地下入渗技术
地下入渗技术是在土地有限的情况下，或者表层有较浅的不透水层时，挖穿不透水层在透水层开挖人渗沟，沟内铺设带孔的透水管，周围填装直径8 -32mm的砾石，将收集到的屋顶或道路等不透水地面所产的雨水用管道输送到人渗沟内的透水管，沟内充填的砾石和管道有一定的蓄水空间，可存储一部分雨水，并使雨水通过周围的土壤下渗。地下人渗法占地较少，便于在城区及生活小区设置，如图3所示。对于我国有些地区，由于地下水开采过度而导致地下水水位下降，如能将雨水收集处理后回注地下，补充、涵养地下水，同时还能对暴雨洪水的水量起到调蓄作用，削减洪涝灾害。雨水的利用将缓解水资源的短缺，促进当地经济的可持续发展。雨水渗透技术是一种技资少、见效快、能发挥综合效益的节水型排水设施。对必须改造和新建的下水道工程，一次采用渗透设施，更能达到节省投资一举多得的目的。渗透设施的构造、设计参数、施工管理应根据当地具体条件(如地质条件、地下水位等)试验确定，还应考虑大气、地面污染对雨水水质的影响.

5.4 节能型雨水利用技术
节能型雨水技术必将有很大的发展空间。在建筑中采用节能型雨水利用技术，可以降低雨水处理系统以及建筑能源消耗，，构建可持续发展的低能耗生态建筑。英国的Barelaycard HO是当代低能耗办公建筑中的优秀作品之一，如图4所示。其利用了雨水的多种特性，并配合建筑的恰当设计.使得该建筑有效降低了能耗，同时也营造了良好的生态环境.成为可持续发展节能生态建筑的典范，使人们看到了雨水利用的新方向。

6 结语在国外城市雨水利用技术已经趋向成熟，通过对收集雨水并处理回用，取得了较好的经济效益和环境效益。这对我国，有现实借鉴意义。根据我国的水资源现状、城市发展环境，借鉴国外发达国家雨水利用经验，加强雨水利用技术的研究，大力推广雨水利用技术，缓解我国水资源的供需矛盾有巨大推动作用。