上海市城市雨水資源利用展望

徐俊偉

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 前言

隨著全球氣候變暖，溫室效應(yīng)致使暴雨頻率和強度都有所改變，而城市化進(jìn)程的加快從另一方面加劇了暴雨洪災(zāi)對城市的威脅，城市排水設(shè)施承受嚴(yán)峻考驗。在城市內(nèi)澇風(fēng)險加大的同時，雨水徑流造成的面源污染也日益受到關(guān)注，不容樂觀的水環(huán)境質(zhì)量對城市排水設(shè)施的建設(shè)和管理提出了更高的要求。傳統(tǒng)的城市雨水管理以雨水盡快匯集至收集系統(tǒng)，經(jīng)收集、輸送后快速排除為目標(biāo)，已無法滿足防洪抗?jié)?、環(huán)境保護、資源利用的多重要求，因此，如何對城市雨水系統(tǒng)進(jìn)行綜合管理、對雨水資源加以利用已受到人們越來越多的關(guān)注。

1 城市雨水利用

城市雨水利用是在城市范圍內(nèi)，有目的的采用各種措施對雨水資源進(jìn)行保護和利用[1]。

從形式上分，包括集中利用和分散利用。集中利用是對一定區(qū)域匯水面的雨水進(jìn)行收集，統(tǒng)一調(diào)蓄、凈化后進(jìn)行回用，如建筑小區(qū)、建筑群或區(qū)域整體的雨水回用系統(tǒng)，干式或濕式深井回灌系統(tǒng)等。分散利用是雨水的就地處理回用，如建筑單體雨水利用、滲透性地面、滲透溝渠、下凹式綠地等。

從用途上分，包括收集回用和就地蓄滲。收集回用是指對城市匯水面產(chǎn)生的雨水徑流進(jìn)行收集、調(diào)蓄和凈化后回用作為城市雜用水，如綠化澆灌、噴灑道路、洗車、沖廁、冷卻循環(huán)、景觀補充水等。就地蓄滲往往被忽視，是指利用各種人工或自然滲透設(shè)施、池塘、濕地或低洼地等對雨水徑流進(jìn)行調(diào)蓄、凈化，最終使雨水滲入地下，補充地下水資源。

根據(jù)不同匯水面徑流水質(zhì)和水量的差異，目前城市雨水利用傾向于將水質(zhì)較好的屋面雨水進(jìn)行收集、調(diào)蓄、處理后直接回用，而采用滲透溝渠、下凹式綠地、景觀性滯留池等措施對道路、廣場等雨水進(jìn)行就地蓄滲，從源頭削減徑流水量、凈化徑流水質(zhì)。在有條件的情況下，將收集回用與就地蓄滲、集中利用與分散利用相結(jié)合，因地制宜地建立生態(tài)化的雨水綜合利用體系，特別是結(jié)合生態(tài)小區(qū)的建設(shè)，在建筑小區(qū)內(nèi)或建筑群范圍，建設(shè)集中的雨水利用設(shè)施，是充分利用雨水資源、解決城市水資源短缺、減少城市洪災(zāi)、控制初期雨水徑流污染的有效途徑。

2 國內(nèi)外城市雨水利用

2.1 德國

德國是國際上城市雨水利用技術(shù)最發(fā)達(dá)的國家之一。1989年德國就出臺了雨水利用設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)（DIN 1989），對住宅、商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域雨水利用設(shè)施的設(shè)計、施工和運行管理進(jìn)行規(guī)定，在過濾、調(diào)蓄、控制和監(jiān)測4個方面制定了標(biāo)準(zhǔn)[2]。到21世紀(jì)初，已形成“第三代”雨水利用技術(shù)，并制定了相關(guān)的新標(biāo)準(zhǔn)。第三代雨水利用技術(shù)的主要特征之一是設(shè)備的集成化，從屋面雨水的收集、截污、調(diào)蓄、過濾、滲透、提升、回用到控制等都有一系列的定型產(chǎn)品和組裝式成套設(shè)備。

德國有大量各種規(guī)模和類型的雨水利用工程和成功實例，至1999年，德國已有約20萬套雨水利用設(shè)備投入使用。

2.2 美國

美國是實施雨水生態(tài)化利用最好的國家之一[3]。在美國的許多大城市，首先考慮的是雨水的入滲補充地下水，雨水入滲設(shè)施在雨水管理系統(tǒng)中是必要的，其主要目的是提高雨水的天然入滲能力，防止和削減初期雨水徑流污染物進(jìn)入受納水體。

上世紀(jì)70年代初，美國誕生了第一部關(guān)于雨水滯留利用的法案，規(guī)定了面積超過5英畝的新開發(fā)區(qū)的暴雨洪峰流量不能超過開發(fā)前的水平，所有新開發(fā)區(qū)必須實行強制的“就地滯洪蓄水”措施。

美國環(huán)保總局（EPA）在第二代城市雨水資源管理和徑流污染控制的“最佳管理方案”（BMPs）中，提出了適用于居住區(qū)、商業(yè)區(qū)和工業(yè)區(qū)的多種雨水綜合利用方案。其主導(dǎo)思想是：較清潔的屋面雨水蓄積利用，而地表徑流首先通過滲濾設(shè)施下滲排除，超過設(shè)施滲透能力的徑流通過雨水管渠排放。滲濾設(shè)施有植草洼地、低勢綠地、多孔滲水路面，以及滲透井、滲透塘、滲透管溝等。

到20世紀(jì)90年代，雨洪綠地蓄滲技術(shù)開始得到廣泛應(yīng)用并日趨成熟，形成了特定的不同綠地蓄滲排放設(shè)施的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范。其中應(yīng)用最成功的是植被滲透床和植草滲溝。

幾十年應(yīng)用結(jié)果表明，作為土地利用規(guī)劃的一部分，這些措施在美國實施極為成功，流域水質(zhì)得到了明顯的改善。通過采用綠地源頭控制和局部滯留的方法延緩地表徑流，增加雨水的入滲、恢復(fù)自然的水循環(huán)系統(tǒng)，并與城市景觀規(guī)劃、設(shè)計等緊密結(jié)合，成為創(chuàng)造資源節(jié)約和可持續(xù)的人居環(huán)境的有效途徑。

2.3 日本

日本是亞洲重視城市雨水利用的典范國家之一。20世紀(jì)80年代以來，日本為了緩解水資源短缺危機，減輕城市防洪壓力，在全國推廣雨水利用技術(shù)。日本建設(shè)省積極推行“雨水貯存滲透計劃”，并提倡雨水多功能調(diào)蓄，1988年成立的“雨水貯存滲透技術(shù)協(xié)會”作為日本建設(shè)省批準(zhǔn)的專業(yè)技術(shù)協(xié)會，吸引了眾多著名建筑和專業(yè)公司參與。發(fā)展至今，日本的雨水利用工程已逐步實現(xiàn)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。目前，日本城市雨水利用主要有3種方式：調(diào)蓄滲透；調(diào)蓄凈化后利用；利用人工或天然水體調(diào)蓄雨水，提供環(huán)境用水和改善城市、住宅區(qū)和公園等場所的水生態(tài)環(huán)境。3種方式都有很多成功的實例。

2.4 北京

北京由于缺水形勢嚴(yán)峻，城市雨水利用的研究和應(yīng)用都發(fā)展非常迅速。北京市政府2000年66號令中明確要求在城區(qū)實施雨水利用。2001年，國務(wù)院批準(zhǔn)了包括雨洪利用規(guī)劃內(nèi)容的“21世紀(jì)初期首都水資源可持續(xù)利用規(guī)劃”。同年，北京市開始在8個城區(qū)建立雨水利用示范工程。2003年3月，北京市規(guī)劃委員會和北京市水利局又聯(lián)合發(fā)布經(jīng)市政府同意的《關(guān)于加強建設(shè)工程用地內(nèi)雨水資源利用的暫行規(guī)定》，明確“凡在本市行政區(qū)域內(nèi)，新建、改建、擴建工程（含各類建筑物、廣場、停車場、道路、橋梁和其他構(gòu)筑物等建設(shè)工程設(shè)施）均應(yīng)進(jìn)行雨水利用工程設(shè)計和建設(shè)。建設(shè)工程的附屬設(shè)施應(yīng)與雨水利用工程結(jié)合。景觀水池應(yīng)設(shè)計為雨水儲存設(shè)施，草坪綠地應(yīng)設(shè)計建設(shè)為雨水滯留設(shè)施”。

到目前為止，北京市已建雨水利用工程600余個，遍及18個區(qū)縣，涉及政府機關(guān)、學(xué)校、公園、生產(chǎn)企業(yè)、工業(yè)園區(qū)等，雨水匯水面積達(dá)3 700 hm2以上，年可利用雨水達(dá)99 512萬m3。從雨水利用的類型進(jìn)行分析，主要以封閉式蓄水池為主，其次為透水性地面和下凹式綠地。

3 上海城市雨水利用

3.1 上海城市雨水利用現(xiàn)狀

上海屬于水質(zhì)型缺水城市，在雨水管理方面只重視防汛安全，現(xiàn)在城市初期雨水面源污染控制得到關(guān)注，在雨水蓄滲、雨水處理和雨水回用等方面，尚處于研究和探索階段，目前研究主要集中在屋面徑流水質(zhì)特征、綠地蓄滲效應(yīng)、雨水收集回用的費用效益等方面，并在一些大型市政設(shè)施建設(shè)和小區(qū)建設(shè)中進(jìn)行了有益的嘗試，在機場航站樓和世博場館建設(shè)中，運用了屋面雨水收集利用設(shè)施，但與北京或國外發(fā)達(dá)國家相比，上海城市雨水利用無論是在研究的系統(tǒng)性、工程規(guī)模和經(jīng)驗方面，還是在相關(guān)政策法規(guī)等方面，尚存在一定差距。

對于屋面徑流水質(zhì)的研究表明，上海市屋面雨水徑流水質(zhì)普遍較好，污染物濃度明顯低于《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50400-2006）給出的北方地區(qū)參考值，主要原因是上海地區(qū)降塵量少且降雨量大；另外，對大型屋面徑流的初期效應(yīng)分析結(jié)果表明，由于徑流污染物濃度普遍較低，初期棄流對降低污染物平均濃度的效果有限。

對于綠地蓄滲的研究表明，上海市70%的綠地土壤入滲率大于1×10-6，20%的大于1×10-5，具有建設(shè)下凹式綠地的可行性。而通過設(shè)置淺層蓄滲裝置[5]、開發(fā)下凹式綠地和穿孔排水管雨水排水系統(tǒng)等方式，還可進(jìn)一步提高上海土壤的入滲效果。另外，上海市路面徑流污染程度較高，而綠地滲濾系統(tǒng)對徑流中 COD、NH4+-N、TN、TP的去除率分別達(dá)到60%～80%、50%～70%、45%～70%、85%～90%[6]。

對于雨水收集回用的費用效益研究表明，影響費用效益的因素包括降雨特性參數(shù)、雨水處理成本、水價、雨水利用工程中儲存池的放空間隔等因素，需要結(jié)合具體工程予以確定。

在虹橋樞紐雨水回用工程設(shè)計中，提出“與削峰排澇相結(jié)合，簡單處理，合理回用”的設(shè)計原則，利用原雨水系統(tǒng)中設(shè)置的雨水調(diào)蓄池作為儲存池，建設(shè)以雨水為水源、周邊河水為補充水源的雨水處理廠，采用集中處理，分散分質(zhì)供水的模式，回用于機場能源中心冷卻水、T2航站樓能源的沖廁和T2航站區(qū)的綠化澆灑，設(shè)計水量達(dá)到6 600 m3/d。

在虹橋綜合交通樞紐工程建設(shè)中，秉承節(jié)能減排的設(shè)計理念，以“雨水資源化、處理就地化、系統(tǒng)生態(tài)化、成本最小化”為設(shè)計原則，在高架雨水淺層蓄滲方面作出了嘗試。在近600 m的高架道路下景觀隔離帶內(nèi)，設(shè)置了有效容積為1 290m3的淺層蓄滲裝置，可對13 200 m2高架道路全年75%的雨水徑流進(jìn)行就地蓄滲。

3.2 上海城市雨水利用展望

與北京等北方城市嚴(yán)重缺水不同，上海缺少的是“干凈的水”，鑒于降雨量在時間上分布不均，需要建造儲存池，而城市自來水水價較低，屋面雨水收集回用在經(jīng)濟上缺乏競爭力。另外，上海市地下水位高，在北方應(yīng)用廣泛的滲透管渠、滲透井等雨水利用技術(shù)，并不十分適用。如何借鑒國內(nèi)外雨水利用成功經(jīng)驗，結(jié)合上海水資源特點、土地利用狀況，建立適用于上海的雨水利用模式，研發(fā)相關(guān)技術(shù)，是上海推進(jìn)城市雨水利用的關(guān)鍵。

（1）與生態(tài)小區(qū)建設(shè)相結(jié)合。

上海市2003年底出臺的《上海市生態(tài)型住宅小區(qū)技術(shù)實施細(xì)則》，從規(guī)劃選址、建筑節(jié)能、水環(huán)境、室內(nèi)空氣質(zhì)量、材料與資源、廢棄物收集與管理等 6個方面規(guī)定生態(tài)型住宅小區(qū)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中對生態(tài)小區(qū)雨水設(shè)計提出完善屋頂雨水收集利用和增加雨水自然滲透補充地下水兩個標(biāo)準(zhǔn)。

生態(tài)小區(qū)的雨水利用系統(tǒng)涉及小區(qū)內(nèi)建筑排水、綠化、道路、景觀水、小區(qū)排水、供水等多個系統(tǒng)。生態(tài)小區(qū)內(nèi)的綠化可選擇下凹式綠地，將屋面雨水蓄積系統(tǒng)收集的雨水和地面徑流都先引入小區(qū)各分散綠地，綠地下鋪設(shè)滲漏性地下排水系統(tǒng)，整個綠地系統(tǒng)即形成帶有地下排水系統(tǒng)的低草坪，低草坪的地面排水設(shè)施（雨水口等），可按照設(shè)計淹沒高度（如15 cm）高于草坪平面，使得初期雨水滲入地下，充分發(fā)揮草坪的入滲能力。當(dāng)草坪淹水超過設(shè)計淹沒高度時，雨水可溢流進(jìn)入雨水口，沿雨水管排走。草坪中的積水經(jīng)多孔滯留設(shè)施的凈化后，進(jìn)入小區(qū)雨水儲存池，可作為旱季綠化澆灌用水或景觀用水。

（2）與城市面源污染控制相結(jié)合。

源頭控制和末端調(diào)蓄是上海城市面源污染控制中所推行的兩大措施，其中源頭控制的目的是削減雨水徑流量和凈化徑流水質(zhì)，主要技術(shù)包括屋面雨水收集利用、滲透性路面建設(shè)、綠地蓄滲設(shè)施建設(shè)等。顯然，源頭控制和雨水利用的目的不盡相同，但可采取的手段和技術(shù)是相一致的。

在市政領(lǐng)域，道路兩側(cè)的綠化隔離帶、高架道路下的景觀綠帶等均可以設(shè)計為帶有排水系統(tǒng)的低草坪或者設(shè)置淺層蓄滲裝置，對地面道路和高架道路的徑流進(jìn)行削峰調(diào)蓄，一方面促進(jìn)雨水的就地蓄滲，另一方面，對污染程度較高的地面徑流進(jìn)行凈化，利于城市面源污染控制。

4 結(jié)語

城市雨水利用在上海尚處于起步階段，有必要繼續(xù)深入并系統(tǒng)地研究適用于上海的雨水利用模式和技術(shù)，對已建設(shè)的雨水利用示范設(shè)施的運行進(jìn)行跟蹤，主要包括雨水水質(zhì)、雨水蓄滲效率、雨水收集效率和工程效益等，以指導(dǎo)并促進(jìn)上海及其他南方城市雨水利用工程的建設(shè)。

另外，隨著城市功能的發(fā)展和生活質(zhì)量的提高，高速的城市化使上海市面臨水質(zhì)型缺水的困擾日益突出，水資源已成為上?？沙掷m(xù)發(fā)展的主要制約因素之一。上海市區(qū)雨水回用于小區(qū)雜用水和市政雜用水具有相當(dāng)大的市場，基于雨水利用工程符合“節(jié)能減排”理念，并產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益，建議出臺相關(guān)的用水政策加以扶持。雨水綜合利用的推廣，除了傳統(tǒng)理念的轉(zhuǎn)變和技術(shù)進(jìn)步外，關(guān)鍵在于政府相關(guān)政策的扶持，采取強制性和優(yōu)惠性并舉的措施，有利于雨水綜合利用工作的健康發(fā)展。

上海市政府目前尚未出臺有關(guān)雨水回用的政策，建議城市大型公共設(shè)施的管理部門可以先參考國內(nèi)外的一些做法[4,5]，結(jié)合區(qū)域建設(shè)的實際情況，推陳出新、因地制宜。

具體可包括：

（1）區(qū)域內(nèi)新開發(fā)建設(shè)的基建項目，在報建時，必須同時上報使用回用水的設(shè)計內(nèi)容，大型公共設(shè)施中可同時設(shè)置飲用水管和回用水沖廁水管，未提交以上內(nèi)容的基本建設(shè)規(guī)劃不予審查；

（2）大型公共設(shè)施周邊的園林綠化澆灌、景觀水池水體置換、能源中心冷卻補充水、市政道路壓塵降溫用水等低水質(zhì)用戶必須使用回用水；

（3）在廣泛宣傳再生水的基礎(chǔ)上，利用經(jīng)濟杠桿，合理調(diào)整區(qū)域內(nèi)部自來水價格，給回用水的推廣有價格競爭的空間；

（4）成立回用水運作機構(gòu)，在政策的指導(dǎo)下，以市場經(jīng)濟模式，開展回用水的運作；

（5）加大對回用水的宣傳力度，增強全民節(jié)水意識，有利于回用工作的開展和建設(shè)生態(tài)城市。

[1]車伍，李俊奇.城市雨水利用技術(shù)與管理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]李俊奇，車伍.德國城市雨水利用技術(shù)考察分析[J].城市環(huán)境與城市生態(tài)，2002,16(1)：47-49.

[3]Thomas N.Debo,Andrew J.Reese Municipal Storm water Management Second Edition[M].New York:LEWISPUBLISHERS，2003.

[4]左建兵，劉昌明.北京市城區(qū)雨水利用及對策[J].資源科學(xué),2008,30(7):990-996.

[5]鄒偉國,張辰,陳嫣.城市雨水淺層地下蓄滲技術(shù)及其應(yīng)用研究[J].給水排水,2008(34):145-148.

[6]聶發(fā)輝，李田，姚海峰.上海市城市綠地土壤特性及對雨洪削減效應(yīng)的影響[J].環(huán)境污染與防治,2008,30(2):49-52.