以雨水為核心的城市水環(huán)境構(gòu)建思路

司訓(xùn)練，李琴

（西安石油大學(xué)油氣資源經(jīng)濟(jì)管理研究中心，陜西 西安 710065）

21世紀(jì)的城市應(yīng)當(dāng)有一個(gè)生態(tài)化的水環(huán)境，但事實(shí)是“水多—水少—水渾—水臟”是當(dāng)今大多數(shù)城市水環(huán)境的主要問(wèn)題。城市的水資源在人口和經(jīng)濟(jì)雙重壓力下趨于短缺，城市生態(tài)環(huán)境異常脆弱，洪澇災(zāi)害頻發(fā)，城市擁堵和熱導(dǎo)效應(yīng)等困擾著生活其中的居民，尤其是親水環(huán)境的短缺，潔凈的河流湖泊、生機(jī)勃勃的綠地花園已經(jīng)遠(yuǎn)離人們的視野，成為墻上的風(fēng)景，僅有的些許人工費(fèi)力培育的自然生態(tài)水環(huán)境也由于運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高而形同虛設(shè)。人是自然界的一部分，缺少了生態(tài)化的水環(huán)境城市是不健康的，生活在如此境地的人類如何能感到幸福？對(duì)于造成城市洪澇和面源污染的雨水，應(yīng)該重新來(lái)考慮它的用途，而不是草草地修建管道將其排除。雨水是寶貴的水資源，我國(guó)大多數(shù)城市的降雨都基本能滿足可利用的水量和水質(zhì)的要求，如何以雨水為核心來(lái)構(gòu)建城市生態(tài)化水環(huán)境是一個(gè)現(xiàn)實(shí)而緊迫的問(wèn)題。

1 城市水環(huán)境現(xiàn)狀

城市水環(huán)境問(wèn)題是21世紀(jì)的重要課題，從總體意義上講，我國(guó)整體城市的水環(huán)境現(xiàn)狀不容樂(lè)觀，概括來(lái)說(shuō)有3個(gè)方面：第一，水量不穩(wěn)，多的時(shí)候洪災(zāi)頻繁，防洪投入增加；少的時(shí)候旱災(zāi)橫行，給三大產(chǎn)業(yè)和人民生活造成巨大損失。第二，水渾濁，水土流失在全國(guó)范圍內(nèi)普遍存在，長(zhǎng)江、黃河等主要水系泥沙含量高。第三，水污染嚴(yán)重，工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的代價(jià)是造成城市和周邊的水系以及附近海域嚴(yán)重污染，水體本身的自凈能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上污染物的排放速度。城市化進(jìn)程給城市水環(huán)境安全造成的威脅關(guān)系[1]如圖1所示。

圖1 城市化和城市水環(huán)境安全關(guān)系圖

2 利用雨水構(gòu)建城市水環(huán)境的研究概況

2.1 國(guó)外雨水應(yīng)用于城市水環(huán)境構(gòu)建概況

國(guó)外城市化進(jìn)程推進(jìn)比較早，城市化的水環(huán)境問(wèn)題出現(xiàn)也較早，作為世界上的發(fā)達(dá)國(guó)家，美國(guó)的城市水環(huán)境管理體制完善，注重流域統(tǒng)籌規(guī)劃，治理和保護(hù)相結(jié)合，對(duì)雨水的利用是由點(diǎn)及面的[2]。德國(guó)的城市水環(huán)境考慮集成化利用雨水資源，相關(guān)的設(shè)備普及率高[3]。日本的神戶港市（日本本州）在1995年地震后基礎(chǔ)水利設(shè)施重建中，依靠雨水的收集利用度過(guò)了難關(guān)，同時(shí)，災(zāi)后重建中的神戶港市認(rèn)識(shí)到水環(huán)境和水資源本地化的趨勢(shì)，充分利用當(dāng)?shù)氐挠晁Y源，并投入雨水設(shè)施和管網(wǎng)建設(shè)，重建后的神戶港市的水環(huán)境朝著一個(gè)生態(tài)良好的方向發(fā)展[4]。澳大利亞的水資源相對(duì)貧乏，城市中水環(huán)境方面的雨水利用主要由節(jié)約水資源、補(bǔ)注地下水維持生態(tài)平衡作為基本的出發(fā)點(diǎn)[5]。發(fā)達(dá)國(guó)家的雨水構(gòu)建城市水環(huán)境處于不同的階段，由重要需求出發(fā)，應(yīng)用較普遍，管理也比較到位，經(jīng)驗(yàn)值得我國(guó)城市借鑒。

2.2 國(guó)內(nèi)雨水構(gòu)建城市水環(huán)境研究概況

國(guó)內(nèi)城市水環(huán)境構(gòu)建思路廣闊，總體來(lái)說(shuō)都考慮到了雨水資源的利用，但是側(cè)重點(diǎn)各有不同。車伍等[6]在城市水資源日益緊缺和城市雨水利用技術(shù)快速發(fā)展的背景下，分析我國(guó)城市水環(huán)境應(yīng)用雨水現(xiàn)實(shí)性，提出編制雨水利用規(guī)劃是非常必要而具有現(xiàn)實(shí)意義的。顏京松等[7]對(duì)我國(guó)城市存在的諸多水環(huán)境問(wèn)題從生態(tài)實(shí)質(zhì)的角度指出原因：資源代謝在時(shí)空尺度上的生態(tài)滯留或耗竭，系統(tǒng)耦合在結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系上的錯(cuò)位和失調(diào)，社會(huì)行為在經(jīng)濟(jì)和生態(tài)、局部和整體關(guān)系上的短見(jiàn)和缺損，沖突和失調(diào)，提倡用生態(tài)的辦法予以修復(fù)。張國(guó)興等[8]對(duì)西北干旱缺水城市水環(huán)境系統(tǒng)建設(shè)模式進(jìn)行了研究：提出要綜合利用雨水和污水回用來(lái)激活生態(tài)水環(huán)境。周斌等[9]根據(jù)生態(tài)學(xué)原理結(jié)合水體自身特點(diǎn)，提出應(yīng)用近自然原理進(jìn)行城市水環(huán)境規(guī)劃，其中充分考慮到利用雨水資源進(jìn)行水環(huán)境的自然修復(fù)。熊家晴等[10]將免疫學(xué)引入到城市水環(huán)境系統(tǒng)中，研究了其免疫機(jī)制并構(gòu)建了相應(yīng)的概念模型，其中免疫修復(fù)必須要充分合理地利用雨水資源的生態(tài)修復(fù)功能。劉珍環(huán)等[11]研究了城市化的重要指標(biāo)——不透水表面的城市水環(huán)境效益，研究表明，不透水表面對(duì)水文效應(yīng)的影響表現(xiàn)在短時(shí)間增大降雨徑流量和長(zhǎng)時(shí)間增加洪水頻率和徑流總量；同時(shí)對(duì)水質(zhì)的影響表現(xiàn)在增加水體的非點(diǎn)源污染負(fù)荷，將雨水通過(guò)不透水表面對(duì)人的影響效應(yīng)向精確化方向推進(jìn)。劉濱誼等[12]通過(guò)研究得出：有必要從城市規(guī)劃選址與城市水系統(tǒng)結(jié)合，規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮雨水利用及用生態(tài)植物群落蓄積凈化雨水三方面，綜合解決城市園林景觀用水問(wèn)題。陳雷等[13]結(jié)合案例介紹了利用人工雨水濕地改善城市水環(huán)境的結(jié)構(gòu)和工作原理。

3 以雨水為核心的城市水環(huán)境構(gòu)建思路

3.1 以雨水停留方位為核心的分區(qū)綜合構(gòu)建

雨水是城市水循環(huán)系統(tǒng)最主要的參與者，它主要的循環(huán)路徑為：空中層—地面層—地下層—空中層，組成城市水環(huán)境的水體都來(lái)源于雨水，只是停留的方位不同。因此可以分3個(gè)部分調(diào)控雨水，而從整體上系統(tǒng)地構(gòu)建城市水環(huán)境的概念模型，如圖2所示。

圖2 城市空間分層次構(gòu)建水環(huán)境概念模型

3.1.1 空中層

雨水在空中時(shí)，表面上看跟城市的水環(huán)境相差甚遠(yuǎn)，其實(shí)，它與城市的氣候、溫度和濕度密切相關(guān)，空中雨水的質(zhì)和量都應(yīng)當(dāng)受到人們的關(guān)注?？梢酝ㄟ^(guò)衛(wèi)星對(duì)城市各個(gè)區(qū)域的云層進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)預(yù)報(bào)雨晴和氣象情況，隨著衛(wèi)星監(jiān)測(cè)技術(shù)的精確化發(fā)展，可以越來(lái)越準(zhǔn)確地得知相關(guān)的雨情。

3.1.2 地表層

降雨伴隨空中的塵埃和污染物來(lái)到地表，城市區(qū)域地表大多為硬化下墊面，這樣的地表不利于雨水下滲，短時(shí)間內(nèi)暴雨將匯集大量的地表徑流。利用各種形式的截留綠化帶和匯流管道系統(tǒng)進(jìn)行收集，修建合適的蓄水池、蓄水溝渠以及安裝收集桶、灌等能較有效地將雨水按照人們的意愿進(jìn)行導(dǎo)向性地引流，達(dá)到有效管理雨水目的。地表的雨水徑流是人類活動(dòng)的水資源的保障，目前除了少數(shù)污染嚴(yán)重的地區(qū)以外，一般城市的雨水收集進(jìn)行簡(jiǎn)單處理后都能滿足日常雜用水和市政用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。就地收集的雨水凈化處理后，在量和質(zhì)兩方面基本都能滿足城市水環(huán)境的構(gòu)建所需的水資源。部分水質(zhì)較好的區(qū)域，甚至可以進(jìn)行飲用水的補(bǔ)充以及地下水的回灌。

3.1.3 地下層

城市水環(huán)境的一個(gè)重要組成方面是地下水環(huán)境，雨水補(bǔ)給地下水的通道被人工的硬化下墊面所阻斷，地下水環(huán)境某種層面上講是區(qū)域性的，和本地區(qū)的土地、當(dāng)?shù)刂参?、或地面的建筑是密切相關(guān)的，地下水環(huán)境的構(gòu)建是一項(xiàng)系統(tǒng)而長(zhǎng)期的工程，見(jiàn)效雖然慢，但是，事關(guān)生存發(fā)展，應(yīng)予以高度重視。雨水的就地下滲應(yīng)該在法律政策層面上予以支持，收集的雨水經(jīng)過(guò)處理能達(dá)到地下水回灌標(biāo)準(zhǔn)的，一定要加大回灌力度，否則，也可以置換出相應(yīng)的飲用水或者其他來(lái)源水進(jìn)行地下水回灌。城市水環(huán)境的構(gòu)建離不開(kāi)地下水環(huán)境的構(gòu)建，沒(méi)有一個(gè)良好的地下水環(huán)境的城市，是不能可持續(xù)發(fā)展的。

3.2 以雨水利用難易程度為核心的分層構(gòu)建方向

以雨水為核心的城市水環(huán)境的構(gòu)建要遵循從易到難的原則，這個(gè)原則是根據(jù)量變質(zhì)變?cè)硖岢龅?。?jiǎn)單的方式較易推廣和堅(jiān)持，實(shí)踐后成為一種觀念進(jìn)入到生活中，較難實(shí)施的步驟也能為群體所接受和推廣利用。以雨水為核心構(gòu)建城市水環(huán)境，從易到難的構(gòu)建方向如圖3所示。

圖3 以雨水構(gòu)建城市水環(huán)境的構(gòu)建方向

3.2.1 政策觀念層

雨水一直以來(lái)在人們的觀念中是免費(fèi)和沒(méi)有價(jià)值的自然資源，但是，隨著水資源的稀缺，雨水在一定的層面上價(jià)值發(fā)生了變化，如何用全新的理念來(lái)帶動(dòng)人們對(duì)某種物質(zhì)的看法，并且通過(guò)改變觀念來(lái)主動(dòng)自發(fā)地參與到城市生態(tài)化水環(huán)境的生態(tài)構(gòu)建中來(lái)，這是一項(xiàng)艱巨而長(zhǎng)期的任務(wù)。觀念層的構(gòu)建，主要實(shí)施教育手段，播放有關(guān)的視頻和公益廣告，通過(guò)社區(qū)的科普活動(dòng)，校內(nèi)雨水知識(shí)和新觀念的普及，同時(shí)以法律的形式進(jìn)行強(qiáng)制規(guī)范，利用鼓勵(lì)性的政策導(dǎo)向，等等。觀念層的推廣實(shí)施是簡(jiǎn)易的，應(yīng)予以優(yōu)先滲透。

3.2.2直接利用——增加下滲量

城市水環(huán)境問(wèn)題的現(xiàn)狀不是一天兩天造成的，以雨水為核心進(jìn)行改善構(gòu)建也不是一天兩天能做到的，目前較易推行的是盡量增加雨水的下滲量，讓自然水循環(huán)在一定程度上恢復(fù)起來(lái)。目前，全國(guó)各大城市爭(zhēng)創(chuàng)生態(tài)文明城市，各大城市均大力推動(dòng)生態(tài)化園林綠化工程的建設(shè)，一些城市已經(jīng)進(jìn)行了屋面綠化和雨水花園的試點(diǎn)，取得了較好的成效。下滲量增加對(duì)城市的環(huán)境氣候有非常好的調(diào)控作用，地下水環(huán)境功能也能在很大程度上較好地逐步恢復(fù)。

3.2.3 就地蓄積利用

就地蓄積利用相對(duì)于增加下滲量的措施，要增加相應(yīng)的工程措施的投資，不過(guò)工程實(shí)施后也會(huì)有一定量水資源的節(jié)約，用雨水來(lái)替換自來(lái)水用于生活雜用和市政美化，從經(jīng)濟(jì)角度看需要一定的回收期才能平衡收支，但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看是經(jīng)濟(jì)的。而且，節(jié)約使用的水資源在一定的區(qū)域得以涵養(yǎng)，集中的水體對(duì)一定量的污染物可以進(jìn)行自然生物凈化作用。這一點(diǎn)分散的水資源是沒(méi)有辦法做到的。

3.2.4 改造地面地下工程措施利用

改造地面地下的工程措施相對(duì)就地蓄積利用又增加了難度。因?yàn)椋粌H要修建新的工程設(shè)施，也必須對(duì)現(xiàn)有的條件進(jìn)行去除，比如，硬化路面、舊的設(shè)施的拆除等，同時(shí)還需要購(gòu)置設(shè)施，對(duì)地表和較深層地面進(jìn)行或大或小的改造，如果設(shè)計(jì)和施工不當(dāng)很可能造成重復(fù)施工或者工程無(wú)法投入使用，以及人工材料成本等一系列問(wèn)題，所需要的資金也比就地蓄積利用要大得多。

4 結(jié)論

在研究利用雨水資源構(gòu)建城市水環(huán)境的國(guó)內(nèi)外概況后，構(gòu)建出城市水環(huán)境三維一體化共建的概念模型，指出：在用雨水構(gòu)建城市水環(huán)境中，有條件的要優(yōu)先構(gòu)建地下水環(huán)境。同時(shí)通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外的構(gòu)建經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外以雨水為核心的城市水環(huán)境構(gòu)建有一條方向明確的構(gòu)建思路，即從易到難，逐步構(gòu)建生態(tài)化的城市水環(huán)境，共同建設(shè)人類美好的家園。

[1] 劉耀龍，陳圓圓，王軍，等.淺論城市化與水環(huán)境安全的關(guān)系[J].資源環(huán)境與發(fā)展.2010，4：32-34.

[2] 美國(guó)環(huán)境保護(hù)局.美國(guó)流域水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃手冊(cè)[M].李云生，孫娟，吳悅穎，等譯.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2010：6-20.

[3] Klaus W K?nig.The rainwater technology handbook-rain harvesting in building[M].Dortmund(Germany):Wilo-Brain，2001：15-103.

[4] Prepared by Infrastructure Development Institute-Japan，Japan River Association.Rivers in Japan 98[A].Under the Supervision of River Bureau，Ministry of Construction，1998：16-23.

[5] 童國(guó)慶.澳大利亞的城市雨水利用設(shè)計(jì)[J].水利水電快報(bào)，2007，28(15)：4-5.

[6] 董蕾，車伍，李海燕，等，我國(guó)部分城市的雨水利用規(guī)劃現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題[J].中國(guó)給水排水，2007,(23)22：1-5.

[7] 顏京松，王美珍.城市水環(huán)境問(wèn)題的生態(tài)實(shí)質(zhì)[J].現(xiàn)代城市研究，2005(1)：6-10.

[8] 張國(guó)興，袁宏林.對(duì)干旱缺水城市水環(huán)境系統(tǒng)建設(shè)模式的思考[J].山西建筑，2009，35(26):155-157.

[9] 周斌，錢新，錢瑜，等.近自然原理在城市水環(huán)境規(guī)劃中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2007(2)：25-28.

[10] 熊家晴，嚴(yán)濤，王曉昌.城市水環(huán)境系統(tǒng)的免疫機(jī)制及其概念模型[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，38(6):748-751.

[11] 劉珍環(huán)，李猷，彭建.城市不透水表面的水環(huán)境效應(yīng)研究進(jìn)展[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2011，30(3):275-281.

[12] 劉濱誼，許珊.利用雨水收集系統(tǒng)解決景觀用水問(wèn)題[J].中國(guó)園林，2006(12)：54-56.

[13] 陳雷，任鵬飛.人工濕地對(duì)城市水體生態(tài)環(huán)境的改善作用[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，28(01)：47-50.