雨水資源化利用技術(shù)及工程案例探討

王 振，胡 瑜，郭 軍

（湖北省武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430015）

1 引言

城市雨水也稱城市雨洪，是指城市區(qū)域內(nèi)由于汛期降雨所產(chǎn)生的雨水徑流或洪水。降雨時(shí)，雨水加速向城市的河道匯集，洪峰流量迅速形成，城市的排水設(shè)施難堪重負(fù)，水澇災(zāi)害頻發(fā)等一系列嚴(yán)重的問(wèn)題［1］。城市雨水利用指的是通過(guò)工程和非工程措施，分散實(shí)施、就地?cái)r蓄、儲(chǔ)存和利用城鎮(zhèn)雨水，避減洪澇災(zāi)害，增加城鎮(zhèn)供水量，改善城鎮(zhèn)生態(tài)與環(huán)境的過(guò)程［2］。

隨著我國(guó)城市化速度的不斷加快，水資源匱乏及城市內(nèi)澇的矛盾日益突出，城市規(guī)劃與建設(shè)過(guò)程中如何合理利用雨水資源逐漸成為緩解水資源短缺及排澇的一種重要途徑［3］。因此，必須綜合利用雨水，實(shí)現(xiàn)水資源的合理開(kāi)發(fā)、優(yōu)化配置和高效利用。

2 雨水利用的可行性分析

雨水是一種最根本、最直接、最經(jīng)濟(jì)的水資源，已經(jīng)得到世界各國(guó)的認(rèn)可，雨水作為一種補(bǔ)充水源越來(lái)越受到廣泛的重視［4］。雨水凈化處理工藝簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，具有長(zhǎng)期效益，并且這些雨水資源的產(chǎn)出不受其他社會(huì)和人為因素影響。據(jù)調(diào)查，雨水收集基本建設(shè)投資不到200元／m3，運(yùn)行費(fèi)用不足0.1元／m3，而污水深度處理工程投資則達(dá)0.14～0.25萬(wàn)元／m3，運(yùn)行費(fèi)用為0.4～0.8元／m3，與污水再利用相比，雨水收集利用更為可行［5］。

雨水滲透能夠適當(dāng)提高地下水位，補(bǔ)充地下水，對(duì)于地下水超采城市來(lái)說(shuō)具有重要的意義。雨水的綜合利用可減少城市街道雨水徑流量，減輕城市排水的壓力。雨水用于工農(nóng)業(yè)用水和生活用水，為城市提供新的供給水源，緩解水資源供需矛盾［6］。

3 雨水處理技術(shù)及案例分析

李俊奇等［7］介紹了道路生物滯留帶的設(shè)計(jì)案例，并對(duì)其徑流控制效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。道路雨水生態(tài)處置措施改變了傳統(tǒng)的道路排水理念，在保證道路排水安全的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了雨水的滲透利用和徑流污染控制，降低了下游水體污染的風(fēng)險(xiǎn)，在一定程度上改善了城市水環(huán)境。合理應(yīng)用道路雨水生態(tài)處置技術(shù)可有效削減徑流體積和峰流量，控制徑流污染，具有較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，在我國(guó)具有廣闊的應(yīng)用前景。王耀堂等［8］結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用狀況，分析了滲透排放一體生態(tài)雨水系統(tǒng)的技術(shù)措施和設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)分析了對(duì)地面徑流的影響。綜合雨水利用設(shè)施可大幅度減少雨水的排出量，對(duì)城市排水系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)產(chǎn)生顯著的影響，在同等設(shè)計(jì)年限下，可適當(dāng)減小城市雨水管網(wǎng)管徑。

黃勇強(qiáng)等［9］針對(duì)城市雨水徑流的水質(zhì)特點(diǎn)，提出了初期棄流、水力旋流分離、生態(tài)浮床組合工藝，并用于鎮(zhèn)江市雨水處理與回用示范工程。運(yùn)行結(jié)果表明，初期棄流池和旋流分離器對(duì)SS的去除起主要作用，最高去除率都在70%以上，而生態(tài)浮床主要是去除COD和溶解態(tài)的氮、磷，三者除污作用的互補(bǔ)確保了系統(tǒng)對(duì)暴雨徑流中SS、COD、NH＋4－N、TN和TP均有較好的去除效果，使出水水質(zhì)達(dá)到了城市綠化用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。該工程集城市雨水收集、處理及回用于一體，為南方城市住宅小區(qū)、學(xué)校、公園等建筑場(chǎng)所的雨水資源化利用提供了示范。

程江等［10］利用上海地區(qū)2000～2009年的降雨資料，模擬了屋面雨水利用設(shè)施的長(zhǎng)期運(yùn)行效率，并分析了影響運(yùn)行效率的主要因素。研究結(jié)果顯示：屋面雨水利用設(shè)施具有良好的長(zhǎng)期運(yùn)行效率，在雨水用量為100L／（d·戶）、屋面雨水蓄積量為40L／m2的條件下，系統(tǒng)可保持平均為90%以上的長(zhǎng)期運(yùn)行效率；屋面雨水利用設(shè)施可有效調(diào)蓄雨水徑流和延遲徑流產(chǎn)生時(shí)間，當(dāng)屋面雨水蓄積量大于50L／m2時(shí)，系統(tǒng)可充分調(diào)蓄5年一遇的暴雨屋面徑流，極端情況下可削減徑流深約25.1mm；單位面積屋面雨水使用量和單位面積屋面雨水蓄積量是影響系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行效率的兩方面重要因素。因此，合理設(shè)計(jì)屋面雨水利用設(shè)施長(zhǎng)期運(yùn)行效率的重要影響參數(shù)（單位面積屋面雨水使用量和單位面積屋面雨水蓄積量），可有效發(fā)揮屋面雨水利用設(shè)施的調(diào)蓄雨水徑流效應(yīng)。

李俊奇等［11］提出了適合我國(guó)北方地區(qū)的“高花壇＋ 低綠地＋ 植被淺溝、滲透溝”雨水綜合滲透系統(tǒng)，用圖例說(shuō)明設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其計(jì)算方法和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析作了探討。許萍等［12］研究了人工土植物系統(tǒng)對(duì)北京城區(qū)雨水徑流的凈化作用及其規(guī)律。人工土植物系統(tǒng)可通過(guò)土壤的吸附作用、植物根系的吸收作用、微生物的生化反應(yīng)以及化學(xué)沉淀反應(yīng)等途徑去除徑流雨水中的磷（圖1）。

圖1 典型城市道路雨水生態(tài)技術(shù)的應(yīng)用

熊家晴等［13］根據(jù)質(zhì)量守衡定律對(duì)雨水處理自然流人工濕地面積計(jì)算的理論基礎(chǔ)進(jìn)行了分析，提出城市雨水處理利用系統(tǒng)中人工濕地的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。田葳［14］針對(duì)生態(tài)小區(qū)水環(huán)境的要求，以北京市某小區(qū)雨水回用設(shè)計(jì)為例，結(jié)合小區(qū)的特點(diǎn)，對(duì)小區(qū)雨水進(jìn)行收集后采用人工土壤－植被滲濾－土壤濾池的生態(tài)過(guò)濾技術(shù)，來(lái)完成植物根系和土壤中微生物對(duì)污染物進(jìn)行吸收和分解的物理、化學(xué)、生物等凈化作用。雨水經(jīng)處理后作為雜用水及景觀用水，可用于洗車、澆灌及水景補(bǔ)充等，構(gòu)成一個(gè)雨水處理與綠化、景觀相結(jié)合的生態(tài)系統(tǒng)，體現(xiàn)了生態(tài)住宅和可持續(xù)發(fā)展的思想。另外，設(shè)計(jì)中還采用鋪設(shè)滲透管和透水磚的形式，使雨水經(jīng)滲透補(bǔ)入地下水，可以起到削減洪峰、減少水土流失、涵養(yǎng)地下水源、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境的作用。

張煒等［15］介紹了一種生態(tài)型的雨水滲透設(shè)施下凹式綠地，并且綜合綠地服務(wù)匯水面面積、土壤滲透系數(shù)、設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期、周邊設(shè)施的布置情況等多種影響因素，提出了下凹式綠地的設(shè)計(jì)方法，合理確定了下凹式綠地的設(shè)計(jì)控制參數(shù) 綠地下凹深度及綠地面積。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程，建議用下凹式綠地設(shè)計(jì)計(jì)算圖取代數(shù)值計(jì)算，并以邯鄲為例介紹下凹式綠地設(shè)計(jì)計(jì)算圖的繪制方法及應(yīng)用。

羅紅梅等［16］介紹了一種生態(tài)型的雨洪控制與利用設(shè)施 雨水花園，并詳細(xì)介紹了雨水花園的功能、分類、設(shè)計(jì)計(jì)算、植物選擇原則及維護(hù)管理措施。一般來(lái)說(shuō)，雨水花園可以構(gòu)建在黏土、砂土等各種類型的土壤上，主要適用于城市公共建筑、住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)以及工業(yè)區(qū)的建筑、停車場(chǎng)、道路等的周邊，而且還適用于處理和利用別墅區(qū)、旅游生態(tài)村等分散建筑和新建村鎮(zhèn)的雨洪徑流（圖2）。

圖2 雨水花園的結(jié)構(gòu)示意

4 結(jié)語(yǔ)

開(kāi)展雨水資源化利用可有效增加雨水下滲量，對(duì)補(bǔ)給地下水、減輕城市排水壓力及改善小區(qū)環(huán)境等具有重要的社會(huì)、環(huán)境和生態(tài)效益。還可以從宏觀上改善區(qū)域環(huán)境，部分解決我國(guó)城市建設(shè)發(fā)展過(guò)程中的水資源短缺問(wèn)題，推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展［17］。

［1］曾 娜，肖 銳.淺談?dòng)晁C合利用技術(shù)［J］.工程建設(shè)，2010，42（3）：33～35，38.

［2］祁麗燕.城市雨水資源利用分析［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2010（4）：35～36.

［3］張翼飛，吳 云.居住小區(qū)雨水資源化利用生態(tài)處理技術(shù)［J］.科技資訊，2010（28）：124.

［4］王曉暉.居住區(qū)雨水收集及利用［J］.綠色科技，2010（7）：35～36.

［5］王麗川.北方城市雨水資源綜合利用初探［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2010（3）：90～91.

［6］李 程.淺談我國(guó)城市雨水的綜合利用［J］.能源與環(huán)境，2010（5）：65～67.

［7］李俊奇，王文亮，邊 靜，等.城市道路雨水生態(tài)處置技術(shù)及其案例分析［J］.中國(guó)給水排水，2010，26（16）：60～64.

［8］王耀堂，孫自亮，張琦智，等.滲透排放一體生態(tài)雨水系統(tǒng)的工程應(yīng)用［J］.中國(guó)給水排水，2010，26（16）：58～59，64.

［9］黃勇強(qiáng)，吳 濤，厲晶晶，等.初期棄流／旋流分離／生態(tài)浮床工藝處理徑流雨水［J］.中國(guó)給水排水，2010，26（11）：1～4.

［10］程 江，丁 敏，潘 煒，等.上海城市屋面雨水利用設(shè)施長(zhǎng)期運(yùn)行效率分析［J］.2010，26（16）：43～47.

［11］李俊奇，汪慧貞，車 武.城市小區(qū)雨水滲透方案設(shè)計(jì)［J］.水資源保護(hù)，2004（3）：13～14，42.

［12］許 萍，李俊奇，郭 靖，等.北京城區(qū)雨水人工土植物系統(tǒng)水質(zhì)凈化研究［J］.北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，21（4）：45～50.

［13］熊家晴，高延雄，劉 瑞.雨水處理自然流人工濕地面積計(jì)算方法［J］.中國(guó)科技論文在線，2010，5（7）：505～508.

［14］田 葳.生態(tài)小區(qū)雨水回用設(shè)計(jì)［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2010（9）：227～230.

［15］張 煒，車 伍，李俊奇，等.圖解法用于雨水滲透下凹式綠地的設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)給水排水，2008，24（20）：35～39.

［16］羅紅梅，車 伍，李俊奇，等.雨水花園在雨洪控制與利用中的應(yīng)用［J］.中國(guó)給水排水，2008，24（6）：48～52.

［17］樊 棟，王永強(qiáng).建筑小區(qū)雨水利用設(shè)計(jì)淺析［J］.給水排水，2010（36）：342～345.