城市雨水收集利用的技術(shù)進(jìn)展及在我國的應(yīng)用前景

楊 碩，代 政，劉春光

(1.天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)南港規(guī)劃建設(shè)服務(wù)中心 天津 300457；2.南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 天津 300071)

0 引 言

我國人口基數(shù)大，用水量巨大，缺水問題十分突出。因此，為城市開發(fā)新的水資源已成為很多缺水型城市緩解缺水問題的重要出路。遺憾的是，我國絕大多數(shù)城市建設(shè)過程中很少考慮到對雨水的收集利用。城市建筑的表面大都采用了不透水的材料，一方面導(dǎo)致雨水不能滲入補(bǔ)充地下水，容易引發(fā)地面下沉、海水入侵等問題；另一方面，雨水的快速匯聚容易導(dǎo)致地面積水和城市內(nèi)澇。[1-2]雨水得不到收集，既浪費(fèi)了資源，也增加了市政管網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的水污染。

為了解決城市缺水和過量雨水帶來的環(huán)境問題，從 20世紀(jì) 70年代，世界各國就開始重視開發(fā)利用城市雨水資源。[1,3]美國在20世紀(jì)80年代初對所有新開發(fā)區(qū)強(qiáng)制實(shí)行“就地滯洪蓄水”，在停車場采用嵌草路面，在道路沿線兩側(cè)設(shè)置地下蓄水層；[2,4]德國修建了大量雨水池，利用天然地形地貌及人工設(shè)施收集、處理、利用雨水，并形成了配套的法律法規(guī)；[2]澳大利亞政府出臺了相關(guān)政策，為安裝雨水回收利用裝置的居民提供經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼。[5]

我國的雨水利用技術(shù)起步較晚，發(fā)展相對滯后。首先在農(nóng)村地區(qū)，開展了陜西省“甘露”工程、寧夏南部“窯窖農(nóng)業(yè)”等工程項(xiàng)目。[4]隨后發(fā)展到城市，在天津、北京、上海等地也采用雨水收集利用系統(tǒng)，將雨水應(yīng)用于綠化、景觀、市政雜用。[6]同時還頒布了類似《雨水集蓄利用工程技術(shù)規(guī)范》(SL 267—2001)的政策法規(guī)。

1 雨水收集利用技術(shù)

1.1 雨水收集利用技術(shù)概述

1.1.1 雨水的傳統(tǒng)收集

雨水傳統(tǒng)收集分為屋面雨水收集和地面雨水收集。屋面雨水收集的工藝設(shè)計由收集池、屋面排水溝和落水管、初期棄流裝置、調(diào)節(jié)池、過濾池、回灌池、輸配水及排水管道構(gòu)成。[7]地面雨水收集系統(tǒng)由收集池、初期棄流裝置、調(diào)節(jié)池、過濾池、回灌池、輸配水及排水管道構(gòu)成。[1]

1.1.2 生態(tài)雨水的收集

傳統(tǒng)雨水收集方法在前期建設(shè)和后期維護(hù)方面成本高，容易造成污染，影響美觀。人們對雨水的收集設(shè)施進(jìn)行了改進(jìn)，兼顧其經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)效益。

①景觀湖。住宅區(qū)、公園、校園等區(qū)域都會建造景觀湖和景觀河道，對直接降雨進(jìn)行容納和儲存，在洪汛期起到排洪、泄洪的作用。同時，景觀湖周圍的植被，可以緩解降水對地表的沖刷，也能通過吸收、吸附及微生物降解等作用，去除雨水中的有害物質(zhì)，周邊土壤可以增強(qiáng)地表的入滲作用，補(bǔ)充地下水。[8]②植草淺溝。在地表溝渠種植草本植物，一方面溝渠可以對雨水進(jìn)行疏導(dǎo)，防止城市內(nèi)澇；另一方面植物可以通過過濾、沉淀、吸收、降解等途徑對雨水的污染物進(jìn)行初步去除，這在綠化面積大、非透水性材料鋪裝的路面應(yīng)用廣泛。[9]③下凹式綠地。植被的標(biāo)高普遍高于路面，導(dǎo)致降水難以通過植被下的土壤下滲。下凹式綠地有助于不透水路面的積水流入綠地，增加雨水的入滲量，同時，雨水經(jīng)過顆粒物沉淀、植物吸附和微生物分解等作用，水質(zhì)可以得到改善，減少了處理成本。[8]④透水路面和植草磚。在鋪設(shè)路面時用半透水和弱透水材料取代不透水材料，可以增大地表對雨水的入滲作用，不僅可以補(bǔ)充地下水源，還能增加生活的舒適度，平衡生態(tài)系統(tǒng)。[8]

1.2 適合雨水回收利用的區(qū)域

1.2.1 住宅小區(qū)

住宅小區(qū)擁有眾多的建筑群，屋頂表面都是采用不透水材料鋪設(shè)，降雨時屋頂?shù)姆e水會對建筑本身造成侵蝕；小區(qū)路面雨水匯聚后形成路面積水，給居民的生活造成不便，也會對小區(qū)的排水管網(wǎng)造成負(fù)擔(dān)。如果將這些雨水收集利用，建造人工湖、人工濕地，或者家用澆花、沖廁，可以極大地節(jié)約水資源。

1.2.2 道路

道路具有硬化表面，有利于雨水的收集，但不利于雨水的儲存、處理和使用。典型的路面雨水收集利用系統(tǒng)主要由集水儲水系統(tǒng)以及傳輸、灌溉系統(tǒng)組成，其中集水儲水系統(tǒng)主要是落水篦子和集水井，傳輸系統(tǒng)則是市政管網(wǎng)，灌溉系統(tǒng)由盲溝網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。路面積水匯流至雨水箅子，過濾后流入地下盲溝網(wǎng)絡(luò)，雨水通過盲溝滲流對綠化帶進(jìn)行灌溉，雨量超過盲溝負(fù)載時，多余雨水溢流到雨水管網(wǎng)。[9]

1.2.3 公園、校園、各類園區(qū)

公園、校園及各類園區(qū)主要采取鋪設(shè)生態(tài)型透水地面，修建下凹式綠地等手段，充分利用綠地、微地形等現(xiàn)有資源對雨水進(jìn)行收集利用，使雨水通過入滲的方式補(bǔ)充地下水，既保證景觀，又降低前期工程建設(shè)和后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

1.2.4 工廠區(qū)

工廠區(qū)作為工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)生區(qū)，污染物較多，在雨水回收利用時需要考慮工業(yè)生產(chǎn)中的污染物對雨水水質(zhì)的破壞。以液化石油氣廠為例，考慮到液化石油氣在常溫常壓下比空氣重，會向著低洼處運(yùn)動，生產(chǎn)區(qū)的排水系統(tǒng)采取防止液化石油氣排入其他地下管道或低洼部位的措施。[10]

1.2.5 大型場館

體育館等大型場館擁有巨大的屋面面積，當(dāng)降雨發(fā)生時會出現(xiàn)大面積的積水，會使建筑主體承受壓力變大，也會造成腐蝕。因此，在大型體育場館的配套設(shè)施中都有雨水收集系統(tǒng)，將雨水收集后處理回用。例如，上海旗忠森林國際網(wǎng)球中心的主賽場屋頂為水平旋轉(zhuǎn)移動式的開合式屋蓋，采用了開合式屋面雨水分步收集和排放的設(shè)計方案，將屋面雨水分為兩部分串聯(lián)收集和排放。[11]

1.3 回收雨水的應(yīng)用

一般情況下，收集的雨水中含有的主要污染物質(zhì)是懸浮物(SS)和化學(xué)需氧量(COD)，水質(zhì)比較清潔，經(jīng)過初期棄流之后，水質(zhì)穩(wěn)定，收集到的雨水經(jīng)過沉淀、過濾、化學(xué)處理等步驟之后，根據(jù)不同的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可以回用于很多方面。

1.3.1 生活雜用水、工業(yè)用水

在生活和工業(yè)生產(chǎn)中，有很多地方的用水水質(zhì)要求并不高。雨水污染并不嚴(yán)重，水質(zhì)比較穩(wěn)定，收集后經(jīng)過簡單處理可以回用為家庭、公共、工業(yè)的非飲用水，比如沖廁、洗滌、庭院澆灌，既節(jié)約了飲用水，又減輕了市政排水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。[12]

1.3.2 綠地灌溉

收集的雨水不但可以為植物補(bǔ)充所需要的水分，雨水中還溶解了空氣中氣態(tài)的氮、磷、硫等營養(yǎng)元素以及懸浮顆粒物吸附的金屬元素、有機(jī)物等，可以為植物的生長提供必要的給養(yǎng)。雨水不但可以直接就地利用，還可以收集后用于集中灌溉。[12]

1.3.3 補(bǔ)充地表水

如今濱水景觀的開發(fā)越來越熱，水源的補(bǔ)充是一個亟待解決的問題，雨水在空間上分散，水質(zhì)穩(wěn)定，可以彌補(bǔ)再生水的不足。[12]同時，由于人口增多，水資源的浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，近年來很多河流和湖泊水位下降甚至干涸，將城市中的雨水收集起來，對地表水體進(jìn)行補(bǔ)充可以極大地緩解我國地表水資源急劇減少的問題。

1.3.4 回灌地下水

地下水的過度開采會造成降水漏斗不斷擴(kuò)大、含水層疏干、地面下沉、海水入侵、荒漠化和沙化等危害。[13]因此，在豐水期或洪汛期，收集多余的雨水，經(jīng)過凈化處理，對地下水進(jìn)行合理的回灌，不但可以增加地下水的儲量，還能減少地表徑流，防洪排洪。[12]

2 結(jié)語與展望

2.1 存在問題

總結(jié)目前國內(nèi)對雨水收集利用的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并與國外已經(jīng)開展的研究進(jìn)行對比，我國的城市雨水回收利用在系統(tǒng)管理和具體工藝設(shè)施上還存在一些問題。[14-15]

2.1.1 系統(tǒng)管理

只有一些基本法規(guī)，尚無相關(guān)的政策支持；回收水質(zhì)沒有專門標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)規(guī)范尚未系統(tǒng)化建立；對地域性的水文條件調(diào)查不足，沒有完全掌握氣候狀況、地表徑流特征和污染狀況，沒有針對特定地區(qū)的特定方法；城市雨水收集利用設(shè)施尚未列入城市規(guī)劃，設(shè)施布局不合理，間接造成了浪費(fèi)。

2.1.2 工藝設(shè)施

已有的雨水收集池中沒有水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，無法對收集到的雨水進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測；雨水回收利用系統(tǒng)工程建設(shè)沒有因地制宜，造成成本增加和資源的浪費(fèi)；工藝設(shè)施投入大，后期維修維護(hù)的潛在成本較高；處理雨水時積累的污染物的處理沒有成熟的體系，也間接增加了成本。

2.2 前景分析

隨著人們對水資源的需求越來越大，雨水資源將會成為未來水資源中重要的組成部分，并作為第二水源應(yīng)用于生活中。雖然目前限于技術(shù)的發(fā)展，回收雨水只能應(yīng)用于水質(zhì)要求低的場所，[16]但當(dāng)水處理技術(shù)發(fā)展到一定程度，雨水資源甚至可以取代地下水源，從而極大地改善地下水短缺的現(xiàn)狀。在多雨地區(qū)，降水會給城市居民生活造成很大的不便，雨水回收利用技術(shù)也是城市雨水管理的一個重要手段。[17]

目前我國水資源短缺，而且水資源的需求量大，雨水的收集利用技術(shù)可以極大地緩解市政用水、灌溉用水等對水資源的消耗，還能減少城市內(nèi)澇、生態(tài)平衡破壞等環(huán)境問題。國內(nèi)外對雨水回收利用的實(shí)踐都證明了雨水資源的巨大價值，并且在生產(chǎn)實(shí)踐中逐漸探索出成熟的雨水收集利用體系。在雨水收集利用技術(shù)發(fā)展的過程中，國家也不斷出臺相應(yīng)的政策對雨水收集利用提供支持，制定出法律法規(guī)，使雨水回收利用有章可循、有法可依?！?/p>

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