太原市雨水資源利用方法研究

柴宇婕 王雪妮

（太原理工大學水利科學與工程學院 山西太原 030000）

太原市雨水資源利用方法研究

柴宇婕 王雪妮

（太原理工大學水利科學與工程學院 山西太原 030000）

隨著太原市城市化進程的加速，城市雨水資源利用成為水務工作的重點?；谟晁Y源利用現(xiàn)狀調查，對太原市雨水資源利用中存在的問題進行了分析，從工程措施和非工程措施兩方面給出了加快太原市城市雨水資源利用的若干方法。文中研究內容可為緩解太原市水資源嚴重短缺問題提供借鑒。

雨水資源利用；太原市；工程措施；非工程措施

0 引言

作為促進城市發(fā)展的主要因素之一，水資源問題一直以來備受關注。隨著全球氣候變暖和城市化進程的加速，城市水資源匱乏的局面逐漸明顯。目前，我國多個城市存在水資源危機，其中個別城市情況尤為嚴重，這其中便包括山西省省會太原市。太原市地處暖溫帶半干旱大陸性季風氣候，冬夏兩季分別由蒙古冷氣壓和西太平洋副熱帶高壓控制。氣候特點以干旱為主，補水主要來源于大氣降水。太原市水資源嚴重不足。全市人均水資源量僅有173 m3，不足山西省人均水資源量的一半，約為全國人均水資源量的1/13[1]。作為華北地區(qū)的老工業(yè)基地之一，同時也是我國能源、重化工基地的中心城市，隨著經(jīng)濟發(fā)展步伐的不斷加快及外來人口的持續(xù)涌進，太原市需水量呈幾何態(tài)勢增長。地區(qū)嚴重缺水問題造成地下水被持續(xù)過度開采。近幾十年來，太原市地下水位逐年降低，出現(xiàn)的降落漏斗近400 km2，累計超采量達20億m3[2]，導致含水層疏干、地面沉降、巖溶泉水斷流、地下水嚴重污染以及水源地出水量減少等一系列環(huán)境問題、地質問題。

太原市主城區(qū)面積約180 km2，平均降水量為459.5 mm（2014年），城區(qū)降水總量為8271.0萬m3。目前這些降水大多被直接排放，利用率極低，但同時其可開發(fā)潛力也非常大。如果能將這些雨水合理地利用起來，將獲得相當可觀數(shù)量的水資源，可緩解太原市缺水現(xiàn)狀。鑒于此，本文從國內外城市雨水資源利用發(fā)展現(xiàn)狀分析入手，聯(lián)系太原市城市發(fā)展實際狀況及在雨水利用方面存在的問題，從工程措施和非工程措施兩方面提出了加快太原市雨水資源利用的若干方法，為緩解太原市嚴重缺水的局面提供有益參考和借鑒。

1 城市雨水資源利用發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外城市雨水利用情況

在20世紀80年代初期，城市雨水資源利用的概念已經(jīng)形成，迄今為止已有30多年的歷史。其中，德國、日本和美國等國家在該方面的研究最為成功。

自1989年起，德國陸續(xù)頒布了多個關于城市雨水資源利用的法律法規(guī)[3]，并主要通過三種途徑實現(xiàn)城市雨水資源利用：1）屋面雨水收集儲蓄系統(tǒng)。通過處理凈化，用雨水取代自來水進行沖廁、種植、消防、環(huán)衛(wèi)、工業(yè)生產(chǎn)等，不僅可以節(jié)約水資源，而且能削減城市地表徑流量；2）雨水截污與滲透系統(tǒng)。將道路上的雨水匯集排入大型儲水池中，或者通過地表和地下滲透作用補給地下水資源；3）生態(tài)小區(qū)雨水資源利用系統(tǒng)。雨水通過小區(qū)內的入滲淺溝進行下滲。德國利用其成熟的雨水收集和處理技術為其帶來了巨大的經(jīng)濟效益，也為一些商業(yè)廣場，市政建筑以及居民社區(qū)解決了用水問題，既環(huán)保，又低成本。

在上世紀80年代初期，日本為解決“因抽取地下水而導致地基沉降”等問題，開始實施“雨水滲透計劃”，并且研制出新型透水性鋪裝材料，將其鋪設于公園、廣場、體育場等場所。通過五年的觀測，發(fā)現(xiàn)20多個地區(qū)的徑流流出率從51.8%減少至5.4%，平均流出量由起初的37.59 mm降低為5.48 mm[4]。日本約有15座體育場下方設置了雨水蓄水設施，用來收集體育場外或屋頂?shù)挠晁?，調蓄能力為1 000～4 320 m3，所收集的雨水可代替自來水進行多方面的利用[5]。目前，日本收集到的雨水資源不僅滿足了本國需要，還將富余的雨水資源出口給一些嚴重缺水的國家。

與德國、日本類似，美國也是在該領域研究最為成功的國家之一。美國通過工程和非工程措施相結合的方式，進行雨水收集和利用，提高天然入滲能力。美國頒布的《雨水利用條例》限制了新開發(fā)區(qū)的暴雨洪峰流量，并且還大力支持各種工程措施，如修建植被滲透床和植草滲溝等，提倡通過這些工程措施提高降雨的天然入滲能力。

1.2 國內城市雨水利用情況

與發(fā)達國家相比，我國的城市雨水資源利用研究目前還處于探索階段。但令人欣喜的是，北京奧運會、上海世博會、廣州亞運會等大型場館的建設都考慮了雨水資源利用的理念。北京、上海、廣州、深圳等發(fā)達城市的雨水資源利用技術也已走在了全國前列，目前呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。

以首都北京為例，到2013年年底，北京市城區(qū)共修建雨水資源利用工程967處，全年雨水利用量有2 092萬m3[6]。北京市雨水資源收集利用的途徑主要以封閉式蓄水池為主，以透水性地面和下凹式綠地為輔。如北京奧林匹克公園的雨水資源收集利用系統(tǒng)，其底部為混凝土材料，完全隔水，通過透水基層、水平疏水層、透水面層和填土層等將雨水送達蓄洪涵，最終匯至蓄水池中，通過凈化使雨水達到澆灌公園內植被的目的。

上海市屬于典型的水質型缺水城市。經(jīng)過多年探索，在屋面集水、綠地滲透效應、雨水收集利用的經(jīng)濟效益等方面已取得了不少成果及成功經(jīng)驗，并且在世博園、機場、火車站等都施行了雨水資源收集利用系統(tǒng)。

2 太原市雨水資源利用中的問題

針對太原市城市發(fā)展實際情況，國內已有一些學者開展了雨水資源利用相關方面的研究，并取得了一定成果。筆者認為，太原市雨水資源利用發(fā)展?jié)摿薮?，但現(xiàn)階段問題突出，主要表現(xiàn)在：1）缺乏相應的法律法規(guī)。由于城市雨水利用在我國起步較晚，各方面規(guī)章制度還不完善，迫切需要具體的法律法規(guī)對此進行保障。2）缺乏領域之間的相互合作。城市雨水資源利用涉及的專業(yè)廣泛，是一項非常復雜的工程，需要其他各行業(yè)之間相互協(xié)調合作方有可能實現(xiàn)。3）雨水利用規(guī)劃相對滯后。一方面，城市雨水資源利用規(guī)劃明顯滯后于城市總體規(guī)劃，出現(xiàn)嚴重脫節(jié)。另一方面，缺少可行的城市雨水資源利用規(guī)劃方案，致使相關工程建設盲目無序。4）缺乏有效經(jīng)濟支持。太原市的支柱產(chǎn)業(yè)是煤炭和鋼鐵，近年來煤炭市場和鋼鐵市場經(jīng)濟極為不景氣，太原鋼鐵集團、山西焦煤、山西晉能等大型國有企業(yè)效益下滑嚴重，市財政收入受影響較大，無法在城市雨水利用專項研究領域提供經(jīng)濟支持，導致實驗研究不能正常實現(xiàn)，制約了該方面的發(fā)展。

3 太原市雨水資源利用方法

《海綿城市建設技術指南》的發(fā)布，預示著我國將逐漸向修建城市“海綿體”方向轉變，在降水時將雨水通過入滲、存儲、過濾等步驟，補給地下水、減少洪澇威脅；在枯水期能夠將蓄存的水加以利用，使得水循環(huán)接近自然。因此，海綿城市成為在不大興土木重修地下排水、管網(wǎng)，盡量減少投資的前提下，解決城市雨洪問題的良方。它通過滲、滯、蓄、凈、用、排等技術提高對雨水的入滲、調蓄、凈化、利用和排放能力，恢復城市的“海綿”功能，實現(xiàn)城市良性水文循環(huán)。太原市可根據(jù)海綿城市建設技術，依托“兩山對峙、汾水中流”的生態(tài)特征，以生態(tài)修復、治理水環(huán)境和強化水安全為重點，發(fā)揮雨水資源的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益，因地制宜采用不同的雨水利用措施，提高雨水利用率。對此，筆者分別從工程措施和非工程措施兩方面進行了介紹。

3.1 工程措施

3.1.1 利用綠地滲透雨水進行收集

綠地的徑流系數(shù)小，大部分雨水可被綠地截留，太原市可充分發(fā)揮綠地的功能，使雨水充分滲入地下。根據(jù)太原市城市綠地遙感調查結果顯示，包括迎澤公園、動物園、森林公園等公園綠地與長治路、新建路、迎澤大街等道路、綠化帶在內的綠地總面積共5 243萬m2，約占城區(qū)總面積的26%，是太原市區(qū)不容忽視的一部分。對于這些綠地，可考慮在其周圍建設具有導流口的圍堰，這樣做的好處在于：首先，可避免降落在綠地中的雨水外流；其次，可以將降落在馬路、人行道等綠地外的雨水導流進入綠地，從而利用綠地實現(xiàn)最大程度的雨水收集。此外，對于市區(qū)計劃新建的綠地，建議選址在地勢較低的地方，從而不用修建圍堰即可達到有效收集雨水的目的。

3.1.2 建立雨水花園等可觀賞的雨水利用工程

以保護自然生態(tài)與保持美觀為原則，凈化并儲存雨水，達到降低徑流量，緩解環(huán)境污染的目的。在城市地勢比較低的地方種植喬木、灌木、花草等植物，通過植物過濾帶的層層吸收、過濾，使周圍地面流入的雨水得到凈化。直接降落在地面上的雨水沒有經(jīng)過過度的工業(yè)污染，通過雨水花園這樣簡單的過濾凈化后即可達到景觀用水、廁所用水等城市用水的標準。例如，太原市汾河公園、晉陽湖等工程建設后，對周圍氣候起到了明顯的改善作用，空氣質量也提高了很多，但其水體表面積大，蒸發(fā)量不容忽視，這些水體補充水的來源是目前急需解決的問題。雨水花園修建后可以根據(jù)就近原則，將儲存的雨水作為景觀用水的補充水分輸送至汾河公園、晉陽湖等中。雨水花園的建設可以形成別樣的景觀，豐富城市綠樣，保護城市生態(tài)環(huán)境，達到城市雨水利用與構建“綠色城市”的雙重目的。

3.1.3 充分發(fā)揮市區(qū)內已建成河道的作用

太原市市區(qū)有多條河流，可以充分利用這些河流的河道進行雨水資源利用。以虎峪河為例，其一直以來都作為上游礦區(qū)生產(chǎn)生活污水的排水河道，黑臭臟的水體不僅影響周圍居民正常的生活，而且白白浪費了降至河道內寶貴的雨水資源。近年來虎峪河治理只是初步、簡單的堤防砌護或是對原堤防的加固，還沒有進行截污治理，尚未實現(xiàn)雨水與污水的分流，蓄水改造也未完成。通過對虎峪河等市區(qū)內現(xiàn)有河道的治理，將雨水污水分流，可以使其最大程度地發(fā)揮收集雨水的作用。考慮到河道治理是一項復雜工程，對資金、技術等要求較高，太原市在近期開展此項工作困難較大，但在未來條件具備時，可對市內河道逐個進行整治。

3.1.4 建立綠色建筑雨水收集處理循環(huán)利用系統(tǒng)

在綠色建筑群中建立雨水收集系統(tǒng)，通過綠地入滲、透水地面入滲、滲透地等進行雨水收集，將中水用來澆灌植物、沖洗馬桶，還可以通過節(jié)水器具的使用來達到節(jié)水的目的。這一措施還對暴雨時期雨水調蓄有一定作用，分擔一部分市政道路排水壓力。

3.2 非工程措施

3.2.1 制定出臺有關雨水資源利用的法律法規(guī)

城市雨水資源利用是一項重要工程，應引起有關政府部門的高度重視。結合太原市實際情況，進一步強化地方法制，盡快制訂出切合市情的法律法規(guī)是當務之急。明確職責、規(guī)范行為，使雨水資源利用逐步走向規(guī)范。

3.2.2 加強城市雨水利用的宣傳

城市缺水嚴重制約著當前城市的進步與發(fā)展，解決水資源短缺已迫在眉睫。在充分認識水資源與社會經(jīng)濟發(fā)展是相互依賴、互相促進、不可分割的基礎上，相關媒體與部門應做好全方位的宣傳，引起廣大人民群眾的重視，鼓勵民眾積極參與其中。

3.2.3 設立專項投資基金

城市雨水資源利用作為一項關乎城市發(fā)展與進步的重要舉措，需要當?shù)卣捌髽I(yè)的幫助和大力扶持。政府可以通過調整政策，鼓勵雨水資源利用資金投入，促進雨水資源利用設施應用。最終形成有關部門政策引導、企業(yè)事業(yè)單位投入資金、用水戶參與的方式，從多方面入手解決城市雨水資源利用中存在的問題。

4 結語

城市雨水資源利用是一項復雜的系統(tǒng)工程，它不僅是市政和水利部門的職責，還是其它企業(yè)事業(yè)單位甚至每個人民群眾的使命。太原市應在法律、政策以及技術規(guī)范的指引下，動員全市人民，科學地推廣及實施雨水資源利用措施，促進社會、經(jīng)濟及環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

［1］劉亞平.太原市水資源現(xiàn)狀與可持續(xù)開發(fā)利用初探［J］.山西水利，2002（5）：37.

［2］師 妍.太原市城市雨洪利用探討［J］.科技創(chuàng)新與應用，2014（22）：128-129.

［3］董秉直.海綿城市管理與建設的國外經(jīng)驗借鑒［J］.人民論壇·學術前沿，2016（21）：19-28.

［4］楊文喜，王彥洋，李順群，等.基于海綿城市建設的城市雨水處理技術研究［J］.城市，2016（12）：77-79.

［5］陳 嫣.日本大城市雨水綜合管理分析和借鑒［J］.中國給水排水，2016（10）：42-47.

［6］謝永明，李文軍.完善雨水收集利用系統(tǒng)把北京建成“活水城市”［J］.前進論壇，2016（3）：44-45.

Study on Utilization Methods of Rainwater Resources in Taiyuan City

CHAI Yu-jieWANG Xue-ni

As the acceleration of urbanization in Taiyuan City，it becomes important to use city rainwater resources in the work of water affairs.Based on present situation investigation for rainwater resources utilization，the problems in rainwater resources utilization in Taiyuan City are analyzed.The methods for accelerating rainwater resources utilization in Taiyuan City are given by structure measure and non-structure measure.This study could provide references for relieving the problem of water resources shortage in Taiyuan City.

rainwater resources utilization；Taiyuan City；structure measure；non-structure measure

TV213.9

B

2017-03-28

2017-04-10

柴宇婕（1997-），女，太原理工大學水文與水資源工程專業(yè)本科在讀。

王雪妮（1986-），女，2016年畢業(yè)于大連理工大學水工結構工程專業(yè)，博士，現(xiàn)就職于太原理工大學，水文與水資源工程專業(yè)，講師。

國家自然科學基金資助項目51509176，太原理工大學校基金資助項目2016QN39。

1006-8139（2017）03-058-04