鄭州市雨水資源化利用潛力及可行性研究

時曉蒙+武金勇+吳貞奇

摘 要：概述現(xiàn)鄭州所面臨的嚴峻水資源現(xiàn)狀，并通過從降水條件，集水水質(zhì)，經(jīng)濟可行性與技術(shù)可行性、年均雨水資源總量、年均可收集雨水量等方面來分析鄭州市雨水利用的必要性和可行性以及計算出城市雨水利用潛力，說明城市雨水資源合理的收集利用具有十分廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：雨水資源；水資源利用；可行性；利用潛力；鄭州市

隨著我國經(jīng)濟和社會的發(fā)展，工業(yè)化和城市化的進程不斷加快導致了一系列城市水環(huán)境問題的產(chǎn)生，人口的持續(xù)增長大大的增加了水資源的需求量。如何讓水資源短缺問題不會影響國計民生，更不會阻礙我國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的前進步伐，已成為亟需解決的重要問題。雨水是自然界水循環(huán)中的重要組成環(huán)節(jié)，其特點決定了它將成為解決水資源問題的一項重要途徑。

1 鄭州雨水收集利用可行性分析

雨水資源化利用可行性是指在對城市開發(fā)利用潛力及降水徑流過程進行論證與分析的基礎(chǔ)上，然后對所在特定區(qū)域的雨水資源化利用所應(yīng)當具備的社會經(jīng)濟和自然地理條件進行綜合評價和分析，論其是否合理[1]。對鄭州市的雨水利用可行性將從降水條件、集水水質(zhì)、年均雨水資源總量、年均可收集的雨水量、經(jīng)濟可行性以及技術(shù)可行性幾個方面來分析。

1.1 降水條件分析

受北溫帶大陸性季風氣候影響，鄭州的降雨量時空分布多集中于夏季，7至9月的降水量已達全年60%。按照鄭州市多年年均降雨量629.9mm標準，全市年均降雨總量約為46.96億m3，單考慮雨水的蒸發(fā)滲透就會使每年高達12.26億m3的水資源白白流失。如果能把這些雨水利用起來并運用于人們的生產(chǎn)生活農(nóng)業(yè)灌溉及其他方面的用水需求，將會大大的緩解水資源短缺帶給我們的壓力。通過分析鄭州氣象條件以及降雨特點可以發(fā)現(xiàn)鄭州雨水資源的利用具有巨大的潛力及充分的必要。

1.2 集水水質(zhì)分析

雨水水質(zhì)是決定雨水是否值得回收利用的重要因素。城市雨水徑流水質(zhì)的好壞與降雨所在區(qū)的環(huán)境因素和受污染程度有著較為密切的關(guān)系。雨水污染物主要有兩部分組成：一部分是由降水時通過淋洗空氣中污染物所產(chǎn)生；另一部分來源于城市地表，建筑垃圾碎屑，瀝青油氈屋面以及車輛原油泄漏等眾多面源污染通過降水的沖刷而引起雨水水質(zhì)的變化。

鄭州市雨水徑流具有復雜的水質(zhì)條件，從水質(zhì)的時間變化上來看，多雨季節(jié)時的雨水污染物波動程度明顯小于少雨季節(jié)，且降雨初期雨水的污染程度最嚴重，隨著降雨時間的增加污染程度趨減并逐漸恢復穩(wěn)定。因此可以采取源頭截污，初期棄流等方式先對雨水進行處理，把經(jīng)過簡單處理過的雨水用于城市景觀用水、沖洗路面、綠化灌溉、沖廁等生活雜用也可用于工業(yè)冷卻水。

1.3 經(jīng)濟可行性分析

鄭州市正處于經(jīng)濟的快速發(fā)展時期，我們應(yīng)該高瞻遠矚用長遠的眼光來引導未來的經(jīng)濟走向。雨水的回用工程將會給我們的生活帶來直接間接的效益：（1）雨水回用可以減少政府對城市污水處理和建立防洪排澇工程等方面的投資。通過將雨水有措施的涵蓄回灌地下，可在一定程度上減少雨洪季節(jié)的污水溢流，有利于城市水環(huán)境的整體改善，同時還可以減輕城市的排水管道的承載力，分解排水壓力，節(jié)省城市排水設(shè)施建設(shè)。（2）為居民和市政用水節(jié)省經(jīng)濟開支。以鄭州市第一中學為例，2006年起通過校人工湖收集雨水用于學校全年的綠地澆灌，通過雨水的回收灌溉進而節(jié)省了每年所需的4.2萬噸自來水相當于10萬余元水資源費用。（3）作為新型國民經(jīng)濟增長點，其產(chǎn)業(yè)前景十分廣闊。從產(chǎn)業(yè)的角度出發(fā)，發(fā)展城市的雨水收集利用可以帶動其他俱備廣闊發(fā)展前景的新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進步，如生產(chǎn)雨水收集設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅可以推動整個科學技術(shù)行業(yè)，促使產(chǎn)生更多的雨水利用投資公司，廣泛的吸收在雨水利用方面的社會資本來投資，在吸納職工就業(yè)、減少政府財政支出、促使城鎮(zhèn)建設(shè)和加快國民經(jīng)濟增長等方面都將發(fā)揮積極作用。

1.4 技術(shù)可行性分析

最近20年，全世界大約40多個國家和地區(qū)已經(jīng)不同程度的開展了雨水回收利用工作，其中美國、德國和日本已形成了一套獨立完整的雨水利用處理體系，具有豐富的經(jīng)驗可供我們借鑒學習；目前我國的雨水利用技術(shù)還處于發(fā)展階段，一些城市和地區(qū)已進入工程實施和快速推廣階段?，F(xiàn)國家已確定南寧、重慶、武漢等16個海綿城市試點，試點的推行大大推進了雨水回用技術(shù)的發(fā)展研究。2016年鄭州市成功入選河南省海綿城市建設(shè)試點城市后，現(xiàn)已劃定市民公共文化服務(wù)區(qū)和鄭東新區(qū)龍湖地區(qū)作為海綿城市試點區(qū)，總面積76.7平方公里，未來3年鄭州市力爭使海綿城市試點區(qū)域建設(shè)達到預期目標，形成可推廣復制的示范區(qū)，為今后雨水利用技術(shù)的發(fā)展提供寶貴的理論經(jīng)驗。

2 鄭州市雨水資源可利用潛力研究

城市雨水資源潛力分析是城市雨水利用的基礎(chǔ)，通過潛力分析可以了解到鄭州市可利用的雨水資源量及在時間和空間上的分配，為城市雨水資源的合理利用提供有效的依據(jù)。

2.1 鄭州市雨水資源總量計算

鄭州市的城市發(fā)展建設(shè)水平日新月異，從1948年鄭州市成立之初歷經(jīng)風雨近70年，鄭州市的城市格局無時不刻的發(fā)生著變化，因此雨水資源總量也是相對變化的數(shù)值。降雨總量可采用公式[2]：Q=A×P

其中：P為年降雨量，取鄭州城區(qū)年均降雨量（mm）

A為匯水面積，即為鄭州城區(qū)的面積（km2）

Q為理論上的鄭州雨水資源總量（m3）

據(jù)鄭州市統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，鄭州市2015年底建成區(qū)面積437.6km2，依據(jù)鄭州市1958年至2010年間降水統(tǒng)計取多年年均降雨量約626.1mm，可計算出鄭州城區(qū)的降雨總量Q=P×A=437.6km2×626.1mm=2.740×108。

2.2鄭州市年均可收集的雨水量

城市年均可收集的雨水量不僅受雨水水質(zhì)，氣候條件，不同季節(jié)的降雨量等自然因素的影響，同時也受建筑物布局，匯水面積等其他因素影響。對于鄭州市年均可收集雨水量的估算可采用公式[3]：Q=ψαβAH

其中α=hf/ H β= 1-qnp/ H

式中： Q為城市年均可收集雨量，m3；β為初期棄流系數(shù)；α為季節(jié)折減系數(shù)； hf為汛期平均降雨量，m；q為初期降雨量，m；np為年平均降雨次數(shù)；A為集雨面積，m2；ψ為平均徑流系數(shù)，可通過對各匯流單元的徑流系數(shù)加權(quán)平均求得；H為年平均降雨量，m。

利用公式可計算鄭州市可收集雨水資源，其中不透水地面比率為0.698，建成區(qū)面積437.6km2，集雨面積為235.7km2，平均徑流系數(shù)取0.80，年平均降雨量為0.641m，初期棄流系數(shù)取0.87，季節(jié)折減系數(shù)取0.83，經(jīng)過計算，年均可收集雨水資源約0.863億m3。

3 結(jié)語

隨著雨水利用技術(shù)的不斷深化與發(fā)展，城市的雨水利用將踏上與環(huán)境保護、城市可持續(xù)發(fā)展和水土保持相輔相成的生態(tài)之路，我們要充分利用雨水這一大自然的饋贈更好的為我們的生產(chǎn)生活服務(wù)，堅定不移的向建設(shè)美麗，和諧，生態(tài)、文明的魅力中原的目標邁進。

參考文獻

[1]李俊奇，張潔，車武等住宅區(qū)雨水利用與景觀水體水質(zhì)保障工程設(shè)計實例中國給水排水，2006，22（24）：24-26.

[2]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，2006，13-14.

[3]吳普特，馮浩.中國雨水利用[M].河南：黃河水利出版社，2009.

作者簡介

時曉蒙（1990-），女，河南南陽人，華北水利水電大學2014級碩士研究生，研究方向：生態(tài)水利與景觀藝術(shù)。