缺水型城市雨水收集技術(shù)應(yīng)用研究
——以天津市為例

魏廣龍，劉曼

（河北工業(yè)大學(xué) 建筑與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，天津 300132）

一、引言

水資源短缺是長期的問題，將雨水收集再利用是實現(xiàn)水資源可持續(xù)發(fā)展的重要舉措，尤其是我國缺水型城市較多，降雨量時空分布不均和季節(jié)性的干旱缺水問題十分突出，嚴(yán)重影響了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市用水。2013年《國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見》規(guī)定將建筑、小區(qū)雨水收集利用要求作為城市規(guī)劃許可和項目建設(shè)的前置條件，因地制宜配套建設(shè)雨水滯滲、收集利用等削峰調(diào)蓄設(shè)施。于是我國的海綿工程在多個具有很強(qiáng)地域性的城市進(jìn)行了試點，部分完成項目在緩解城市內(nèi)澇和改善水環(huán)境方面初見成效，但效果還不能讓人滿意，雨季積水點仍會出現(xiàn)內(nèi)澇，無法實現(xiàn)蓄滲緩釋的效果。習(xí)近平總書記提出的“海綿”最適合缺水城市，沒有蓄水就不算是海綿工程，所以蓄水是缺水型城市發(fā)展建設(shè)最重要的舉措。

二、雨水收集技術(shù)

（一）雨水收集及利用含義

雨水收集利用簡單來講就是通過系統(tǒng)的收集與滲透等方法，使雨水徑流最大程度地收集與下滲，然后再經(jīng)過凈化過濾設(shè)施實現(xiàn)雨水回用。雨水收集利用有直接收集利用、間接收集利用和綜合收集利用三種方式。直接收集利用是集蓄處理后用作生活雜用水，包括景觀補(bǔ)水、噴灑道路等，常見的是蓄水池的建設(shè)；間接收集利用是通過雨水花園或下沉綠地等天然或者人工的滲透設(shè)施來補(bǔ)充地下水；綜合收集利用是調(diào)蓄排放，回用與滲透相結(jié)合利用，需要市政的人工技術(shù)手段再加上改善生態(tài)環(huán)境的景觀設(shè)計以實現(xiàn)效益最佳，這也是世界范圍內(nèi)一直在研究的課題。

（二）雨水收集技術(shù)種類

1.雨水收集利用系統(tǒng)

雨水收集系統(tǒng)是通過雨水收集管道收集雨水—廢棄的集水裝置—雨水收集罐的雨水過濾消毒—凈化和再利用的這樣一個整體過程，收集的雨水用來灌溉可以節(jié)約水資源，實現(xiàn)綠色環(huán)保。簡單來講就是集雨、截污和處理利用，集雨一般有小中大型雨水收集系統(tǒng)，截污包括屋頂截污和路面截污，包括截污濾網(wǎng)裝置、初期雨水棄流裝置、植被淺溝等技術(shù)，處理利用要經(jīng)過集水—篩網(wǎng)—蓄水池—沉淀—消毒—再利用來進(jìn)行水資源補(bǔ)充。

2.處理技術(shù)

就雨水凈化技術(shù)而言，將雨水與雜質(zhì)分離的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，有離心式分離器、毛細(xì)管式分離器與重力式分離器三種常見的技術(shù)，達(dá)到的效果是分離過程不用電；無需人工操作，全自動進(jìn)行；原則上永久不堵塞，無需人工清理；常態(tài)下，分離90%以上的清水與10%以下的雜質(zhì)污水，達(dá)到90%的效率。這些技術(shù)都符合習(xí)近平主席的指示：利用自然力做功。清水進(jìn)入蓄水池后，需要回用時，依照回用目的的不同，可能需要使用水泵加壓，需要少量用電。現(xiàn)代雨水收集的技術(shù)措施通常以滲透溝、濕式滯留池、生物滯留帶和植草溝等最為常見的方法將自然景觀與人工措施相結(jié)合。

（1）滲透溝

滲透溝可以處理少量徑流，但對于控制峰值水量來講效果不佳。

（2）濕式滯留池

作為雨水控制結(jié)構(gòu)的濕式滯留池包含一個永久性的水池，雨水徑流通過導(dǎo)流進(jìn)入該水池。

（3）生物滯留

生物滯留是利用土壤及植物來清除徑流中的污染物，進(jìn)行改造后的生物滯留設(shè)計包含沙床內(nèi)的暗渠，實現(xiàn)從傳統(tǒng)的滲透裝置到過濾器的作用，更多的適用于中間路帶、停車場區(qū)域與洼地，是這些地帶雨水的最佳管理措施。

（4）植草溝

植草溝可以作為雨水排放的一部分，是最適合于低流量和人口較少的住宅、工業(yè)與商業(yè)區(qū)的雨水處理方式。易于設(shè)計的植草溝作為獨(dú)立的雨水管理措施時，將雨水池、滲透帶和濕地等結(jié)合使用效果最佳。

我國的雨水收集技術(shù)經(jīng)歷了從水窖、蓄水塘到水庫、集蓄工程的轉(zhuǎn)變，從最開始解決人飲到農(nóng)業(yè)用水再到城市用水的需求，雖說每個階段不同的設(shè)施都有自身的社會效益，但還是存在雨水處理問題，未來的雨水收集技術(shù)一定是高效綜合的。

（三）雨水收集主要途徑

1.路面雨水收集

路面是雨水收集的來源之一，各種道路空間中人流量大，降雨時地面的雨水雜質(zhì)多，污染源復(fù)雜，路面雨水徑流量往往是流失最多的，降雨時往往為了城市道路的暢通而直接排放。

2.屋頂雨水收集

屋頂雨水比路面雨水雜質(zhì)和污染物少，可以經(jīng)過凈化過濾后排入蓄水系統(tǒng)進(jìn)行再循環(huán)利用。屋面雨水收集方式可依據(jù)建筑格局而定，大多是可以沉淀污物和改善水質(zhì)的雨水桶和雨水池。但是一定要保持裝置的清潔，也可利用周邊綠化對集蓄的雨水發(fā)揮最大程度的凈化作用。

3.綠地雨水收集

綠地是天然的具有截污能力的雨水凈化和滲透設(shè)施，經(jīng)過綠地凈化后的雨水徑流污染物較少，但由于綠地的滲透功能可能導(dǎo)致收集不到足夠的雨水，以往的城市建設(shè)忽略了綠地結(jié)構(gòu)以及其產(chǎn)生的生態(tài)效益，現(xiàn)在一般城市的綠地基本上是將上凸式或者平地式改為下凹式以利于收集。

（四）蓄水方式及途徑

1.地上蓄水：水池、雨水花園、河道等。地上蓄水基本上就是針對降雨量小時集流凈化然后再起到美化環(huán)境的作用。

2.地下蓄水：地下水庫、停車場、人防等。地下蓄水量大于地上蓄水量，是集蓄雨水效果最好的方式。

3.先進(jìn)國家的雨水蓄水池內(nèi)有兩樣?xùn)|西，第一是清水，第二是水泵，與國內(nèi)蓄水池相比簡單太多，幾乎沒有機(jī)會出現(xiàn)故障，后續(xù)維護(hù)成本也很低，這種設(shè)計方式值得我們研究參考。

三、缺水型城市的雨水收集技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

（一）缺水型城市

缺水型城市有三種類型，有資源型缺水，像西北干旱等地水資源可利用量小于需求量的地區(qū)；水質(zhì)型缺水，像長三角地區(qū)水資源受到污染不符合城市用水水質(zhì)要求的城市；工程型缺水，即是像珠江、松花江流域等地供水工程的供水能力有限的地區(qū)。天津、河北、山西、內(nèi)蒙古、甘肅、陜西等地水資源總量不足以維持生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)，有些水資源豐富的南方地區(qū)也因城市污染面臨缺水問題。

（二）缺水型城市雨水收集現(xiàn)狀

城市的水資源供需矛盾突出，地下水位下降，片面地為了品質(zhì)的提升加大工程設(shè)施的建設(shè)力度，生搬硬套地把沒有特色的東西強(qiáng)加在區(qū)域景觀中，或者經(jīng)濟(jì)落后的地區(qū)還沒有開展海綿城市相關(guān)工程?，F(xiàn)在全部下滲工程的成本每一立方米雨水回收的工程投入都是幾千到幾萬，自來水每一立方只有2～5元人民幣，所以蓄水結(jié)合下滲才是習(xí)近平書記指示的“海綿”。城市雨水收集系統(tǒng)需要進(jìn)一步完善，積少成多的景觀細(xì)節(jié)也可以配合工程設(shè)施讓整個城市形成完整的生態(tài)海綿系統(tǒng)。

（三）存在問題

1.有效雨水收集系統(tǒng)尚未建立，有些城市對雨水收集存在誤區(qū)，沒有開展微型水利工程。

2.雨水利用觀念的缺失，居民節(jié)水意識不高，還沒有意識到缺水的嚴(yán)重性。

3.技術(shù)手段不成熟，經(jīng)濟(jì)落后的缺水型城市受到資金限制，制約了雨水收集技術(shù)的發(fā)展，目前發(fā)展仍很緩慢。

四、天津市雨水收集技術(shù)現(xiàn)狀

（一）天津市缺水概況

天津市是典型的資源性缺水城市，再加上地下水開采所導(dǎo)致的水位下降和地表水污染問題，使水資源日益緊張。雖說引灤濟(jì)津等工程讓城市缺水情況得到緩解，但年平均降水量571毫米的天津歷史上存在各自為政的租界區(qū)，夏季降雨量達(dá)到全年的四分之三左右，地表徑流大，以年平均降水量600毫米計算，市域降水可以達(dá)到71億立方米，且市區(qū)缺乏系統(tǒng)的排水規(guī)劃，水利設(shè)施不健全，還是會出現(xiàn)水庫干涸等現(xiàn)象。雖然近幾年在逐步實施海綿城市工程，但更新周期慢，汛期排水量大，很多水景觀設(shè)計集中在公共空間，因而改善水資源并予以合理化利用成為保證城市水循環(huán)的關(guān)鍵舉措。

（二）天津市雨水收集現(xiàn)狀

海河是天津市的主要行洪河道，要承受南運(yùn)河、北運(yùn)河等一級河道的汛期洪水，以及沿河兩岸的雨水和津河、衛(wèi)津河等的河水排入。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市政和景觀建設(shè)方面也在加大力度進(jìn)行雨水收集利用，但大雨時城市內(nèi)澇還是時有發(fā)生。天津市中心城區(qū)雨污合流改造先鋒河調(diào)蓄池工程將于汛期前投入使用，其將在雨急量大的情況下暫時收集雨水，水位降低調(diào)蓄河道水量。即便是海綿城市建設(shè)，但蓄水總量仍然是非常小的，水太多就會內(nèi)澇，太少會干旱，太臟會污染，工程設(shè)計一般集中在排澇和下滲上，蓄水往往會被忽略。

（三）天津市雨水收集的可行性分析

根據(jù)統(tǒng)計資料顯示，天津市有高比例的硬化鋪裝和較多的綠化地帶，砂質(zhì)壤土能夠滿足滲透工程實施要求，所以進(jìn)行雨水收集利用是可行的。人類使用大量水泵抽取地下水就會造成水位下降，只需要停止抽水地下水位就會上升，停止水泵供電的成本要比下滲工程低得多。建設(shè)多功能蓄滯池等以蓄為主的雨水利用工程是有效的措施，但是根據(jù)城市性質(zhì)的不同對雨水的收集方式要加以區(qū)分，像天津這樣的缺水型城市最重要的是將暴雨期的雨水有效收集起來。作為輕污染的雨水比起生活污水來說處理方式較簡單，但建設(shè)可持續(xù)的節(jié)水型環(huán)境仍需要從理論技術(shù)各個方面進(jìn)行完善深化，從而在響應(yīng)國家政策的同時實現(xiàn)彈性發(fā)展。

（四）存在問題及改進(jìn)方向

1.老舊市區(qū)受到空間環(huán)境限制處于低速開發(fā)階段，除了簡單利用城市綠化、透水路面和公園等措施外，在工程技術(shù)方面應(yīng)該加大力度，需要建立完整的雨水收集工程技術(shù)體系。

2.硬質(zhì)路面的改進(jìn)做法是用透水性鋪裝和隔離綠化帶來增加滲透能力，基于綠地改造的雨水花園以及下沉綠地在降雨量小時匯集效果較佳，暴雨時無法下滲的雨水會形成較大的雨水徑流，造成大面積的污染，雨水資源大量流失，所以采用單一的形式很難達(dá)到有效改善徑流雨水水質(zhì)的目的，需要多種設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化組合利用。

3.有些地方建設(shè)的蓄水池規(guī)劃設(shè)計不合理，存在蓄不上或者蓄滿無法排放等問題。

五、雨水收集技術(shù)在缺水型城市的應(yīng)用研究

（一）雨水調(diào)蓄

1.泄洪道設(shè)計

馬來西亞吉隆坡的SMART隧道是可以彈性控制的隧道，由洪水隧道與機(jī)動車隧道組成，在解決城市內(nèi)澇的同時也舒緩了該城市高架道路高峰期時的交通堵塞。城市內(nèi)澇每年都發(fā)生，我們需要采取低成本的有效方法，根據(jù)下沉式道路設(shè)計的原理把現(xiàn)有的馬路挖深是可以考慮的一個方向，尤其是城市內(nèi)澇容易發(fā)生的地帶，比如一級道路或者城市高架區(qū)。

（1）挖深10米，作為下層道路，小雨可以利用水泵排入河道或者下凹綠地和人工湖，雨量積存超過10公分就禁止進(jìn)入，大雨或者暴雨底層的深蓄水空間足夠達(dá)到削峰的目的。

（2）上層可以多做一個3米高的高架層，暴雨時底層封閉上層照樣可以通行。目前國內(nèi)防澇方法是加裝大型抽水泵，但價格昂貴，投資無法回收。

（3）中間地面完全還給行人，馬路兩側(cè)排水進(jìn)入底層道路之前，經(jīng)過攔污隔柵，凈化系統(tǒng)，保證進(jìn)入底層的洪水沒有垃圾，無需清理。

2.蓄水池設(shè)計

一般雨水來臨時自然落入位置比較低的地下停車場，所以我們應(yīng)該設(shè)置具有調(diào)蓄功能的停車場蓄水池，再通過巧妙設(shè)計的自動凈化系統(tǒng)后即可以儲存大量雨水。城市為了搶收雨水，地下蓄水位置應(yīng)該增加，停車場使用材質(zhì)必須是防水耐潮濕的。防澇式的停車場不僅僅局限于此，只要是容易淹水地點附近的公園綠地廣場都可以做下沉設(shè)計建設(shè)蓄水池。政府應(yīng)該鼓勵所有建筑類型增加地下蓄水停車場的設(shè)置，由開發(fā)商自行設(shè)計且達(dá)到政府規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

3.排水溝渠設(shè)計

韓國首爾的清溪川潺潺流水清澈見底，很多市民都喜歡在此散步、休閑、約會。首爾下大雨或暴雨的時候，如果排水不好，就可能有內(nèi)澇的風(fēng)險，此時大量的雨水就會進(jìn)入這個小河，其有足夠的空間滯洪，排除洪澇。我國的西安、石家莊、天津等城市曾經(jīng)有嚴(yán)重的內(nèi)澇發(fā)生，可以考慮利用類似的方式。比如天津的海河，在低洼地區(qū)順著地形開辟水溝，將洪水排往河道，水溝的寬度、深度可以隨地形變化，以增強(qiáng)排洪的效果，既不影響街道的寬度反而能增加行人步行的空間，關(guān)鍵是保持水溝的清澈，保持水的流動。

（二）指導(dǎo)原則

1.蓄為主原則

不要讓雨水沒有過濾就進(jìn)入地下，不要沒有蓄水就直接下滲。

2.不堵塞原則

不要讓系統(tǒng)有任何堵塞的危險，不要讓系統(tǒng)依靠人工清掏。

3.低成本原則

不要讓雨水回用的成本超過自來水，不要接受壽命10年以下的產(chǎn)品與工程方法。不要使用無法打掃的水箱，不要讓水箱預(yù)算低于設(shè)備總預(yù)算的80%。

六、總結(jié)

文章對缺水城市水資源短缺情況進(jìn)行分析，再結(jié)合天津市雨水收集情況，提出雨水收集技術(shù)在保持水土和改善生態(tài)環(huán)境方面的一些措施建議。盡管我國海綿城市建設(shè)有很大發(fā)展，但在許多方面還不成熟，需要在應(yīng)用中不斷地完善。缺水型城市的雨水收集技術(shù)不能僅僅局限于工業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)該是全面性的應(yīng)用，從商業(yè)活動城市用水到日常生活居家用水都應(yīng)該有完善的設(shè)施。尤其是我國城市空間既相似又獨(dú)特，在不同形態(tài)的城市空間設(shè)計中，應(yīng)充分把握好空間本身的特色、功能、服務(wù)人群，擁有適合自身特色的雨水綜合收集利用技術(shù)，同時在滿足基本功能應(yīng)用的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)雨水收集利用的景觀化效果，通過多樣化的處理手法，體現(xiàn)其景觀的形式美感、生態(tài)美感，增加居民的審美體驗。