城市雨水資源化利用分析

王 文

（廣東省交通規(guī)劃設計研究院集團股份有限公司中南分公司，長沙 410000）

城市雨水資源利用是指在汛期積累雨水，通過規(guī)劃、設計和采取相應的工程措施，將其作為可利用的水源。它不但可以補充城市水資源，緩解供需矛盾，而且可以有效調節(jié)城市雨水徑流高峰，錯流排放雨水，保障城市免受洪澇災害。20世紀末以來，全球范圍內雨水資源利用技術得到了大規(guī)模的推廣，多個國家開展了相關研究。當前，有必要進一步研究雨水資源利用技術，促進城市雨水的資源化利用。

1 我國水資源現(xiàn)狀

我國是一個水資源嚴重短缺的國家，時空分布不均，南方多于北方，東部多于西部，且水資源利用率很低，導致很多地區(qū)水資源與生產力嚴重不匹配。伴隨著我國工業(yè)化、城市化的推進，大量人口涌入城市，進一步加劇了城市水資源短缺問題[1-3]。

1.1 人均水資源占有量不足

我國陸地水資源總量為2.8 萬億m3，位居世界第六，僅次于巴西、俄羅斯、加拿大、美國和印度尼西亞。但是，我國人均占有量僅為2 630 m3，約占世界人均占有量的1/4，人均水資源量居世界第121 位[1-3]。

1.2 水資源補給年內與年際變化大

我國降水年分布很不均衡，大部分地區(qū)連續(xù)4 個月（6—9月）的降水量占全年降水量的60%～80%。換言之，中國大約三分之二的水資源是洪水徑流。此外，年降水量變化很大。南方最大年降水量是最小年降水量的2 ～4 倍，北方最大年降水量是最小年降水量的3 ～8 倍。我國部分地區(qū)出現(xiàn)過連續(xù)豐水年或連續(xù)枯水年的情況[1-3]。

1.3 生態(tài)環(huán)境用水問題突出

隨著我國城市化進程的加快和人口的增長，污水排放量大幅增加。大量的生活污水和工業(yè)廢水排入江河和海洋，形成江海有機污染，造成江河和海洋富營養(yǎng)化，加重了水資源的供需矛盾，影響了城市的可持續(xù)發(fā)展。在當前水資源短缺、水污染嚴重的總體環(huán)境下，雨水資源利用既對城市增收節(jié)支，也是改善城市水環(huán)境、形成城市健康循環(huán)的有效措施。我國應采取多種形式，多范圍開發(fā)利用雨水資源[1-3]。

2 國內外雨水資源利用概況

2.1 國外雨水資源利用概況

隨著世界范圍內水資源短缺和污染形勢的日益嚴峻，20世紀后期，一些國家開始了雨水資源利用技術的研究，目前已進入標準化和產業(yè)化階段。其中最具代表性的國家有德國、日本、美國等，其均已形成較為完善的水資源利用體系[4-5]。

2.1.1 德國

自1989年制定屋頂雨水利用設施相關標準以來，德國經歷了三大變革：進入工業(yè)化、標準化階段，逐步向一體化發(fā)展。主要雨水利用系統(tǒng)包括屋面雨水收集與儲存系統(tǒng)、屋頂花園雨水利用系統(tǒng)、雨水截滲系統(tǒng)和生態(tài)社區(qū)綜合利用系統(tǒng)。屋面收集的雨水主要用作家庭、市政和工業(yè)領域的非飲用水，而道路雨水主要排入下水道或用于涵養(yǎng)地下水。此外，德國以法律等形式加強對自然環(huán)境的保護和對水資源的可持續(xù)利用[4-5]。

2.1.2 日本

日本政府和非政府組織為城市雨水資源的利用做出諸多努力，以確保雨水資源化利用的實施。日本實施雨水利用補貼制度，根據(jù)雨水利用設施的規(guī)模和類型提供補貼，以促進城市雨水資源化利用[4-5]。

2.1.3 美國

美國強調非工程生態(tài)技術的開發(fā)和應用。許多城市已經建立了由屋頂蓄水池、原位滲水池、滲井、生態(tài)草溝和透水地面組成的地表補給系統(tǒng)，并作為土地規(guī)劃的一部分應用在新的開發(fā)區(qū)。此外，美國聯(lián)邦和各州政府通過稅收總量控制、補貼、貸款和發(fā)行強制性債券等經濟手段，鼓勵雨水的合理處理和利用[4-5]。

2.2 國內雨水資源利用概況

20世紀末，上海、北京、大連和哈爾濱等城市相繼開展了城市雨水資源化利用技術的研究。經過多年的探索和發(fā)展，雨水資源化利用進程正在加快。但總體來看，技術還相對落后，基本處于探索階段，缺乏系統(tǒng)性，更缺乏法律法規(guī)保障體系和完善的管理體系[4-5]。

3 城市雨水資源化途徑

城市雨水資源化利用是一個多目標、綜合復雜的研究項目，其實施過程大體分為雨水收集、貯留、處理和回用四個階段。具體實現(xiàn)途徑包括雨水滲透和雨水收集利用兩個方面。

3.1 雨水滲透

雨水滲透是一種間接的雨水利用方式，最大的優(yōu)點是補充和積蓄地下水資源。主要技術包括加強地表滲透、建設地下蓄排水系統(tǒng)、雨水徑流主動補給等，這種利用方式適用于水資源匱乏地區(qū)。

3.1.1 透水性路面

透水性路面是指用一定滲透系數(shù)和保水率的透水混凝土、透水瀝青、透水磚等透水性材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的普通混凝土、瀝青、花崗巖地磚等，鋪設道路、廣場等。透水性路面可以快速地將地面雨水滲透至道路基層以下，甚至到達地下含水層，而不會造成地表積水。

3.1.2 滲透管（溝）

在一些地下水位低、雨水水質較好的地區(qū)，可以將傳統(tǒng)的雨水收集系統(tǒng)（雨水管、雨水口等）改為滲透管（溝）。收集的雨水通過埋設于礫石層內的滲透管（溝）進一步滲入周圍土壤。滲透管（溝）一次性投資少、質量小、機械強度高且方便施工，但對水質要求較高，通常需要對雨水進行預處理，以降低其懸浮物濃度。

3.1.3 下凹綠地+雨水花園

目前，市政道路設計常采用“下凹綠地+雨水花園”組合技術。下凹綠地用于銜接雨水花園，其將雨水收集、輸送至雨水花園，同時具有一定的滲透、調蓄、凈化功能。雨水花園主要負責收集和處理沿線相鄰車行道、人行道、非機動車道及綠化帶的徑流雨水，通過入滲進行水質處理；超出下滲能力的雨水在持水區(qū)持續(xù)蓄積，隨著蓄水高度進一步增大，通過溢流口直接溢流至雨水系統(tǒng)中。該技術具有投資少、雨水收集高效等特點，還能對雨水中的懸浮物起到過濾、凈化作用。

3.1.4 植被淺溝

植被淺溝是指在地表溝渠中種植植被，是一種工程措施。它一般建于城市公園內道路兩側、不透水地面的周邊、大面積綠地內等，可以同滲透渠或雨水管網(wǎng)聯(lián)合運行，在完成輸送排放功能的同時實現(xiàn)雨水凈化。

3.2 雨水收集利用

雨水收集利用是指雨水經過各種收集及處理設施，達到相關水質標準后，作為城市用水的補充資源。其主要用于綠化噴灌、市政道路澆灑、消防、建筑施工等，可以在一定程度上滿足近年來城市日益增加的用水需求，緩解我國水資源嚴重短缺的問題。

3.2.1 屋面雨水收集利用

屋面雨水因人為影響程度小，徑流量大且相對清潔，因此作為雨水收集的主要對象。屋面雨水水質主要受大氣質量、屋面材料、降雨量和降雨間隔等因素的影響。屋面雨水通過雨水斗等雨水收集裝置，經過雨落水管接入雨水收集裝置。雨水收集裝置可以是設置在建筑密集區(qū)或小區(qū)內的集中利用系統(tǒng)，也可以是設置在單體建筑內的分散利用系統(tǒng)。處理后，雨水主要作為城市自來水的補充水源，用于生活和生產中。

3.2.2 路面雨水收集利用

路面雨水收集利用系統(tǒng)通常將市政道路、廣場等作為集雨面，其雨水水質受車流量、路面衛(wèi)生、路面材料、降雨量和降雨間隔等因素的影響。路面雨水水質受人為因素影響較大，相比屋面雨水水質，總體較差。因機動車道交通量較大，路面雨水受有機污染嚴重，建議優(yōu)先收集非機動車道、人行道、廣場范圍的雨水。近年來，路面雨水收集系統(tǒng)常常與初雨截流系統(tǒng)聯(lián)合運用，將初雨中泥沙、路面有機污染物等截流至污水處理系統(tǒng)，大大提高了雨水收集系統(tǒng)收集的雨水水質。

3.2.3 綠地雨水收集利用

綠地雨水收集利用系統(tǒng)不僅可以收集及輸送雨水，還可以攔截雨水中懸浮物。在輸送過程中，其可以對收集雨水中的懸浮物等進行截留，并凈化雨水中的污染物，收集的雨水水質較好。雨水輸送時，部分下滲到土壤中，大大補充了地下水，但同時會導致雨水收集量減少。因此，應結合降雨量、土壤性質等因素，合理選用綠地雨水收集利用系統(tǒng)。

4 結論

本文分析了我國水資源特點和國內外雨水利用現(xiàn)狀，探討了我國城市雨水資源化途徑。結果表明，雨水資源化利用不僅可以補充城市水資源，緩解供需矛盾，還可以有效調節(jié)城市雨水徑流高峰，錯流排放雨水，保障城市免受洪澇災害，是改善城市水環(huán)境、形成城市健康循環(huán)的有效措施。