城市雨水利用初探
摘 要：本文在分析國內(nèi)外城市雨水利用發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，對城市雨水利用模式、利用潛力進(jìn)行了探討，提出了當(dāng)前城市雨水利用中的問題與建議。
關(guān)鍵詞：城市雨水 雨水利用
一、城市雨水利用的意義
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，水資源短缺和水環(huán)境污染的問題日趨嚴(yán)重。造成城市水資源不足和短缺的主要原因有，一是水資源總量先天不足，人口多，人均水資源少。2000年我國的城市化水平是36.1%，城市人口為4.56億，城市供水總量約469億m3。預(yù)測到2010年、2030年和2050年，城市化水平將分別達(dá)到40%、50%和60%，城市人口將分別為5.5億、7.5億和9.6億，相應(yīng)的需水量將分別增加到910億m3、l220億m3和1540億m3左右。二是水源水質(zhì)日趨惡化，不能滿足水體正常循環(huán)使用的功能要求，大大減少了有效水資源的利用狀況。當(dāng)前全國城市水源只有30%符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，全國七大水系有一半以上被污染，流經(jīng)42個(gè)大中城市的44條河流中約有93%被污染。
城市雨水是一種寶貴的自然資源，可用于補(bǔ)充地下水、綠化用水、景觀用水、城市雜用、居民雜用、工業(yè)用水，深度處理后還可作為飲用水。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）雨水滲透能夠適當(dāng)提高地下水位，補(bǔ)充地下水，對地下水超采城市來說具有更重要的意義；（2）雨水利用減少了城市街道雨水徑流量，減輕城市排水的壓力，甚至一些區(qū)域不必鋪設(shè)雨水管道，同時(shí)有效降低雨污合流，減輕污水處理的壓力；（3）雨水利用于工農(nóng)業(yè)和生活，為城市提供新的供給水源，緩節(jié)水資源供需矛盾。因此，研究城市雨水利用理論和技術(shù)，并將其在城市規(guī)劃中加以推廣應(yīng)用具有重要意義。
二、國內(nèi)外研究概況
目前，國際上城市雨水利用研究比較廣泛。東南亞的尼泊爾、菲律賓、印度、泰國，非洲的肯尼亞、博茨瓦納、坦桑尼亞，以及日本、德國、澳大利亞、美國、新加坡、法國等國家都采取了多種技術(shù)開發(fā)和利用城市雨水。其中德國和日本的城市雨水利用處于領(lǐng)先地位。
德國是歐洲開展雨水利用工程最好的國家之一。德國的城市雨水利用方式主要有三種：一是屋面雨水集蓄系統(tǒng)，收集的雨水主要用于家庭、公共場所和企業(yè)的非飲用水；二是雨水截污與滲透系統(tǒng)，道路用水通過下水道排入沿途大型蓄水池或通過滲透補(bǔ)充地下水；三是生態(tài)小區(qū)雨水利用系統(tǒng)，小區(qū)沿著排水道建有滲透淺溝，表面植有草皮，供雨水徑流流過時(shí)下滲，超過滲透能力的雨水則進(jìn)入雨水池或人工濕地，作為水景或繼續(xù)下滲。德國的雨水利用技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化階段，市場上已大量存在收集、過濾、儲(chǔ)存、滲透雨水的產(chǎn)品。
日本的城市雨水利用在亞洲先行一步，1980年日本建設(shè)省就開始推行雨水貯留滲透計(jì)劃，1988年成立 “日本雨水貯留滲透技術(shù)協(xié)會(huì)”，1992年頒布“第二代城市下水總體規(guī)劃”正式將雨水滲溝、滲塘及透水地面作為城市總體規(guī)劃的組成部分，要求新建和改建的大型公共建筑群必須設(shè)置雨水就地下滲設(shè)施。近年來，各種雨水入滲設(shè)施在日本也得到迅速發(fā)展，包括滲井、滲溝、滲池等，這些設(shè)施占地面積小，可因地制宜修建在樓前屋后。
我國城市雨水利用的思想具有悠久的歷史，而真正意義上的城市雨水利用的研究與應(yīng)用開始于20世紀(jì)80年代，發(fā)展于90年代。我國特大城市的一些建筑物已建有雨水收集系統(tǒng)，但是沒有處理和回用系統(tǒng)。大中城市的雨水利用基本處于探索與研究階段，呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢頭。比較典型有山東的長島縣、大連的獐子島和浙江省舟山市葫蘆島等雨水集流利用工程。上海浦東國際機(jī)場航站樓雨水收集系統(tǒng)水平投影面積達(dá)17.62萬m2，在暴雨季節(jié)收集雨量為500m3/h，污染程度輕，較生活污水回用更為經(jīng)濟(jì)、簡便易行。北京2008奧林匹克場館建設(shè)中也采用了雨水利用技術(shù)。
三、城市雨水利用模式及潛力分析
1．雨水利用模式
城市雨水利用主要分直接和間接兩種。直接利用表現(xiàn)在雨水匯集、貯留等，屋頂、路面等均可不同程度收集雨水，收集的雨水可匯集到雨水貯留池中，對不同用途的雨水進(jìn)行處理等級(jí)劃分和分別利用。雨水的間接利用表現(xiàn)為雨水滲透。雨水滲透可包括點(diǎn)源、線源和面源的滲透，人工滲透設(shè)施、人工湖等為點(diǎn)源入滲，河道、透水性道路等為線源入滲，減少城市硬鋪蓋、加大城市綠地草坪面積可增加面源入滲量。雨水滲透對改善城市水環(huán)境，恢復(fù)城市良性水循環(huán)具有根本性作用。城市雨水利用模式應(yīng)綜合考慮城市規(guī)劃、建筑物分布、排水管網(wǎng)布局、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境用水等因素，因地制宜的建造雨水直接和間接利用工程，以達(dá)到充分利用城市雨水、提高雨水利用能力和效率的目的。
2．雨水利用潛力分析
2004年末我國城市面積39.42萬km2，以年平均降水量650mm估算，2004年城市原生水資源（總降水量）約0.26萬億m3。除自然蒸發(fā)和滲透外，城市雨水收集利用的潛力巨大。當(dāng)前，大多城市的雨水利用量由傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。
（1）綠地入滲量計(jì)算
城市綠地的存在可大大增加降雨對地下水的入滲補(bǔ)給，同時(shí)減少城市雨洪災(zāi)害。綠地降雨入滲量由下式計(jì)算：
F滲=γ×P×A
式中F滲表示降雨入滲量（萬m3）；γ表示入滲系數(shù)；P表示降雨量(mm)；A表示綠地面積（m2）；綠地入滲系數(shù)為0.4～0.85。
（2）城市雨洪利用量計(jì)算
根據(jù)城市的下墊面特征，城市匯水面主要分為不透水面（建筑物和道路）和綠地，城市雨洪資源量由下式計(jì)算：
Q＝R不透水面＋R綠地
式中Q表示城市雨洪資源量（萬m3）；R不透水面＝不透水面積×降雨量×徑流系數(shù)；R綠地＝綠地面積×降雨量×徑流系數(shù)。不透水面積徑流系數(shù)為0.8～0.9，綠地面積徑流系數(shù)為0.15，并參照國內(nèi)同類型其它城市雨水利用率，估算出城市雨洪利用量。上述公式相關(guān)系數(shù)可根據(jù)《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)——建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》查得。最后，綠地入滲量與城市雨洪利用量之和即為城市雨水利用量。
此外，基于水量平衡的雨水利用潛力分析模型，提出了以水量平衡為基礎(chǔ)，考慮降雨、蒸發(fā)、徑流、入滲和土壤蓄水量等水文物理過程的城市雨水資源化利用潛力分析方法。
四、問題與建議
（1）城市雨水利用涉及面非常廣，不同地區(qū)的雨水利用還處于摸索階段，缺乏充分的科學(xué)分析和指導(dǎo)。對城市可利用雨水資源量的計(jì)算評價(jià)及其合理調(diào)配的分析；城市雨水利用區(qū)劃和適宜利用模式的研究；水力計(jì)算及其設(shè)計(jì)參數(shù)的合理確定；城市雨水管網(wǎng)系統(tǒng)、雨水滲透設(shè)施的規(guī)劃；雨水的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和雨水管理、政策的研究；城市雨水適宜的開發(fā)程度、城市多水源的優(yōu)化配置等問題有待于進(jìn)一步分析研究。
（2）城市雨水資源化是城市水文——生態(tài)環(huán)境——社會(huì)經(jīng)濟(jì)這個(gè)復(fù)合系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展功能的體現(xiàn)，為了保證雨水資源的持續(xù)利用，需要深入研究城市空氣污染對降水水質(zhì)的影響；徑流水質(zhì)對地表水和地下水的影響；城市雨水和城市生活污水聯(lián)合利用對水環(huán)境的長期影響規(guī)律；雨污聯(lián)合利用與生態(tài)環(huán)境需水的關(guān)系；雨水利用工程對生態(tài)環(huán)境影響評價(jià)體系建立；合理評價(jià)雨水資源利用綜合效益等。
參考文獻(xiàn)
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