城市雨水收集與利用研究
針對(duì)目前國內(nèi)城市雨水利用的現(xiàn)狀，結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)的雨水利用技術(shù)，分別提出屋面和地面雨水收集和回用的措施，對(duì)現(xiàn)階段國內(nèi)雨水利用提出了一些建議，以便更大限度利用雨水資源。
城市化建設(shè)的快速發(fā)展和城市人口的不斷增加，一方面使得城市用水量需求增加，另一方面城市不透水面積擴(kuò)大，導(dǎo)致雨水資源流失增加和水循環(huán)系統(tǒng)的平衡遭到破壞。雨水作為一種自然資源，污染輕，對(duì)調(diào)節(jié)補(bǔ)城市水資源、改善城市自然生態(tài)系統(tǒng)具有重要作用。現(xiàn)代城市雨水利用是一種新型的多目標(biāo)綜合性技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)節(jié)水、誰資源涵養(yǎng)與保護(hù)、控制城市水土流水和水澇、減少水污染和改善城市生態(tài)環(huán)境等功能。
國外對(duì)城市雨水利用的實(shí)踐及研究起步較早，從20世紀(jì)80年代開始，世界各國就開始探索城市雨水資源化，全球至少有40個(gè)國家和地區(qū)開展了雨水管理與利用的研究和實(shí)踐。美國、德國、澳大利亞、日本和以色列等國長期致力于雨水管理技術(shù)的研發(fā)，已形成了相對(duì)成熟的雨水利用技術(shù)，開發(fā)了多種水文模型，并建立了較為完善的保障體系。我國城市雨水利用盡管取得了一定成果，但總體上起步晚、發(fā)展相對(duì)滯后。通過分析國外雨水利用的現(xiàn)狀，提出了雨水收集及利用技術(shù)，旨在為我國的雨水利用提供借鑒和啟示。
一、國內(nèi)外城市雨水利用現(xiàn)狀
1.1國外城市雨水利用現(xiàn)狀
從上世紀(jì)80年代起，歐美及日本等發(fā)達(dá)國家開展了對(duì)雨水進(jìn)行收集利用的研究。美國的雨水利用常以提高天然入滲能力為目的。美國不但重視工程措施，而且還制定了相應(yīng)的法律法規(guī)對(duì)雨水利用給予支持。如科羅拉多州、佛羅里達(dá)州和賓夕法尼亞州分別制定了《雨水利用條例》。這些條例規(guī)定新開發(fā)區(qū)的暴雨洪水洪峰流量不能超過開發(fā)前的水平。所有新開發(fā)區(qū)必須實(shí)行強(qiáng)制性的的“就地滯洪蓄水”。其他的發(fā)達(dá)國家如德國、英國、日本等國家城市雨水利用的主要經(jīng)驗(yàn)包括兩個(gè)方面。一是制定一系列有關(guān)雨水利用的法律法規(guī)，如目前德國在新建小區(qū)之前，無論是工業(yè)、商業(yè)還是居民小區(qū)，均要涉及雨水利用實(shí)施，若無雨水利用措施，政府將征收雨水排放設(shè)施費(fèi)和雨水排放費(fèi)。日本于1992年頒發(fā)了“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。二是建設(shè)完善的雨水收集、利用設(shè)施，將收集到的雨水主要用于沖廁、洗車、澆庭院及回灌地下水等。目前，德國的雨水利用技術(shù)已發(fā)展到第三代，其特征是設(shè)備的集成化，尤其對(duì)于屋面雨水的收集、截污、儲(chǔ)存、過濾、滲透、提升、回用和控制，形成了系列化的定型產(chǎn)品和組裝式的成套設(shè)備。
1.2我國城市雨水利用現(xiàn)狀
我國雨水利用有悠久的歷史，但是真正意義上的雨水資源利用研究約從20世紀(jì)80年代才開始。城市于利用在我國剛剛起步，只有個(gè)別城市進(jìn)入工程實(shí)施和推廣階段，主要是缺水地區(qū)的一些小型、局部的非標(biāo)準(zhǔn)性應(yīng)用，比較典型的是山東長島縣、大連獐子島和舟山市葫蘆島等雨水集流利用工程。目前，北京。上海、天津、深圳、大連、西安等許多城市正在結(jié)合自身的具體情況開展雨水收集利用項(xiàng)目研究。由于缺水形勢(shì)嚴(yán)峻，北京市開展的步伐較快。2001年國務(wù)院批準(zhǔn)了包括雨洪利用規(guī)劃內(nèi)容的“21世紀(jì)初期首都水資源可持續(xù)利用規(guī)劃”，北京市規(guī)劃委員會(huì)和北京市水利局于2003年3月共同制定并發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)建設(shè)工程用地內(nèi)雨水資源利用的暫行規(guī)定》，其中規(guī)定今后在北京市新建、改建、擴(kuò)建工程時(shí)要同時(shí)減少雨水利用工程，建設(shè)中的工程也必須同時(shí)考慮建設(shè)雨水利用設(shè)施。2008年奧運(yùn)場(chǎng)館和奧林匹克公園建設(shè)中也都采用了雨洪利用技術(shù)。
二、雨水利用技術(shù)
2.1雨水收集
雨水收集系統(tǒng)包括屋面的雨水收集系統(tǒng)和地面的雨水收集系統(tǒng)。由于屋面受到人類活動(dòng)的影響小一些，所以屋面對(duì)雨水的污染程度比路面要輕的多。而且地面要考慮到相當(dāng)一部分的雨水途徑綠地回補(bǔ)地下含水系統(tǒng)，因此兩種收集系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上有所差異。
2.1.1屋面雨水的收集
屋面雨水一般占城區(qū)雨水資源量65%左右，易于收集，且水質(zhì)相對(duì)較好，是城區(qū)雨水利用的主要對(duì)象。屋面雨水由于受污染少，水質(zhì)較好，稍加處理或不經(jīng)處理即可直接用于沖洗廁所、澆灌綠地或作水景，也可直接進(jìn)入滲透管溝或通過土壤經(jīng)初步滲透后再進(jìn)入滲透關(guān)系。對(duì)屋面雨水典型的收集方式為：屋面雨水經(jīng)雨水立管進(jìn)入初期棄流裝置，通過初期棄流裝置將初期較臟的雨水排至小區(qū)污水管道，進(jìn)入城市污水處理廠處理后排放。經(jīng)過初期棄流的雨水經(jīng)獨(dú)立設(shè)置的雨水管道流入貯水池，雨水在池中經(jīng)過過濾、沉淀、再過濾、消毒處理后，出水進(jìn)入專為沖洗用水、洗滌用水和庭院澆灌用水設(shè)置的管網(wǎng)，用于家庭、公共和工業(yè)等3方面非飲用水。
2.1.2地面雨水的收集
由于地面的雨水水質(zhì)較差，其主要用在系統(tǒng)和地表蓄水池。對(duì)于采取合流制排水小區(qū)綠化用水和景觀用水上。地面雨水收集方式包括綠地蓄水下滲回補(bǔ)地下含水系統(tǒng)的老城區(qū)，如果將地面雨水就近收集并回灌地下，不僅可以減少對(duì)環(huán)境的污染，還可提高城市污水廠的處理效果，降低處理成本。采取分流制的地區(qū)，地面雨水徑流從集水口流入雨水管道，直接匯入雨水貯水池，相對(duì)比較簡單。
2.2雨水回用
屋面雨水的污染程度較地面雨水輕，且徑流量大，便于收集，利用價(jià)值也高。初期徑流棄流后COD一般為80~120mg/L，而道路初期雨水水質(zhì)較差，初期徑流中COD高達(dá)3000~4000mg/L。所以雨水的匯水源頭、收集方式以及其回用的水質(zhì)都是制約雨水凈化工藝選擇的因素。雨水凈化按照雨水處理工藝可以分為自然凈化和物化處理。對(duì)雨水水質(zhì)條件較好、地下水位較低、平均坡度小且土壤滲透能力較好的道路(透水性路面)區(qū)，可利用表層植被和土壤凈化功能的自然凈化方法處理雨水，同時(shí)還可以減輕對(duì)雨水收集、輸送系統(tǒng)的壓力，補(bǔ)充地下水，其工藝流程如圖1所示。在雨水水質(zhì)較好的缺水地區(qū)，可直接收集雨水，再采用簡單的物化法處理后進(jìn)行回用，其工藝流程如圖2所示。對(duì)于水質(zhì)要求較高的則要選擇更先進(jìn)、可靠的雨水深度處理工藝，采用先進(jìn)的膜過濾技術(shù)，處理出水可用作消防及冷卻用水，其工藝流程如圖3所示。
此外，在雨水利用系統(tǒng)中，如對(duì)運(yùn)行管理的要求較高且資金允許的條件下，可考慮采用成套的雨水截流、處理裝置及自動(dòng)控制系統(tǒng)等對(duì)雨水進(jìn)行回用。
三、結(jié)語
城市雨水利用，對(duì)解決水資源短缺、防治水緩解污染和防洪減災(zāi)等方面，具有重大的社會(huì)效益和環(huán)境效益，是水資源科持續(xù)利用的有效途徑。通過對(duì)國外發(fā)達(dá)國家雨水進(jìn)行收集利用所取得的成果的借鑒與學(xué)習(xí)，建議國內(nèi)把雨水利用納入水資源的統(tǒng)一管理體系之中，盡快完善關(guān)于雨水利用的各項(xiàng)政策法規(guī)。由政府出臺(tái)相關(guān)雨水利用建筑的管理辦法，明確今后的小區(qū)建設(shè)和建筑物設(shè)計(jì)要服從雨水收集回用系統(tǒng)需要。對(duì)于已建成的小區(qū)或單位，采用政府投資、地方集資和用戶投入的辦法進(jìn)行改造。在雨水利用研究上加大科研投入力度，提供專項(xiàng)資金支持，使研究成果盡快轉(zhuǎn)化，提高雨水綜合利用程度。同時(shí)，要加大雨水收集回用的宣傳教育，強(qiáng)化人們的節(jié)水意識(shí)。
