雨水利用适用条件分析

我国“雨水利用工程”的适用条件分析

任冰倩

随着我国城市化进程的加快和国民经济的高速发展，水资源短缺和水污染日趋严重。对水资源进行合理开发、高效利用、全面节约、有效保护和综合治理，已成为一项重要的战略任务。加强水资源管理，控制水资源污染，从根本上解决我国水资源短缺问题，越来越成为制约我国经济和社会发展的重要因素。

我国是一个水资源相对贫乏、时空分布又极不均匀的国家。水资源年内年际变化大，降水及径流的年内分配集中在夏季的几个月中；连丰、连枯年份交替出现，造成一些地区干旱灾害出现频繁和水资源供需矛盾突出等问题。我国水资源总量28000多亿m3，居世界第6位，但人均水资源占有量只有

2300m3，约为世界人均水平的1/4。全国669座城市中有400座供水不足，110座严重缺水；在32个百万人口以上的特大城市中，有30个长期受缺水困扰；在14个沿海开放城市中，有9个严重缺水。

缺水已经成为制约我国城市经济社会发展的一个瓶颈因素。为了缓解城市水资源供给极度紧张的状况，我们一方面采用调水措施或尝试农用水资源向城市用水的转换1，以求增加城市水资源的供给总量，另一方面则积极鼓励城市居民和企事业单位节约用水，所有这些，都在实践中发挥了非常重要的作用。但是，就在我们努力找水、节水的同时，几乎每个城市都大量拥有的一种水资源——雨水，却普遍性地没有得到很好的利用，而是直接进入城市地下管网，与城市污水混在一起，雨污同流，白白地流走了，有的时候还要花费巨大费用人工排水。对于一个严重缺水的国家来说，城市雨水的资源化利用问题应该引起重视。

所谓城市雨水资源化利用就是将城市中的闲弃（径流）雨水转化为可利用水资源并加以实际利用的过程。单纯从量的角度看，城市雨水总量可观、开发利用潜力巨大。以北京市为例，市区面积770平方公里，年降雨量630.0毫米，全部城区每年承接雨水量4.85亿m3；天津市城区面积460平方公里，年降雨量600.0毫米，全城区每年承接雨水量2.76亿m3；济南市城区面积133平方公里，年降雨量平均为654毫米，全市每年承接雨水8000多万m3。可回收利用的雨水资源总量很大。

雨水利用方式的选择

雨水利用规定了三种方式:土壤入渗、收集回用和调蓄排放。其中调蓄排放系统的功能主要是减轻城市洪涝,符合“规范”总则的要求,因此推荐了其适用场所:

为削减城市洪峰或要求场地的雨水迅速排干时,宜采用调蓄排放系统。三种方式都已在国际上应用多年,属成熟技术。

雨水利用方式选择的基本思路是:地面雨水采用入渗,屋面雨水采用入渗还是收集回用由技术经济比较决定。地面雨水采用入渗而不收集回用的主要理由如下:第一,地面特别是路面雨水污染较重,COD 和SS 等主要指标比屋面雨水成倍增高[ 2 ] ;第二,地面特别是绿地雨水收集效率(径流系数) 低,仅约为屋面雨水的1/ 4

或1/ 5 。

雨水利用工程的适用条件重点考虑了三个方面:入渗设施的适用条件,收集回用设施的适用条件,雨水利用工程的适用城市。入渗设施和收集回用设施的适用条件:雨水入渗时土壤渗透系数宜为10 - 6～10 - 3 m/ s ,渗透系数太大会污染地下水,太小不经济。渗透面距地下水位大于1 m ,主要考虑防地下水污染;收集回用系统宜用于年均降雨量大于400 mm 的地区,雨量小集水效率太低,不经济,这主要参考

了农业集雨的经验,集雨灌溉工程适用于年降雨量大于300 mm 的地区。雨水利用技术适用的城市没有列入正文,而是放在了条文说明中:在水文循环环境受损较为突出或具有经济实力的城市,应优先开展雨水利用,其中包括水资源缺乏的城市,地下水位呈现下降趋势的城市,洪涝和排洪负担加剧的城市,新建经济开发区或厂区。不放入正文的主要理由是交由当地政府决策雨水利用技术是否适用。

雨水人工渗蓄系统

在雨水利用系统或措施中,雨水渗蓄利用可同时起到减少雨水径流总量、缓解洪峰流量、补充地下水、减轻径流污染、改善环境等多重作用同时适用范围较广、形式多样,既可进行大规模集中回灌,也可通过小型雨水渗蓄装置进行分散式就地渗透。雨水渗蓄利用设施包括下凹式绿地、带有渗透功能的雨水滞留塘等自然渗蓄设施及人工渗蓄设施,在雨水人工渗蓄利用系统中,雨水径流经地表漫流或管渠进入有一定储水空间的渗蓄设施,由于受土壤下渗能力限制而不能很快下渗的雨水可暂时存储于渗蓄设施孔隙率较大的蓄水填料中,在降雨过程及降雨停止后的一段时间里,再通过设施底面和侧壁逐渐渗入下层土壤,可适当提高雨水入渗涵养地下水的效率。因此,开发并应用雨水人工渗蓄利用系统及设施具有重要的现实意义。

要实现雨水人工渗蓄利用系统的成功设计和运行,需对当地的降雨条件、服务汇水面面积、土地利用状况、地质条件、土壤的质地及渗透性能、地下水位、周边建筑物和基础设施的分布现状及规划等条件进行全面分析及综合考虑。

①雨水人工渗蓄利用系统的服务汇水面积(A )不宜过大,以A ≤4. 0 hm2 为宜,

最好控制A ≤2. 0 hm2。

②从地质条件考虑,雨水人工渗蓄利用系统宜建在中等质地的土壤地带,即土壤

中粘土含量≤30% ,砂质土壤≤40%。这是由于粘土的渗透能力有限,不利于雨水下渗;而砾石或粗砂土的渗透系数又过大,使得下渗雨水与土壤的接触时间过短而易污染地下水。根据美国农业部土壤质地三角形对土壤质地的分类,适于该系统的土壤渗透系数≥3. 0mm /h,最好为12～80 mm /h。

③当地下水位较高时,建议不采用雨水人工渗蓄利用系统。人工渗蓄利用设施

底部应距离地下水位线约0. 6～1. 2 m ( 2～4英尺) ,华盛顿生态局推荐渗蓄系统底部标高比地下水位线、基岩或其他不透水层高1. 5 m (5英尺) [ 2 ] 。

当雨水径流的预处理效果较好、渗蓄设施的存储空间较大时,可将该距离适

当降至1. 0 m。

④雨水人工渗蓄利用系统应用区域的地形坡度不宜过大,否则不利于雨水径流

的下渗与截污,不仅会降低渗蓄效率、增加施工难度,而且还会影响景观效果。

此外,过大的地形坡度还导致设施中填料的坍塌或偏移,使设施不稳定,建议雨水人工渗蓄利用系统所处的地面自然坡度≤15%。

⑤雨水人工渗蓄利用系统不适于污染较重的区域(如城市商业区、工业区或交

通干道等) ,雨水径流受污染严重,污染物组成复杂,仅对雨水进行简单处理无法有效控制其污染。

屋面雨水蓄积与回用

从屋面收集后的雨水经沉淀和过滤河简易处理后主要用于公共场所企业和家庭的非饮用水（如冷却循环水地面冲洗用水绿化用水厕所冲洗水等）。一些城市的建筑，每个房顶屋檐处的瓦片有个非常醒目的断接部分，不少购房者以为是少放置了一层瓦片，其实不然，这些屋檐边上的小沟，是雨水收集系统，它可以收集从屋顶落下的雨水，再通过管道导入整个水系统中，通过雨水收集系统可以为人工湖区补充干净的水。

城市雨水利用工程评价的一般要求

（1）城市雨水利用工程规划设计, 首先应遵循下述基本原则雨水利用应与雨水径流污染控制、城市防洪减涝、生态景观改善相结合方案比

选应遵循综合性原则, 因地制宜, 择优选用方案比选和决策时应兼

顾经济效益、环境效益和社会效益的统一。

（2）雨水利用工程设计以城市总体规划为主要依据, 从全局出发, 处理好雨水直接利用与人渗补充地下水、雨水安全排放的关系, 处理好雨

水利用与污水回用、地下自备井水与市政管道自来水之间的关系, 以

及集中与分散、新建与扩建、近期与远期的关系。对已建工程（3）建工程的评价也应区别对待。

雨水利用工程应做好充分的调查和论证工作, 明确雨水的水质、对

象及其水质和水要求。应确保雨水利用工程水质、水量安全可靠, 防

止产生新的污染或危害。

（4）国城市雨水利用工程是一项新的技术,目前正处在示范和发展阶段, 相应的标准、规范还未健全, 应注意引进新技术, 鼓励技术创新, 不

断总结和推广先进经验, 使这项技术不断完善和发展。

水径流的污染控制、有组织排放雨水的屋面系统设计、生态环境建设等城雨水利用技术涉及到城市雨水资源的科学管理、雨诸多方面, 是一项涉及面很广的系统工程。我国城市雨水利用技术比较落后, 针对城市水资源和水环境状况, 应尽早制定《城市雨水利用规范和条例》等一系列有关雨水利用的法律法规。明雨水利用的基本原则“保证开发项目建成前后降雨径流系数不能增加”, 例如要求规定在新建或改建的开发区, 开发后的雨水径流量不得超过开发前的径流量,

迫使开发商构建雨水利用设施, 并且美化环境。同时, 可以考虑采取鼓励雨水用措施的政策, 如给予增建雨水利用设施的业主一定补贴, 减免雨水利用的税款等。发达国家在这方面做得很好, 比如德国的有些州规定, 一个进行了绿化的建筑物( 如屋顶绿化) 不用交纳环境补救费用,因为它对自然环境的干扰作用要于