雨水利用的可行性及其意义

1　引言 城市雨水也称城市雨洪，是指城市区域内由于汛期降雨所产生的雨水径流或洪水。降雨时，雨水加速向城市的河道汇集，洪峰流量迅速形成，城市的排水设施难堪重负，水涝灾害频发等一系列严重的问题［1］。城市雨水利用指的是通过工程和非工程措施，分散实施、就地拦蓄、储存和利用城镇雨水，避减洪涝灾害，增加城镇供水量，改善城镇生态与环境的过程［2］。随着我国城市化速度的不断加快，水资源匮乏及城市内涝的矛盾日益突出，城市规划与建设过程中如何合理利用雨水资源逐渐成为缓解水资源短缺及排涝的一种重要途径［3］。因此，必须综合利用雨水，实现水资源的合理开发、优化配置和高效利用。 2　雨水利用的可行性分析 雨水是一种最根本、最直接、最经济的水资源，已经得到世界各国的认可，雨水作为一种补充水源越来越受到广泛的重视［4］。雨水净化处理工艺简单，费用低，具有长期效益，并且这些雨水资源的产出不受其他社会和人为因素影响。据调查，雨水收集基本建设投资不到200元／m3，运行费用不足0．1元／m3，而污水深度处理工程投资则达0．14～0．25万元／m3，运行费用为0．4～0．8元／m3，与污水再利用相比，雨水收集利用更为可行［5］。雨水渗透能够适当提高地下水位，补充地下水，对于地下水超采城市来说具有重要的意义。雨水的综合利用可减少城市街道雨水径流量，减轻城市排水的压力。雨水用于工农业用水和生活用水，为城市提供新的供给水源，缓解水资源供需矛盾［6］。 3　雨水处理技术及案例分析 李俊奇等［7］介绍了道路生物滞留带的设计案例，并对其径流控制效果进行了评价。道路雨水生态处置措施改变了传统的道路排水理念，在保证道路排水安全的同时，实现了雨水的渗透利用和径流污染控制，降低了下游水体污染的风险，在一定程度上改善了城市水环境。合理应用道路雨水生态处置技术可有效削减径流体积和峰流量，控制径流污染，具有较好的环境效益和经济效益，在我国具有广阔的应用前景。王耀堂等［8］结合工程实际应用状况，分析了渗透排放一体生态雨水系统的技术措施和设计方法，重点分析了对地面径流的影响。综合雨水利用设施可大幅度减少雨水的排出量，对城市排水系统的规划、设计产生显著的影响，在同等设计年限下，可适当减小城市雨水管网管径。 黄勇强等［9］针对城市雨水径流的水质特点，提出了初期弃流、水力旋流分离、生态浮床组合工艺，并用于镇江市雨水处理与回用示范工程。运行结果表明，初期弃流池和旋流分离器对SS的去除起主要作用，最高去除率都在70％以上，而生态浮床主要是去除COD和溶解态的氮、磷，三者除污作用的互补确保了系统对暴雨径流中SS、COD、NH＋4－N、TN和TP均有较好的去除效果，使出水水质达到了城市绿化用水水质标准。该工程集城市雨水收集、处理及回用于一体，为南方城市住宅小区、学校、公园等建筑场所的雨水资源化利用提供了示范。 程江等［10］利用上海地区2000～2009年的降雨资料，模拟了屋面雨水利用设施的长期运行效率，并分析了影响运行效率的主要因素。研究结果显示：屋面雨水利用设施具有良好的长期运行效率，在雨水用量为100L／（d•户）、屋面雨水蓄积量为40L／m2的条件下，系统可保持平均为90％以上的长期运行效率；屋面雨水利用设施可有效调蓄雨水径流和延迟径流产生时间，当屋面雨水蓄积量大于50L／m2时，系统可充分调蓄5年一遇的暴雨屋面径流，极端情况下可削减径流深约25．1mm；单位面积屋面雨水使用量和单位面积屋面雨水蓄积量是影响系统长期运行效率的两方面重要因素。因此，合理设计屋面雨水利用设施长期运行效率的重要影响参数（单位面积屋面雨水使用量和单位面积屋面雨水蓄积量），可有效发挥屋面雨水利用设施的调蓄雨水径流效应。 李俊奇等［11］提出了适合我国北方地区的“高花坛＋低绿地＋植被浅沟、渗透沟”雨水综合渗透系统，用图例说明设计方案，并对其计算方法和技术经济分析作了探讨。许萍等［12］研究了人工土植物系统对北京城区雨水径流的净化作用及其规律。人工土植物系统可通过土壤的吸附作用、植物根系的吸收作用、微生物的生化反应以及化学沉淀反应等途径去除径流雨水中的磷（图1）。 熊家晴等［13］根据质量守衡定律对雨水处理自然流人工湿地面积计算的理论基础进行了分析，提出城市雨水处理利用系统中人工湿地的设计计算方法。田葳［14］针对生态小区水环境的要求，以北京市某小区雨水回用设计为例，结合小区的特点，对小区雨水进行收集后采用人工土壤－植被渗滤－土壤滤池的生态过滤技术，来完成植物根系和土壤中微生物对污染物进行吸收和分解的物理、化学、生物等净化作用。雨水经处理后作为杂用水及景观用水，可用于洗车、浇灌及水景补充等，构成一个雨水处理与绿化、景观相结合的生态系统，体现了生态住宅和可持续发展的思想。另外，设计中还采用铺设渗透管和透水砖的形式，使雨水经渗透补入地下水，可以起到削减洪峰、减少水土流失、涵养地下水源、改善区域生态环境的作用。 张炜等［15］介绍了一种生态型的雨水渗透设施下凹式绿地，并且综合绿地服务汇水面面积、土壤渗透系数、设计暴雨重现期、周边设施的布置情况等多种影响因素，提出了下凹式绿地的设计方法，合理确定了下凹式绿地的设计控制参数绿地下凹深度及绿地面积。为了简化设计计算过程，建议用下凹式绿地设计计算图取代数值计算，并以邯郸为例介绍下凹式绿地设计计算图的绘制方法及应用。 罗红梅等［16］介绍了一种生态型的雨洪控制与利用设施雨水花园，并详细介绍了雨水花园的功能、分类、设计计算、植物选择原则及维护管理措施。一般来说，雨水花园可以构建在黏土、砂土等各种类型的土壤上，主要适用于城市公共建筑、住宅区、商业区以及工业区的建筑、停车场、道路等的周边，而且还适用于处理和利用别墅区、旅游生态村等分散建筑和新建村镇的雨洪径流（图2）。#p#分页标题#e# 4　结语 开展雨水资源化利用可有效增加雨水下渗量，对补给地下水、减轻城市排水压力及改善小区环境等具有重要的社会、环境和生态效益。还可以从宏观上改善区域环境，部分解决我国城市建设发展过程中的水资源短缺问题，推动我国经济的可持续发展［17］。