北方城市雨水的收集与利用-职称论文发表

北方城市雨水的收集与利用
任保忠
摘要：我们国家水资源匮乏，尤其是北方城市，随着经济和社会的不断发展，对水的需求也越来越多，雨水作为一种水资源，应加以收集利用。
关键词：雨水收集利用透水铺装
一、前言
水是城市生存和发展的命脉。我国是一个水资源严重短缺的国家，人均水资源量仅为世界人均占有量的1/4，而且我国水资源分布存在显著时空不均。随着城市化进程加快，水资源匮乏、生态环境恶化等问题的出现，城市雨水作为水资源利用迅速在世界各地得到发展。城市雨水的利用涉及到城市雨水资源的科学管理、雨水径流的污染控制、雨水作中水等杂用水源的直接收集利用、用各种渗透设施将雨水回灌地下的间接利用、城市生活小区水系统的合理设计及其生态环境建设等方面，是一项涉及面很广的系统工程。
二、雨水利用的现状
发达国家很早就对雨水的收集利用进行了研究并加以实施，比如美国、德国、新加坡、日本等。早在1989年德国就出台了雨水利用设施标准(DIN1989)，对住宅、商业和工业领域雨水利用设施的设计、施工和运行管理，过滤，储存，控制与监测4个方面制定了标准。到1992年已出现"第二代"雨水利用技术。又经过近10年的发展与完善，到今天的"第三代"雨水利用技术，新的标准也正在审批中。我们国家也有一些城市如北京、深圳、昆明等已经制定了地方性法规，将雨水的收集利用作为一项重要的工程来实施。我们在借鉴发达国家成功经验的同时也要结合自己城市的实际情况进行因地制宜的建设。
三、北方城市的降雨特点及排水分析
笔者所在的城市是典型的北方城市，北方城市的降雨有其自身的特点，降雨期集中，一般集中在6～9月份，而其他月份则比较干旱少雨；降雨量也比较集中，一般情况下降雨历时短、强度大，以短时降雨为主，下很长时间淅淅沥沥的小雨比较少见。
目前大部分城市的雨水排放系统是由雨水管道、雨水泵站、排放水体等组成，对于雨水主要是以快速排放、减少地面积水为目的。随着城市的不断发展，城区面积越扩越大，道路、广场、小区等越建越多，这对雨水排放系统提出了严峻的考验，每到暴雨来临之时，市政管理部门都如临大敌，到街道上对管道进行维护与疏通。尽管这样，每年都会有不少城市遭受内涝的危害，造成人员伤亡与财产损失。
四、雨水收集与利用
西方国家的研究表明，在自然植被覆盖的地面上降雨后有25%的雨量形成浅层渗透，25%形成深层渗透，40%蒸发，只有10%的雨量形成了地表径流；而在建筑发达与密集的城市，降雨后只有10%的雨量形成浅层渗透， 5%形成深层渗透，30%蒸发，却有55%的雨量形成了地表径流。大部分北方城市绿化少、道路硬化及小区、广场硬铺装比较多，这就导致降雨后地面径流形成快、径流量大，对雨水管道及泵站的冲击负荷也大，遇到暴雨时地面径流超出雨水管道设计负荷，造成城市内涝也就不可避免了。要解决与水的收集与利用就必须改变现有的城市建设思维，增加绿化、减少硬铺装，以减少雨水的排放。
雨水利用主要有以下两种方法：一是间接利用，渗透回灌以补充地下水是雨水的间接利用方法。一些国家的雨水设计体系已把渗透和回灌列入雨水系统设计的考虑因素。但目前我国城镇雨水的设计体系仍是“直接排放水体”的模式，无法获得削减径流量、减轻污染负荷、补充地下水源、改善生态环境等综合效益。二是直接利用，将雨水收集处理后直接利用。主要用于城市的绿地浇灌、路面喷洒、景观补水等，可有效地缓解城市供水压力。
城市雨水利用是一种多目标的综合性技术。目前应用的技术可分为以下几大类：分散住宅的雨水收集利用中水系统；建筑群或小区集中式雨水收集利用中水系统；分散式雨水渗透系统；集中式雨水渗透系统；屋顶花园雨水利用系统；生态小区雨水综合利用系统(屋顶花园、中水、渗透、水景)等。上述系统几乎都涉及雨水的污染控制、截污和储存，这也是各系统的技术关键。
城市的市政道路系统中有路面、人行道、绿化带等组成，在建设中如果我们将现有的沥青换成透水沥青，将人行道铺装换成透水铺装，将绿化带与道路设置联通段，使地面径流可以流入绿化带中。这样做可以显著减少地面积水的产生。但是问题也随之而来，下渗后的雨水对路基的浸泡又对道路的使用产生了不良影响，有时甚至还在透水路面下重新修建了一套排水系统，让下渗的雨水尽快排走，保证路基的承载力。可见对现有市政道路进行改造是不现实的，在新建道路中将雨水管道与下渗雨水的排放结合起来进行设计倒是可行的。
市政道路在城市面积中所占比例毕竟是少量的，大量的城市面积被居住区、机关单位、工厂等所占据，如果能将这些区域的雨水收集起来，尽量不排放或少排放，这对减少对雨水管网的冲击、雨水的利用上才是有效地措施。这也就是美国提出来的低冲击开发技术，其初始原理是通过分散的、小规模的源头控制机制和设计技术，来达到对暴雨所产生的径流和污染的控制，从而使开发区域尽量接近于开发前的自然水文循环状态。这是一种以生态系统为基础，从径流源头开始的暴雨管理方法。
目前对于这种小区式的雨水利用主要分为以下几种：
一是屋面雨水集蓄系统，收集下来的雨水经过简单的处理后，达到杂用水水质标准主要用于家庭、公共场所和企业的非饮用水。由于初期雨水水质比较恶劣，可考虑增设初期弃流装置。独立的雨水收集利用系统根据初期弃流后的屋面雨水水质的情况和实验结果，采用以下处理流程，其出水水质可满足《生活杂用水水质标准》要求。屋面雨水——雨落管——初期弃流装置——贮水池——泵——加药装置——滤池——中水池——消毒装置——中水利用。在流程中，屋面雨水经雨落管进入初期弃流装置：经初期弃流后的雨水通过贮水池收集，贮水池容积大小根据当地的暴雨强度公式，绘出不同历时的雨量曲线来确定。处理后的雨水可用于小区各种生活杂用水，如冲厕、绿化、喷洒路面等。
二是雨水截污与渗透系统。小区或单位道路雨水通过管道排入大型蓄水池，雨水管道口均设有截污设施，以拦截雨洪径流携带的污染物；蓄水池设溢流管与城市道路排水管道向连通，以排走超出蓄水池蓄水容量的雨水。小区硬铺装地面使用可渗透的地砖，以减小径流。行道树周围以疏松的树皮、木屑、碎石、镂空金属盖板覆盖。收集到的雨水经沉淀及简单处理后也可用于绿化、喷洒路面等杂用。
三是生态小区雨水利用系统。小区或单位沿着道路修建有渗透浅沟，表面植有草皮，供雨水径流流过时下渗。超过渗透能力的雨水则进入雨洪池或人工湿地，作为水景或继续下渗。
同时，北方城市春季风沙大，经常出现扬沙天气，到了夏季将雨期，泥沙和垃圾随地面径流流入雨水管道，所以在市政雨水管道排出口应尽量设置生态湿地等简单的水处理设施，使雨水在排入河道或其他水体之前能够得到净化，不但保持了水体的自然生态，又增加了城市的生态景观。
五、雨水收集利用需政府支持与社会参与
雨水的收集与利用在我们国家还算是一个刚刚起步的课题，要想成规模的发展与推广需要政府的政策引导与财政支持。如目前德国在新建小区之前，无论是工业、商业还是居民小区，均要设计雨水利用设施，对于雨水利用设立相应的经济激励措施，若无雨水利用措施，政府将征收雨水排放设施费和雨水排放费。我们国家可以在这方面加以借鉴。在政府引导与支持的前提下，还需要加大节约用水与科学用水的知识普及，让广大人民群众都能从根本上意识到水资源的匮乏与雨水资源化的可行性、必要性，真正做到全社会的广泛认同与参与。
最后，无论采用何种雨水收集利用的方法，都要因地制宜的结合当地的降雨量与降雨水质，并根据当地的城市发展与经济状况，才能达到较好的经济、社会与生态效益。