城市雨水收集存在的問題
結合某市雨水收集工程案例方案設計，對城市雨水收集和利用技術進行總結，目前城市雨水收集和利用設計中存在的問題，并提出相關建議。
一、國外城市雨水收集和利用狀況
由于全球范圍內(nèi)水資源緊缺和暴雨洪水災害的頻繁發(fā)生，從20世紀80年代開始，世界各國就開始探索雨水資源化利用。目前世界上很多國家已經(jīng)認識到了雨水的利用價值，采用各種技術、設備和措施對雨水進行收集、利用、控制和管理。其中美國、德國、丹麥及日本等經(jīng)濟發(fā)達、城市化進程發(fā)展較早的國家，城市雨水利用發(fā)展較快。
綜合國外城市開展雨水收集利用較早國家的經(jīng)驗和技術，主要有以下幾個方面：
(1)技術方面。國外城市雨水利用的方式主要有3中：
1、屋面雨水集蓄系統(tǒng)。收集下來的雨水主要用于家庭、公共場所和企業(yè)的非飲用水。
2、雨水截污與滲透系統(tǒng)，道路雨水通過下水道排入沿途大型蓄水池或通過滲透補充地下水
3、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，供雨水流過時下滲，超過滲透能力的雨水則進入雨水池或人工濕地，作為水景或繼續(xù)下滲。
(2)政策方面。許多國家和地區(qū)已經(jīng)出臺了相應的技術手冊、規(guī)范和標準，另外還制定了一系列有關雨水利用的法律法規(guī)，對雨水利用給予支持。如德國聯(lián)邦水法、建設法規(guī)和地區(qū)法規(guī)均以法律條文規(guī)定的形式，要求加強對自然環(huán)境的保護和水的可持續(xù)利用，如規(guī)定新建項目的業(yè)主必須對雨水進行處置和利用。同時，通過經(jīng)濟手段控制雨水排放量，如向業(yè)主征收不透水地面面積的雨水費用等。
(3)設備方面。專門生產(chǎn)雨水利用設備的廠家和公司也逐漸增多，德國GEP公司生產(chǎn)的雨水過濾器、屋頂雨水利用控制設備、雨水儲存罐等產(chǎn)品暢銷整個歐洲市場，德國UFT公司的流量控制和監(jiān)控設備已經(jīng)開始在全球20多個國家和地區(qū)銷售和適應，荷蘭WAVIN公司的孔隙雨水蓄水池填充料、整體式雨水檢查井、雨水口等雨水利用設備已經(jīng)在全球30多個國家使用。
綜上所述，發(fā)達國家城市雨水利用的主要經(jīng)驗是：建立完善的屋頂蓄水和由入滲池、井、草地、透水地面組成的地表回灌系統(tǒng)，制定了一系列有關雨水利用的法律法規(guī)，收集的雨水主要用于沖廁所、洗車、澆庭院、洗衣服和回灌地下水，都取得了良好的效果。因此，發(fā)達國家在城市雨水資源化和雨水的收集利用的經(jīng)驗和方法，對解決我國城市雨水收集和利用的研究發(fā)展具有借鑒意義。
國內(nèi)城市雨水收集和利用狀況
我國城市雨水利用具有悠久的歷史，早在秦漢時期就有修建池塘攔蓄雨水用于生活的記錄，西北地區(qū)水窖的修筑也已有幾百年的歷史。但真正意義上城市雨水利用的研究與應用卻從20世紀80年代開始，并于90年代發(fā)展起來。總的來說技術還較落后，缺乏系統(tǒng)性，更缺少法律、法規(guī)保障體系。
20世紀90年代以后，我國特大城市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)。在技術和資金缺乏的情況下，收集后的雨水未經(jīng)任何處理直接排入水體，對城市水體水質(zhì)造成了很大的影響。
隨著我國城市和工業(yè)的發(fā)展，水源危機和雨洪危害日益嚴重。雨水作為重要的水資源加以收集利用，實行綜合治理已成為重要的新興課題。在城市總體規(guī)劃上，過去普遍采用的合理制排水系統(tǒng)大多數(shù)已被改制，改為分流制或截流制排水系統(tǒng)。但是，對于初期雨水未進行截流處理，多與中后期雨水一樣排入水體。
雨水收集利用的新技術和新設備也不斷涌現(xiàn)，對于大型公用建筑、居住區(qū)、建筑群等屋面及地面雨水，經(jīng)收集和一定處理后，除用于土地入滲補充地下水，還可用于景觀環(huán)境、綠化、洗車場用水、道路沖洗、冷卻水補充、沖廁及一些其他生活用水用途。通過因地制宜的規(guī)劃設計結合雨水收集，利用設備的實施，減少用于以上用途的自來水用量，既可以節(jié)約水資源，又可以節(jié)約大量自來水費和排污費。另外還有小型雨水利用設備如一體化HDPE雨水貯存利用設備，是以HDPE密封式貯罐為基體，在罐內(nèi)設置相應的機電設備。罐體可以安放在地面上或者埋入地下，自屋面或者其他集流場所收集的雨水在罐內(nèi)做簡單處理，貯水可以通過自動化設備提供給沖廁、澆灌綠地、洗車、水景等用途。
城市雨水收集和利用技術
穿越中瑞生態(tài)示范城，是一條東西貫穿的交通轉換型城市次干道。本次工程 主要對生態(tài)城范圍內(nèi)尚賢河以東，南湖大道以西路段間的路面雨水進行回收利用。該段道路總長1130m。
加強對該路段的雨水收集和利用，可以減少城市道路雨水的徑流量，減輕城市排水的壓力，同時回用于景觀、綠化、道路沖洗等市政雜用水，一方面實現(xiàn)了雨水的資源化利用，又能夠有效地控制雨水的徑流污染，減輕城市洪澇災害的發(fā)生，達到改善城市生態(tài)環(huán)境的目的。
雨水收集和利用技術方案
城市雨水的收集和利用技術是雨水收集、棄流、截污、傳輸、儲存和處理等技術的綜合。
雨水收集技術
常見的雨水匯流面有屋面、路面、地面、綠地等。收集的雨水除受降水量控制外，匯流面大小和匯流效率是決定因素。雨水收集技術就是控制源頭水質(zhì)，提高匯流效率的技術。雨水收集再利用工程屬于路面雨水收集，城市道路路面屬于不透水面積，收集效率較高，但由于城市道路初期雨水污染嚴重，一般對道路前期雨水經(jīng)過棄流后可以收集回用，綠地雨水徑流量小，以滲透為主。
本工程中道路路面的徑流雨水收集分2種方式進行：
1、利用普通雨水口和雨水鏈接管進行路面雨水收集進入雨水檢查井，進入后續(xù)再利用工藝。
2、利用特制的具有截污作用的雨水模塊或雨水口實現(xiàn)對雨水收集的前處理，但此方式需要對雨水口截污裝置進行定期地清洗或清通。
對于道路紅線外的綠地設置滲透性雨水口，實現(xiàn)綠地雨水對雨水的涵養(yǎng)和蓄積作用，同時實現(xiàn)雨水對綠地的滲透澆灌。
雨水棄流及截污技術
雨水徑流污染屬于非電源污染，具有突發(fā)性和非連續(xù)性。雨水污染的特點是：初期雨水中的污染物含量高，隨著徑流的持續(xù)，雨水徑流的表面被不斷沖洗，污染物含量逐漸減小到相對穩(wěn)定的濃度。
隨著城市大氣污染及地面污染的嚴重，雨水徑流污染愈加嚴重，尤其是污染物較多的初期雨水。其中SS.BOD和COD指標均超過《污水排放綜合標準》及《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中相關指標要求?？梢?，初期雨水攜帶的污染負荷相當高且難于控制，已經(jīng)嚴重超出直接排放水體的標準。因此，在雨水收集利用的過程中，降雨初期雨水需要舍棄，常見的是就近排入市政污水管或土壤下滲處理，這種棄流技術需要由裝置通過手動或自動控制來實現(xiàn)。國外雨水利用先進的國家已生產(chǎn)出一些定型產(chǎn)品。目前常用雨量計或降雨歷時來控制初期雨水的水質(zhì)和排棄。
雨水截污技術就是在源頭和徑流過程中，對雨水水質(zhì)進行控制，也就是對雨水水質(zhì)的預處理。本工程路面雨水通過在雨水口設置截污掛籃對雨水進行預處理，綠地中設置透式雨水口，實現(xiàn)雨水口截污和綠地過濾雙重截污的方式進行。
采用間隔5~8個雨水井(也可結合實際污水井的位置調(diào)整)設置一個截污雨水井，以實現(xiàn)對初期雨水的截污和棄流。
雨水傳輸技術
雨水的傳輸主要有2種形式，即地下管道傳輸和地表明溝傳輸，可以是重力流或壓力流。地表溝傳輸，通常模擬天然水流婉蜓曲折的軌跡，或構筑特定的造型，雨水的傳輸和貯存與城市景觀建設融為一體，有利于美化改善城市環(huán)境。本工程采用地下管道傳輸?shù)姆绞竭M行，對于蓄水池中的雨水采用水泵提升、管道輸送，供澆曬綠地或河道補充水使用。
雨水蓄存技術
雨水蓄存技術包括蓄存容量的計算和儲存器的選擇、布置、以及水質(zhì)改善的技術。家庭貯存雨水可采用罐、缸、桶等，社區(qū)環(huán)境可修建蓄水池，也可利用水景和人工湖。為了防止蓄水池中的固體使水散發(fā)臭氣，可以采用增氧手段。
本工程中道路路面分為3段，路面面積分別為：11220/8500和125802m按照《室外排水設計規(guī)范》GB50014-2006，中相關規(guī)定計算，其中雨水量計算雨水徑流量，如下：
式中：q表示暴雨強度;t表示降雨歷時，其中t=t1+mt2，t1地面集水時間，取10min;m為折減系數(shù)，取2，t2 為管內(nèi)流行時間;P表示設計重現(xiàn)期，取1年。
計算得到3段道路的雨水徑流為別為：375、297和405m3
采用地下水雨水蓄水池進行水量調(diào)節(jié)，位置定位3段排水終端附近3個蓄水池的容積分別為400、300和400m3。蓄水池采用市場加工成型的產(chǎn)品化蓄水設備，也可采用磚砌或者混凝土澆筑的蓄水池。
雨水處理技術
由于雨水的水量和水質(zhì)變化較大，用途的不同所要求的水質(zhì)標準和水量也不同，所以雨水處理的工藝流程和規(guī)模，應根據(jù)收集回用的方向和水質(zhì)要求以及可收集的雨水量和雨水水質(zhì)特點來確定處理工藝和規(guī)模。一般來說，常規(guī)的各種水處理技術及原理都可以用于雨水處理。工藝方法可采用物理法、化學法、生物法和多種工藝組合。
本工程中結合雨水回用的途徑和使用性質(zhì)，考慮增加雨水處理系統(tǒng)或采用不同的雨水處理工藝，以達到不同用途回用水的水質(zhì)標準。
雨水收集再利用系統(tǒng)方案
綜合以上所述雨水再利用技術，設計雨水收集再利用系統(tǒng)方案，見圖1、
結合上述雨水收集再利用方案設計中遇到的問題，提出以下建議：
(1)制定相關的法規(guī)、政策、技術規(guī)范與標準。由于目前我國的水價偏低，單從經(jīng)濟效益來看雨水收集再利用往往不可行，政府機構和相關行業(yè)應盡快出臺我國城市雨水利用的相關政策、法規(guī)、尋求并實施減少城市雨水徑流污染要求的最佳管理模式和技術措施，制定符合我國國情與當?shù)貤l件及城鎮(zhèn)生態(tài)建設要求的遠、近期規(guī)劃、使雨水利用能被廣泛推廣。
(2)因地制宜，注重地區(qū)和項目的特殊性。現(xiàn)代城市雨水利用是一項涉及多學科的、復雜的系統(tǒng)工程，在選擇雨水利用系統(tǒng)方案時，要特別注意地域及現(xiàn)場各種條件的差異，即使在同一個城市，由于項目間各種因素和條件不同，宜采用的方案也可能完全不同，切勿生搬硬套。
(3)城市雨水利用與城市環(huán)境和生態(tài)建設息息相關。城市初期雨水污染程度較高，直接排入城市周邊水體或排入市政排水管網(wǎng)會嚴重破壞水體生態(tài)環(huán)境或給城市污水處理廠帶來的負荷沖擊。
因此，從城市水處理的整體角度和環(huán)境效益的長遠角度來看，在城市道路和小區(qū)等工程項目建設中，都應該考慮設計相應的雨水收集設施，同時要把初期雨水收集處理的問題考慮在內(nèi)，做出不同情況下初期雨水的不同的收集及處理方案。
(4)教育與民眾的參與，轉變傳統(tǒng)觀念。城市雨水的利用與人們的生活息息相關，也必須有民眾的廣泛參與和支持才可能取得成效。因此，需要通過各種方式進行教育，提高人們的理解和自覺的參與意識，如組織對示范工程的參觀、公益性廣告、展覽及社區(qū)活動等。在教育和參與中轉變?nèi)藗儗鹘y(tǒng)水資源認識上的誤區(qū)，逐步使公眾意識到城市雨水收集再利用人類經(jīng)濟和社會發(fā)展中的重要作用。
