城市雨水收集與利用研究
針對目前國內城市雨水利用的現(xiàn)狀，結合國內外先進的雨水利用技術，分別提出屋面和地面雨水收集和回用的措施，對現(xiàn)階段國內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大，導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，對調節(jié)補城市水資源、改善城市自然生態(tài)系統(tǒng)具有重要作用?，F(xiàn)代城市雨水利用是一種新型的多目標綜合性技術，可實現(xiàn)節(jié)水、誰資源涵養(yǎng)與保護、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。
國外對城市雨水利用的實踐及研究起步較早，從20世紀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個國家和地區(qū)開展了雨水管理與利用的研究和實踐。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的研發(fā)，已形成了相對成熟的雨水利用技術，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，旨在為我國的雨水利用提供借鑒和啟示。
一、國內外城市雨水利用現(xiàn)狀
1.1國外城市雨水利用現(xiàn)狀
從上世紀80年代起，歐美及日本等發(fā)達國家開展了對雨水進行收集利用的研究。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，而且還制定了相應的法律法規(guī)對雨水利用給予支持。如科羅拉多州、佛羅里達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)必須實行強制性的的“就地滯洪蓄水”。其他的發(fā)達國家如德國、英國、日本等國家城市雨水利用的主要經(jīng)驗包括兩個方面。一是制定一系列有關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施，若無雨水利用措施，政府將征收雨水排放設施費和雨水排放費。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置雨水就地下滲設施。二是建設完善的雨水收集、利用設施，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已發(fā)展到第三代，其特征是設備的集成化，尤其對于屋面雨水的收集、截污、儲存、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80年代才開始。城市于利用在我國剛剛起步，只有個別城市進入工程實施和推廣階段，主要是缺水地區(qū)的一些小型、局部的非標準性應用，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合自身的具體情況開展雨水收集利用項目研究。由于缺水形勢嚴峻，北京市開展的步伐較快。2001年國務院批準了包括雨洪利用規(guī)劃內容的“21世紀初期首都水資源可持續(xù)利用規(guī)劃”，北京市規(guī)劃委員會和北京市水利局于2003年3月共同制定并發(fā)布了《關于加強建設工程用地內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、擴建工程時要同時減少雨水利用工程，建設中的工程也必須同時考慮建設雨水利用設施。2008年奧運場館和奧林匹克公園建設中也都采用了雨洪利用技術。
二、雨水利用技術
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的影響小一些，所以屋面對雨水的污染程度比路面要輕的多。而且地面要考慮到相當一部分的雨水途徑綠地回補地下含水系統(tǒng)，因此兩種收集系統(tǒng)在設計上有所差異。
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，且水質相對較好，是城區(qū)雨水利用的主要對象。屋面雨水由于受污染少，水質較好，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，也可直接進入滲透管溝或通過土壤經(jīng)初步滲透后再進入滲透關系。對屋面雨水典型的收集方式為：屋面雨水經(jīng)雨水立管進入初期棄流裝置，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)獨立設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，出水進入專為沖洗用水、洗滌用水和庭院澆灌用水設置的管網(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較差，其主要用在系統(tǒng)和地表蓄水池。對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較差，初期徑流中COD高達3000~4000mg/L。所以雨水的匯水源頭、收集方式以及其回用的水質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。對雨水水質條件較好、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，同時還可以減輕對雨水收集、輸送系統(tǒng)的壓力，補充地下水，其工藝流程如圖1所示。在雨水水質較好的缺水地區(qū)，可直接收集雨水，再采用簡單的物化法處理后進行回用，其工藝流程如圖2所示。對于水質要求較高的則要選擇更先進、可靠的雨水深度處理工藝，采用先進的膜過濾技術，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，如對運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、處理裝置及自動控制系統(tǒng)等對雨水進行回用。
三、結語
城市雨水利用，對解決水資源短缺、防治水緩解污染和防洪減災等方面，具有重大的社會效益和環(huán)境效益，是水資源科持續(xù)利用的有效途徑。通過對國外發(fā)達國家雨水進行收集利用所取得的成果的借鑒與學習，建議國內把雨水利用納入水資源的統(tǒng)一管理體系之中，盡快完善關于雨水利用的各項政策法規(guī)。由政府出臺相關雨水利用建筑的管理辦法，明確今后的小區(qū)建設和建筑物設計要服從雨水收集回用系統(tǒng)需要。對于已建成的小區(qū)或單位，采用政府投資、地方集資和用戶投入的辦法進行改造。在雨水利用研究上加大科研投入力度，提供專項資金支持，使研究成果盡快轉化，提高雨水綜合利用程度。同時，要加大雨水收集回用的宣傳教育，強化人們的節(jié)水意識。
