建筑物上自然雨水的利用與再利用
隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市化進程的不斷加快，以及人口的急劇增加，城市基礎(chǔ)設(shè)施尤其是防洪排澇設(shè)施建設(shè)相對滯后，每逢大暴雨都會出現(xiàn)較嚴(yán)重的洪澇現(xiàn)象，被市民戲為“看海”，給人民生活帶來極大的影響，給國家造成巨大的經(jīng)濟損失，一定程度上制約了城市的可持續(xù)發(fā)展。隨著人民生活水平的提高，節(jié)能環(huán)保意識的增強，以及城市管理者對雨水資源的重現(xiàn)，如何采取措施解決這一影響城市發(fā)展和危害市民生活的問題，擺在了專家和決策者面前，在加強城市排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的同時，采用雨水收集系統(tǒng)無疑解決這一問題的最有效辦法。既可以減輕城市洪澇保護環(huán)境，又能節(jié)約用水，實現(xiàn)雨水資源化，變害為寶。
本文講述提高城市防洪能力和保證城市的可持續(xù)發(fā)展都具有重要的意義，小區(qū)雨水收集回用系統(tǒng)包括雨水收集和雨水回用兩個方面，由于小區(qū)地表與建筑物頂部受人類活動影響的程度不同，所以降落在上面的雨水水質(zhì)也有很大差別，為了將水質(zhì)不同的雨水分開利用，降低利用成本，雨水收集回用系統(tǒng)分成屋頂收集回用和地表收集回用兩個不同部分。
一、雨水資源化在缺水城市實現(xiàn)的意義
1.1問題的提出
隨著中國北方地區(qū)經(jīng)濟總量提升和城市化進程的加快，對水的需求越來越大，但北方地區(qū)水資源短缺的狀況，嚴(yán)重制約了經(jīng)濟的發(fā)展和城市化的進程，城區(qū)作為城市政治經(jīng)濟文化的中心地面也著地下水超采、地表水污染以及城市用水量日益增大等一系列問題所引起的用水危機，不得不考慮尋求一種新的替代水源來維持經(jīng)濟的發(fā)展和城市功能的正常運行。而雨水資源作為一種潔凈。經(jīng)濟的水資源越來越受到人們的重視。
1.2缺水城市實現(xiàn)雨水資源化的意義
雨水是自然界無償給予人類的寶貴資源。在華北、西北等缺水地區(qū)的城市雨水作為資源的價值越來越突出。以保定為例，目前保定市委了應(yīng)對水資源的短缺狀況，水費由2005年的2.90元/m3調(diào)至目前3.50元/m3，3年時間水價上調(diào)了0.6元，水資源費已成為保定市居民的重要生活費用支出之一。如果在城市居民區(qū)建立完善的雨水收集回用系統(tǒng)，將對降低城市居民的生活費用，提高生活質(zhì)量有著非常重要得意義。列如保定市全城區(qū)可利用雨水每年是5000萬m3，按保定市目前的水價3.50元/m3計算，如果將這部分雨水資源充分利用起來，每年保定市居民的水費支出就凹節(jié)約出1.75億人民幣。另外，雨水是一種低納的軟水，幾乎不經(jīng)處理就可作為生活用水，而且居民區(qū)雨水資源化對調(diào)節(jié)當(dāng)?shù)貧夂?，消減城市汛期雨洪流量，減小城市的防洪排澇壓力，提高城市排水管網(wǎng)的使用壽命等方面也有著積極的意義。
二、雨水收集回用系統(tǒng)的原理工作方式
雨水收集回用系統(tǒng)包括雨水收集和雨水回用兩個方面，若在城區(qū)內(nèi)實現(xiàn)雨水資源化，必須在區(qū)內(nèi)建立起雨水收集和雨水回用相互配套的完備系統(tǒng)。
2.1雨水收集系統(tǒng)
雨水收集系統(tǒng)包括建筑屋頂部的雨水收集系統(tǒng)和地面的雨水收集系統(tǒng)，由于建筑物屋頂受到人類活動的影響小一些，所以屋頂對雨水的污染程度比地面要輕的多。而且地面要考慮到相當(dāng)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(shè)計上有所差異。
建筑物屋頂雨水收集系統(tǒng)包括建筑物屋頂表面、匯流槽、雨水管、儲水池以及簡易的處理設(shè)備。屋頂表面是雨水的匯集場所，因此其形狀、表面覆蓋的材料對雨水收集量和雨水水質(zhì)有著很大影響。一般來說，平面型屋頂比三角形屋頂?shù)氖占Ч?，光滑、潔凈、密閉性好的屋頂對提高雨水水量和水質(zhì)更為有利。金屬型屋頂和水泥屋頂和水泥屋頂?shù)挠晁畵p失率接近于整個屋頂表面降水量的10%，焦油砂礫和油氈的屋頂損失率為15%，如果將蒸發(fā)和過程損失都考慮在內(nèi)節(jié)本上損失量能達(dá)到25%。因此，新建的居住、辦公用建筑物盡量采用平面屋頂，屋面材料選擇上采用黏土光面瓷磚或者其他環(huán)保光潔的材料，避免使用瀝青、焦油或石棉類粗糙，又可減少細(xì)菌的滋生，提高雨水的可利用程度。已建成的建筑物可將屋頂適當(dāng)改造，以適應(yīng)雨水收集的要求。匯流槽和雨水管可做成具有分流過濾沉淀功能的整體樣式，如圖1。這樣在干季落在屋頂上的樹葉、鳥糞、羽毛等物質(zhì)能被有效地攔阻，降水前期的屋面沖刷雨水經(jīng)沖刷管排到地表收集系統(tǒng)，而且雨水管也對雨水起到沉淀凈化作用。與屋頂收集系統(tǒng)相配套的雨水存儲設(shè)備的設(shè)計受材料、位置、當(dāng)?shù)亟邓疇顩r、收集面等因素的制約比較復(fù)雜。為了經(jīng)濟實用，建造材料選用混凝土或聚乙烯，只是實用聚乙烯材料的儲水設(shè)備需要外加涂層防止光線進入，滋生藻類和菌類。位置應(yīng)遠(yuǎn)離廁所等污染環(huán)境，最好做成高出地面的水塔型。儲水容量要根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕邓疇顩r、屋面的集水面積和用水狀況來設(shè)計。在集水面積(屋定面積)確定的情況下，雨水收集量可用下面公式來計算：
M=k×(R一h)×S式中：m-收集水量(L)，k-利用系數(shù)(根據(jù)實際情況取值在0.8~0.85)R-降水量(mm)h-屋面滯水量(mm)s-集水面積(m2)
雨水存儲器的容量在雨水收集量的基礎(chǔ)上按照以下公式計算：
Vt=Vt-1+(M-c)式中：Vt-本月儲水容量(L)Vt-1上月余水(L)C-本月用水量(L)。Vt應(yīng)取多年平均降水量最大的月為基準(zhǔn)，由于考慮到次暴雨與用水量C的時間不同步性，應(yīng)加裝一個小型的副存儲器。此系統(tǒng)收集的雨水比較潔凈，主要用于家庭的洗衣和衛(wèi)生用水，空氣比較潔凈的城市也可作為洗菜烹調(diào)用水。
地面的雨水收集系統(tǒng)是將地面形成的雨水徑流收集起來，由于地面的雨水水質(zhì)較差，其主要用在小區(qū)綠化用水和景觀用水上。收集方式包括綠地蓄水下滲回補地下含水系統(tǒng)和地表蓄水池。綠地作為雨水下滲的通道，應(yīng)種一些耐澇的植物，而且綠地規(guī)劃時應(yīng)低于路面便于雨水匯集。地表蓄水池設(shè)計參照屋面集水系統(tǒng)的儲水設(shè)備來設(shè)計，只是來水多一項屋面前期棄水。
2.2雨水回用系統(tǒng)
建筑物頂部收集來的雨水回用時，根據(jù)其用途在儲水器到用戶的總管道上加裝消毒處理設(shè)施，在有樓房的小區(qū)安裝加壓泵。由于雨水本來就是比較潔凈的軟水，所以消毒處理基本上只考慮沉淀和過濾兩個環(huán)節(jié)，對于大氣質(zhì)量比較差的城市，根據(jù)大氣污染物的成分，適當(dāng)在處理設(shè)施上增加處理環(huán)節(jié)。
地面雨水回用系統(tǒng)中地表蓄水池比較簡單，只需用抽水泵將池中蓄水抽出用來綠化和景觀上。如果使用噴灌和滴灌系統(tǒng)還要追加投資。使用綠地入滲方式上，要考慮到當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件，如果是地面硬化時土壤經(jīng)過壓密處理或者土壤本身的滲透性就差，綠地作為雨水回補地下含水系統(tǒng)的途徑就不理想，會使綠地產(chǎn)生澇漬災(zāi)害。因此對于這種情況就想要對綠地下面的突然進行必要的處理(如下圖所示)。在綠地植物根系土壤層(30mm)的下面鋪上一層砂礫反濾層，厚度接觸到滲透性較好的土壤層為佳，面積大于綠地的二倍或以上為宜，只要不危害到周圍的建筑物的安全，面積越大越有利于下滲。對于黏土厚底比較大的地區(qū)來說鋪墊厚度很大的反濾層，很不經(jīng)濟，也不切實際，所以可將反濾層由面狀設(shè)計成管井式內(nèi)填沙礫石的點狀，如圖所示。由于地表雨水徑流比較臟，所以每個雨季結(jié)束后需要對植物根系層的土壤進行一下處理，清除里面的有害物質(zhì)，防止其積聚到一定程度隨雨水下滲污染反濾層，進而污染地下含水系統(tǒng)。
三、發(fā)展雨水收集回用系統(tǒng)存在的問題
小區(qū)雨水收集回用系統(tǒng)開發(fā)利用的潛力很大，發(fā)展前景廣闊，對環(huán)節(jié)北方缺水城市的用水矛盾意義重大。但是我國現(xiàn)行的法規(guī)政策，用水體制還不完善，對雨水的認(rèn)識還存在誤區(qū)，所以發(fā)展雨水收集回用系統(tǒng)還存在不少問題。
3.1政策不完善，缺乏激勵機制
在現(xiàn)行的水資源評價中，只把地表水和地下水作為水資源看待，而忽略了雨水的作用。其實，降水是流域水資源的唯一來源，地表水和地下水只不過是雨水的兩種賦存形式。而且當(dāng)前的水法對于雨水的利用也沒提出明確的目標(biāo)措施和實施細(xì)則，政府對小區(qū)雨水的利用也沒提出明確的目標(biāo)措施和實施細(xì)則，政府對小區(qū)雨水的利用缺乏激勵機制，調(diào)動不起來小區(qū)居民充分利用雨水資源的積極性。
3.2認(rèn)識存在誤區(qū)，缺乏科技資金投入
民眾和社會對城市雨水的認(rèn)識還只停留在有害的階段，即危害城市防洪安全，增大城市排水管網(wǎng)的負(fù)擔(dān)等。殊不知，將城市的雨水資源化，不僅可以減輕城市防洪壓力，減少排水管網(wǎng)的投資，還可以緩解城市用水緊張的局面，降低人們對有限的地表水和地下水的依賴性。另外就是雨水資源還沒引起我們社會和政府的足夠注意，對雨水利用方面缺乏必要的科技投入和資金支持，使我國的雨水利用研究還停滯在起步階段。
3.3現(xiàn)有城市小區(qū)布局限制雨水收集回用系統(tǒng)的發(fā)展
我國城市小區(qū)的布局對于發(fā)展雨水收集回用系統(tǒng)還有一定的局限性。目前大部分小區(qū)的樓頂覆蓋還是瀝青和油氈一類的具有化學(xué)污染性的材料，而且滯水系數(shù)特別大，區(qū)內(nèi)的綠地大部分都是高于不透水的硬化地面，利用綠地作為雨水的下滲途徑還需要改造，另外高層建筑越來越多，建筑物的頂部做成各式各樣的裝飾形狀，縮小雨水收集面，而且人均雨水利用量也比底層建筑減少。
四、建議與結(jié)論
針對以上存在的問題，建議盡快完善關(guān)于雨水利用的各項政策法規(guī)，把雨水作為一種寶貴的資源看待，消除把雨洪資源看成是城市一大危害觀點，把雨水利用納入水資源的統(tǒng)一管理體系之中。建立利用雨水可享受環(huán)保優(yōu)惠政策的激勵機制，對于發(fā)展雨水收集回用，充分利用雨水資源的居民區(qū)或單位，應(yīng)免征其防洪費和水污染費等費用。
由政府出臺相關(guān)雨水利用建筑的管理辦法，明確今后的小區(qū)建設(shè)和建筑物設(shè)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(zhuǎn)化，提高雨水綜合利用程度。要加大雨水收集回用的宣傳教育，強化人們的節(jié)水意識。
