雨水資源化利用工程措施簡介

羅 偉，劉 昆

（1.天津市濱海新區(qū)新地置業(yè)投資有限責任公司，天津市 300457；2.天津市市政工程設(shè)計研究院，天津市 300457）

1 雨水利用理念及必要性

工程中雨水利用是特指有目的地對降雨資源進行收集、調(diào)配和利用等。城市雨水利用包括雨水的收集、儲存、控制并高效利用等過程。目前雨水用途包括：補充地下水、綠化用水、景觀用水、城市雜用（洗車、沖洗道路及建筑物、消防等）、居民雜用、工業(yè)用水，深度處理后甚至還可以用作飲用。

水是人類賴以生存的基礎(chǔ)，是人類社會發(fā)展的重要資源之一。我國淡水資源嚴重短缺，淡水資源人均占有量僅為世界人均占有量的1/4，是世界13個人均淡水資源最貧乏的國家之一。我國可利用的淡水資源量只有11 000億m3左右，并且分布不均衡。在我國大部分地區(qū)，雨季時大量雨水都隨徑流排放，這部分可作為資源的雨水在北方缺水城市沒有得到合理利用，大部分雨水經(jīng)過管網(wǎng)系統(tǒng)直接排走。一方面可供使用的水資源極度緊缺，另一方面又未能有效利用寶貴的雨水資源，造成了水資源的浪費。

因此城市雨水資源化利用成為可能，雨水利用以其處理成本經(jīng)濟、處理方法簡單等優(yōu)點，成為一種新的可利用水資源。

2 我國雨水利用現(xiàn)狀

我國城市雨水利用起步較晚，在以往的城鎮(zhèn)雨水排水工程中主要以排放為主，基本上沒有考慮雨水的利用。大量雨水通過管道直接排入水體，這對于中國這個世界上嚴重缺水的國家來說是一種極大的浪費，同時也造成了初期雨水對水體的污染。

目前我國的雨水應(yīng)用主要在缺水地區(qū)有一些小型、局部的非標準性應(yīng)用，大中城市的雨水利用基本處于探索和研究階段。北京、上海、天津、西安等大城市的城市雨洪利用研究與應(yīng)用也有所發(fā)展，例如，北京奧林匹克公園中心區(qū)雨水利用系統(tǒng)，提出了“水體自然凈化的雨水利用”設(shè)計理念，將透水鋪裝區(qū)域、綠地、水系等各類用地統(tǒng)盤考慮，通過透水磚、露骨料透水混凝土、增滲設(shè)施等新型透水材料，利用透水鋪裝、滲濾溝內(nèi)的砂礫料及增滲設(shè)施凈化雨水。在收集雨水過程中，實現(xiàn)對水質(zhì)進一步凈化，使收集的水質(zhì)滿足灌溉、水景、回灌地下的相關(guān)標準，建成了高標準的公園雨水利用系統(tǒng)，對北京水資源的循環(huán)利用具有重要意義。上海世博園建造了天然和人工滲透設(shè)施補充地下水，另外收集雨水進行處理作為雜用水等。天津某些高檔住宅小區(qū)建立了雨水凈化收集系統(tǒng)，將經(jīng)過生態(tài)凈化后的雨水收集起來作為小區(qū)內(nèi)景觀水體的補充水源?？傮w而言，近年來我國在城市雨水利用方面也取得了一定的進展，但尚處于示范階段，絕大部分城市雨洪利用仍屬空白。我國雨水利用技術(shù)還較落后，缺乏系統(tǒng)性。隨著國家的發(fā)展、社會的進步和公民素質(zhì)的逐步提高，環(huán)保理念逐步深入人心，政府對環(huán)境污染防治的投入也在逐漸增加。雨水利用技術(shù)在我國一些區(qū)域逐漸發(fā)展起來。

3 雨水利用的主要途徑

雨水利用主要有屋頂集雨系統(tǒng)、雨水滲透、雨水回灌、人工濕地調(diào)蓄、開發(fā)地下水庫等多種途徑，通過雨水利用可以達到緩解水資源緊張、消減洪峰流量的目的。

地塊內(nèi)雨水的綜合利用主要通過社區(qū)內(nèi)屋面雨水集蓄利用系統(tǒng)進行綜合調(diào)蓄利用。進而達到以調(diào)峰、蓄滯、收集利用為主，以外排為輔的城市排水理念。

雨水入滲可采用各種雨水滲透設(shè)施，讓雨水回灌地下，補充涵養(yǎng)地下水資源，是一種間接的雨水利用技術(shù)，還有緩解地面沉降、減少水澇和海水倒灌等多種效益。綠地入滲可與景觀相結(jié)合，配以洼地、滲井和滲溝、生態(tài)邊溝、植被淺溝等人工入滲設(shè)施；慢行系統(tǒng)可采取透水路面，通過入滲達到減排、降低雨水洪峰流量的同時，又補充了地下水的目的。

雨水的綜合存蓄系統(tǒng)可利用公園的綠地系統(tǒng)做地下儲水池或人工濕地，通過簡單的處理即可就近回用為城市綠化用水。

設(shè)置市政雨水的收集與排放系統(tǒng)的首要目的是為了防止洪澇災害的發(fā)生，保障城市的安全。在此前提下，可以適當考慮對市政雨水進行收集與利用。

4 雨水綜合利用措施[1]

城市雨水利用應(yīng)在綜合分析城市可利用的雨水資源的基礎(chǔ)上，考慮在技術(shù)上可行，經(jīng)濟、環(huán)境及社會效益最大的前提下，采取工程措施，在減輕城市雨洪災害的同時，合理利用、開發(fā)雨水資源，使之成為繼地表水、地下水、再生水之后的城市第四水源。

目前大部分城市規(guī)劃以生態(tài)宜居、山水人合一為主基調(diào)，故工程設(shè)計上雨水綜合利用將突破傳統(tǒng)的雨水收集排放模式，結(jié)合區(qū)域規(guī)劃特點，充分利用各種行之有效的途徑對雨水進行收集、調(diào)蓄、凈化和利用，改善水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境。

4.1 污染控制途徑

為保證本地區(qū)水環(huán)境，需對雨水徑流污染進行控制。要求城市范圍內(nèi)小區(qū)內(nèi)綜合徑流系數(shù)控制在0.5～0.6，以下為具體控制途徑和措施。

4.1.1 源頭控制

雨水淋洗建筑物使建筑物表面材料所含成分進入雨水中，因此建筑物屋頂以及外壁的材料應(yīng)為環(huán)保材料，不含有毒物質(zhì)，或浸出液中有毒有害物質(zhì)含量低,并可將屋頂進行綠化處理，減小污染物流失。

為降低雨水流速、減少污染物流失，應(yīng)避免形成大范圍的不透水區(qū)域，通過低勢綠地、植被淺溝、滲透鋪裝、雨水花園等將不透水區(qū)域分開，利用植物區(qū)域截流污染物。

4.1.2 中途截留

雨水口為污染物進入管網(wǎng)的入口，污染物進入管道后會由于沉淀而沉積在管道內(nèi)，會堵塞管道，長時間積累的污染物會發(fā)生腐化分解，在雨水的沖洗下排入水體。在雨水口設(shè)置截污掛籃可以截留雨水中的懸浮物（垃圾、樹葉等），同時旱季進入雨水口的垃圾等能夠被掛籃收集，通過清掃易于清除，從而避免管道內(nèi)積累垃圾等對雨水的污染。

在雨水管道適當位置設(shè)置截流井，截流的雨水可以排入污水管道，輸送到污水處理廠處理。

4.1.3 末端截流與處理

可將初期雨水排入人工濕地進行處理，同時，在非雨季道路沖洗水進入雨水管網(wǎng)后，也可由水泵提升至人工濕地進行處理。人工濕地的形式有：表面流人工濕地（FWS）、潛流式生態(tài)床（SFS）、垂直流人工濕地系統(tǒng) 、綜合生物塘等。

工程中人工濕地主要處理雨水或非汛期沖洗道路水，其特點是水質(zhì)相對較好、流量較大、季節(jié)性較強，結(jié)合地塊規(guī)劃中水系岸堤具體位置，人工濕地的形式在實際工程中一般采用結(jié)構(gòu)較為簡單、投資省的表面流人工濕地。

4.1.4 人工濕地參數(shù)及面積確定

（1）人工濕地主要是處理初期雨水和非汛期沖洗道路水，由于道路沖洗水相對初期雨水流量較小，因此本規(guī)劃人工濕地面積以初期雨水量進行計算。

（2）對于以居住、商業(yè)、休閑娛樂產(chǎn)業(yè)為主的規(guī)劃地塊，初期雨水量按照每場雨前6 mm降雨形成的徑流量考慮。

（3）初期雨水量為：

式（1）中:V為系統(tǒng)內(nèi)總的初期雨水量，m3；F為匯水面積，km2；ψ為綜合系統(tǒng)區(qū)域徑流系數(shù)。

（4）濕地有效水深取h=0.4～0.6 m。

（5）水力負荷為1.0 m3/（m2·d）。

計算得到濕地面積為：S=V/h。

4.1.5 人工濕地位置及數(shù)量

（1）位置：一般設(shè)置在水系岸邊景觀水體、湖區(qū)周邊及綠化帶內(nèi)，經(jīng)過濕地凈化雨水可安全排入河道及景觀湖中補水。

（2）數(shù)量：根據(jù)具體地塊面積、地形而定。

4.2 小區(qū)雨水利用規(guī)劃

北方地區(qū)建筑面積大于2.5萬m2的建筑小區(qū)，宜設(shè)置屋面雨水收集系統(tǒng)及小區(qū)雨水利用設(shè)施。

4.2.1 屋頂集雨系統(tǒng)

屋面雨水的利用以單體建筑物為單位，采取就地收集、就地處理、就地利用的原則。屋面雨水經(jīng)過收集系統(tǒng)初期棄流、沉淀、過濾后進入儲水罐,然后回用于小區(qū)的市政雜用。初期棄流進入市政雨水收集系統(tǒng)。

根據(jù)《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定以兩年一遇日降雨量確定系統(tǒng)蓄水體積，根據(jù)公式：

式（2）中：Chy為兩年一遇日降雨量，m；F為地塊屋面的總面積2 663.5 m2；Ψ為屋面雨量徑流系數(shù)，取0.95；W為蓄水體積，m3。

4.2.2 綠色屋頂

應(yīng)積極推廣綠色屋頂?shù)膽?yīng)用。綠化屋面以綠色植物為主要覆蓋物，配以植物生存所需要的營養(yǎng)土層、蓄水層以及屋面所需要的植物根阻攔層、排水層、防水層等所共同組成的整個屋面系統(tǒng)。它是改善城市生態(tài)環(huán)璄、調(diào)節(jié)小氣候、減少徑流、凈化空氣、降低室溫、豐富城市景觀的一項重要措施。

4.2.3 雨水花園

雨水花園等生物滯蓄設(shè)施是指利用淺的洼地（深約3～45 cm），種植當?shù)氐南菜参铮ㄟ^吸附、滲透和過濾等原理，對降落在不透水表面，如屋頂、車道、巷弄或街道等的雨水進行控制，削減其產(chǎn)生的雨水徑流，改善雨水水質(zhì)，盡量減少其對受納水體的負面影響。

4.2.4 植被淺溝

植被淺溝是指在地表溝渠中種有植被的一種工程性措施，該技術(shù)主要功能是用重力流收集雨水并通過植被截流和土壤過濾處理雨水徑流。

植被淺溝可以用作收集、輸送雨水的生態(tài)措施，能夠增強雨水下滲，降低流速，有利于污染的沉淀去除，并且淺溝內(nèi)的植被能夠吸附降解污染物，同時節(jié)約管道建設(shè)費用。

4.2.5 滲透鋪裝

滲透鋪裝有兩種:一種是材料本身具有滲透性能，如透水混凝土、透水磚等；另一類是采用透水的制作與鋪裝形式，使鋪面能夠透水，如草坪磚、碎石卵石鋪面等。這些鋪面完全能夠取代傳統(tǒng)的不透水鋪面，而成本并不高。透水鋪裝能夠有效促進雨水入滲，減少了對硬化鋪裝區(qū)的沖刷，污染物流失量得到控制。

4.3 市政道路、廣場、停車場雨水利用規(guī)劃

雨水的收集與利用方式呈多樣化，技術(shù)經(jīng)濟分析顯示，雨水滲透、滯蓄方案設(shè)計簡單、可操作性強、效果顯著。

4.3.1 雨水收集

道路雨水的收集應(yīng)利用道路綠化帶，使之成為道路徑流滲透與污染物截流的第一道屏障。綠化帶高程控制在道路高程以下100 mm，可設(shè)計為低式綠地或植被淺溝。道路雨水通過徑流流入兩側(cè)的綠化帶內(nèi)，通過設(shè)置在綠地內(nèi)的雨水口收集后由雨水管道輸送至雨水泵站。雨水口設(shè)置截污掛籃，以截留大的懸浮物。

道路人行道、廣場、停車場可采用鋪設(shè)滲透路面，入草坪磚、透水磚等，達到將雨水入滲地下的目的。部分雨水通過透水路面滲透到地下，可以對地下水起到補給作用。另外，具有一定吸附性的土石料可以對雨水中所含的污染物等雜質(zhì)起到一定的吸附作用。由于本地區(qū)土質(zhì)有濕陷性黃土層，要求滲透路面所滲透的雨水量較小，此種滲透方案可作為雨水利用的輔助方案，建議可在沿北川河等主要河道兩岸區(qū)域及景觀水體周邊公園廣場做實驗段，因為河道水體周邊土質(zhì)較好，滲透雨水可以作為補水利用,根據(jù)實際效果進行推廣。

4.3.2 雨水凈化

雨水徑流可能包含有種類很多的污染物，這些污染物可以分為以下幾大類：懸浮固體、好氧物質(zhì)、重金屬、富營養(yǎng)化物質(zhì)、細菌和病毒、油脂類物質(zhì)、酸類物質(zhì)、有毒有機物和腐殖質(zhì)。國內(nèi)外檢測數(shù)據(jù)顯示，機動車道的雨水徑流含有較高濃度的污染物質(zhì),可以說，城市初期雨水中所含的污染物質(zhì)，大部分來自機動車道的雨水徑流。

研究表明：機動車道徑流中主要的污染物成分為懸浮固體（SS）、COD、BOD、重金屬 Pt、Cr、Cu、Ni等以及多環(huán)芳烴（PAHs）、油和脂等。

機動車道雨水徑流污染物進入水體后對水體水質(zhì)的影響很大，導致水體的物理、化學性質(zhì)和微生物特性發(fā)生變化，甚至成為影響水質(zhì)的主導因素，一些有毒有機物如PAHs及重金屬會對水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重的影響，并可能產(chǎn)生潛在的二次污染等。因此，解決機動車道雨水徑流污染，尤其是初期雨水徑流污染對水環(huán)境具有重要意義。

道路、廣場、停車場的雨水凈化措施有：

（1）綠地系統(tǒng)凈化雨水

充分利用綠地系統(tǒng)的凈化和過濾作用對雨水進行凈化，同時雨水口設(shè)置截污掛籃。

（2）人工濕地凈化雨水

通過建設(shè)人工濕地，使初期雨水在人工濕地內(nèi)得到凈化處理。人工濕地內(nèi)水生植物的類型也是多種多樣，一般以挺水植物為主。目前研究、運用較多的水生植物有蘆葦、燈心草、寬葉香蒲、英白、浮萍、美人蕉、紅楓、風眼蓮、茬芝、席草、大米草、水葫蘆、水花生等類型，最為常用的是蘆葦，插植密度為1～3株/m2。研究表明，不同的植物類型對不同的污染物質(zhì)也具有一定的針對性。如英白、蘆葦對N、P污染物有較好的去除作用，寬葉香蒲對Pb、Zn、Cd等重金屬有較好的去除作用，植物的選取還要參考成活率(當?shù)氐闹参镱愋统苫盥矢?、經(jīng)濟價值、衍生的微生物種群等方面。

（3）污水處理廠凈化雨水

設(shè)置初期雨水儲水池也是解決初期雨水污染的措施之一，儲水池可設(shè)置在北川河等主要河道沿岸綠地內(nèi)，儲水池中的初期雨水可在污水排放低峰期通過池中的污水泵排放至污水處理廠處理，達標后排放。

4.3.3 雨水儲存

雨水的綜合存蓄系統(tǒng)可利用公共廣場、綠地、公共停車場等，并結(jié)合周圍的條件進行適當?shù)南掳迹岳跍?、調(diào)蓄，以達到市政雨水匯流的洪峰交錯，降低雨水排出口的過流量，快速排出局部雨水，同時也達到了儲存雨水的目的；也可以在這些區(qū)域適當選擇做地下儲水池，通過簡單的處理即可就近回用為城市綠化用水。地下儲水池應(yīng)配套建有一套雨水凈化設(shè)施。

5 結(jié)語

隨著雨水利用的推廣，工程措施也將層出不窮，本文中的工程措施為現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的總結(jié)，相信隨著工程技術(shù)手段不斷的進步，雨水利用的新工藝會越來越多、越具備可操作性。

[1]郭殿乙.雨洪利用技術(shù)緩解城市內(nèi)澇的應(yīng)用 [J].廣東水利水電,2012,8(8):13-16.