目前我国城市的雨水收集利用系统尚处在初期阶段 ，城市雨水缺乏综合利用、雨水利用技术还较落后，缺乏系统性。文章分析了雨水利用的内涵、特点及其应用前景，阐述了目前国内外雨水资源化的理论与实践进展情况．结合我国实际情况，对雨水资源利用今后的工作提出合理化建议。研究表明，雨水资源利用不仅是开源节流的良策，也是改善生态环境、形成区域健康循环的有效措施。
针对雨水利用现状以及经济状况 ,提出了适用于我国国情的雨水生态利用技术、雨水径流传输与收集技术、水渗透—涵养地下水技术、节能型雨水利用技术。并就我国城市雨水收集利用 ,提出了建议及对策。
关键词：雨水收集利用、资源化、适用技术、对策
0. 引言
城市雨水利用是一项涉及面很广的系统工程 , 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。雨水收集利用对于水资源的优化配置 ,促进社会经济的可持续发展具有十分积极的意义 ,在用水日趋紧张的今天 ,已越来越受到人们的关注。【1】
1.我国城市水资源的现状
我国是一个水资源相对贫乏、时空分布又极不均匀的国家。水资源年内年际变化大，降水及径流的年内分配集中在夏季的几个月中；连丰、连枯年份交替出现，造成一些地区干旱灾害出现频繁和水资源供需矛盾突出等问题。我国水资源总量 28000 多亿立方米，居世界第 6 位，但人均水资源占有量只有 2300 立方米，约为世界人均水平的 1/4。全国水资源的 81％集中分布在长江及其以南地区，而淮河及其以北地区，水资源量仅占全国的 19％。因而，总体来说：水资源的分布是南方多于北方，东部地区多于西部地区。由于水资源分布的差异以及我国水资源污染的日益加重，我国城市的水资源正在面临着不足和短缺等问题。造成城市水资源不足和短缺的主要原因：一是水资源总量先天不足，人口多，人均水资源少。二是水源水质日趋恶化，不能满足水体正常循环使用的功能要求，大大减少了有效水资源的利用状况。【2】
2.城市雨水收集利用现状
在国外，德国和日本等一些发达国家，城市雨水的资源化和雨水的收集利用已有较长的历史。其经验和方法，对我国大部分城市特别是对那些严重缺水的城市很有借鉴意义。我国城市雨水利用起步较晚，目前主要在缺水地区有一些小型、局部的非标准性应用。
2.1 国外城市雨水收集利用情况
雨水作为一种极有价值的水资源，早已引起德国、日本等国家的重视。国际雨水收集利用协会（IRCSA）自成立以来，不断地促进国际间的交流与合作，两年一度的交流大会使各国之间的雨水利用技术和信息能够很快地传播。网络技术的发展也为雨水利用技术的国际化提供了很好的平台。其中，发展较快的是德国和日本等国家，德国雨水利用技术已经从第二代向第三代过渡，其第三代雨水利用技术的特征就是设备的集成化，各项雨水利用技术已达到了世界领先水平。
目前，在世界各大洲，都有收集雨水解决生活和生产用水的成功做法。国外一些发达国家在城市雨水资源化和雨水的收集利用方面的经验和方法，对解决我国缺水问题很有借鉴意义。【3】
(1)美国的雨水利用。
美国的雨水利用常以提高天然入渗能力为目的。1993年大水之后，美国兴建地下隧道蓄水系统，建立屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水地面组成的地表回灌系统，让洪水迂回滞留于曾经被堤防保护的土地中，既利用了洪水的生态环境功能，同时减轻了其他重要地区的防洪压力。美国的关岛、维尔金岛广泛利用雨水进行草地灌溉和冲洗。美国不但重视工程措施，而且制定了相应的法律法规对雨水收集利用给予支持，如制定了《雨水利用条例》。条例规定了新开发区的暴雨洪水洪峰流量不能超过开发前的水平，所有新开发区必须实行强制的“就地滞洪蓄水”。
(2)德国的雨水利用。
德国的雨洪收集利用技术是最先进的，基本形成了一套完整、实用的理论和技术体系。利用公共雨水管收集雨水，采用简单的处理后，达到杂用水水质标准，便可用于街区公寓的厕所冲洗和庭院浇洒。另外德国还制订了一系列有关雨水利用的法律法规。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，均要设计雨水收集利用设施，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。[4][5][6]
(3)丹麦的雨水利用。
丹麦98 以上的供水是地下水，但是地下水开发利用率都比较低，一些地区的含水层已被过度开采。为此在丹麦开始寻找可替代的水源，以减少地下水的消耗。在城市地区从屋顶收集雨水，收集后的雨水经过收集管底部的预过滤设备，进入贮水池进行储存。使用时利用泵经进水口的浮筒式过滤器过滤后用于冲洗厕所和洗衣服。
(4)日本的雨水利用。
日本于1963年开始兴建滞洪和储蓄雨水的蓄洪池，许多城市在屋顶修建用雨水浇灌的“空中花园”，有些大型建筑物如相扑馆、大会场、机关大楼，建有数千立方米容积的地下水池来储存雨水，以充分利用地下空间。而建在地上的也尽可能满足多种用途，如在调洪池内修建运动场，雨季用来蓄洪，平时用作运动场。近年来，各种雨水人渗设施在日本得到迅速发展，包括渗井、渗沟、渗池等，这些设施占地面积小，可因地制宜地修建在楼前屋后。在日本，集蓄的雨水主要用于冲洗厕所、浇灌草坪，消防和应急用水。日本于1992年颁布了“第二代城市下水总体规划”，正式将雨水渗沟、渗塘及透水地面作为城市总体规划的组成部分；要求新建和改建的大型公共建筑群必须设置雨水就地下渗设施泰国在20世纪80年代，建造了0．12亿多个2 m3的家庭集雨水缸，解决了300多万农村人口的吃水问题。在澳大利亚、加拿大、瑞典、印度、以色列、巴西和墨西哥等国家，采取修建小型水池、水仓、塘坝、淤地坝等工程措施，拦蓄雨水进行灌溉，都取得了良好的效果。
综上所述，国外发达国家城市雨水收集利用的主要经验是：建立了完善的屋顶蓄水和由人渗池、井、草地、透水地面组成的地表回灌系统；制定了一系列有关雨水收集利用的法律法规；收集的雨水主要用于冲厕所、洗车、浇庭院、洗衣服和回灌地下水。[7]
2.2 我国雨水收集利用情况评述
我国的农民在长期的抗旱实践中，积累了丰富的利用雨水的经验，创造了水窖、水窑、水池等小型和微型蓄水工程形式，用于解决生活饮水问题。真正意义上的雨水利用研究与应用开始于20世纪80年代，发展于90年代。雨水集蓄利用工作从试点示范到规模发展，大致经历了以下4个阶段:
(1)试验研究阶段。2O世纪8O年代，通过对相关技术的试验研究，论证了雨水集蓄利用工程的可行性和可持续性，提出雨水集蓄利用的理论与方法，取得了一批实用成果，为雨水集蓄利用工作的开展奠定了理论和技术基础。
(2)试点示范阶段。2O世纪9O年代，甘肃、宁夏省区在试验研究的基础上，进一步开展试点示范工作，使雨水集蓄利用从单项技术发展为农业综合集成技术；从单一的利用模式走向高效综合利用；从理论探讨、技术攻关走向实用阶段，找出了一条干旱山区农业和社会经济发展的新路子。
(3)推广应用阶段。1997~1998年，财政部、水利部联合组织的雨水集蓄利用试点工作带动了西北、西南、华北地区雨水集蓄利用工作迅速发展，工程建设开始从零散型向集中联片型发展。
(4)蓬勃发展阶段。2000年，水利部编制了《全国雨水集蓄利用“十五”计划及2010年发展规划》。2001年7月，中国水利学会雨水专业委员会成立大会暨雨水利用国际学术交流会在兰州市隆重召开。2001年9月，水利部农村水利司在广西百色市召开了全国雨水集蓄利用现场会。雨水集蓄利用工作进入一个崭新的阶段。[8][9]
3 城市雨水利用技术
城市雨水收集利用技术发展的一个突出特点就是它的国际化与集成化。各国的雨水利用技术发展的程度因重视程度不同而参差不齐。成熟的雨水利用技术从屋面雨水的收集、截污、储存、过滤、渗透、提升、回用到控制都有一系列的定型产品和组装式成套设备。
对于雨水的利用工程可分为三个部分：雨水的收集、雨水的处理和雨水的供应。
3.1 雨水的收集
雨水的收集利用，广义的范围内，包括了大型水库的建设，河川径流的取用等。雨水收集的方式有许多种型式，例如屋顶集水、地面径流集水、截水网等。其收集效率会随着收集面材质、气象条件（日照、温湿度等）以及降雨时间的长短等因素而有所差异。
建筑工程中的雨水收集有三种方式：如果建筑物屋顶硬化，雨水应该集中引入绿地、透水路面，或引入储水设施蓄存；如果是地面硬化的庭院、广场、人行道等，应该首先选用透水材料铺装或建设汇流设施，将雨水引入透水区域或储水设施中；如果地面是城市主干道等基础设施，应该结合沿线绿化灌溉建设雨水利用设施。此外，居民小区也将安装简单的雨水收集和利用设施，雨水通过这些设施收集到一起，经过简单的过滤处理，就可以用来建设观赏水景、浇灌小区内绿地、冲刷路面，或供小区居民洗车和冲洗马桶，这样不但节约了大量自来水，还可以为居民节省大量水费。
3.2 雨水的处理
雨水收集后的处理过程，与一般的水处理过程相似，唯一不同的是雨水的水质明显的比一般回收水的水质好，依据试验研究显示，雨水除了 pH 值较低（平均约在 5.6 左右）以外，初期降雨所带入的收集面污染物或泥砂，是最大的问题所在。而一般的污染物（如树叶等）可经由筛网筛除，泥砂则可经由沉淀及过滤的处理过程加以去除。这些设备的组合与处理容量需在经济与集水区条件考量下来调整其大小。处理方法与装置则主要取决于：
1）集水方式；
2）雨水取用目的与处理水质的目标；
3）收集面积与雨水流量；
4）建设计划与相关的条件；
5） 经济能力与管理维护条件。
屋顶集水一般以下述程序来处理所收集的雨水：
集水→筛选→沉淀→砂滤→停留槽→消毒（视情况而定）→处理水槽（供水槽）
雨水的处理设备包括有筛网槽以及两个沉淀槽。沉淀槽下方则设有清洗排泥管，用来方便槽底淤泥的清洗排除，维持沉淀槽的循环使用。【10】
3.3 雨水的供应
雨水的使用，在未经过妥善处理前（如消毒等），一般建议用于替代不与人体接触的用水（如卫生用水、浇灌花木等）为主。也可将所收集下来的雨水，经处理与储存的过程后，用水泵将雨水提升至顶楼的水塔，供厕所的冲洗使用。另外，如与人接触的用水，仍以自来水供应。【11】
4 我国城市雨水收集利用适用技术
4. 1 雨水生态利用技术
城市雨水生态处理技术依靠土壤、物、生物组成的生态系统净化雨水 ,避免了人工处理雨水带来的能源、源消耗 ,降低了城市发展对自然系统的破坏 ,保持了城市的自然生态性 ,构建的生态处理系统创造了良好的城市自然景观。雨水生态处理技术可以很好地将雨水利用工程同城市已有或改造的水体系统相结合 ,在提高城市生态景观建设的同时处理并利用雨水 ,从而促进生态城市的建设。
渗透渠组合系统”,是德国近十年发展起来的雨水处理技术。该系统多安装于公共建筑场所及道路附近 ,通过雨水的分散控制来缓解城市排水管网的负担 ,并涵养地下水资源。系统由上至下可分为两层 ,上层为种植草类植物的浅水洼 ,下层为渗透渠。通常 ,水洼层铺设活土 ,深度不超过 0. 3m ,通过土壤与植物的处理作用净化雨水 ,同时种植的植被绿色可以很好融入到建筑周围的生态景观当中。下层渗透渠一般填充高渗透性的棱柱状颗粒 ,例如砾石或熔岩颗粒等 ,可储存大量雨水 ,并逐渐将雨水释放以补充地下水 ,多余的雨水通过排空管排走。汉诺威世博会Kronsberg城区的雨水利用工程中成功应用了该系统。通过恰当的设计 ,MR系统与各种水环境共同创造了良好的生态环境及高质量的开放空间。生态处理系统创造了良好的城市自然景观。在德国柏林 Polsdamer广场 Daimlerchrysler区域的生态小区雨水综合利用系统就取得了良好的经济、生态与社会效益。该技术较符合我国实际情况 ,可广泛应用于以生态建设为目标的城市。但是 ,这种技术完全依赖自然的净化机理处理雨水 ,它需要占用较多的城市空间 ,无法适应建筑密度高且改建困难的城市 ;另一方面 ,由于该技术对雨水的净化效果有限 ,所以当地雨水回用水质要求较高时 ,就必须经过进一步的深度处理才能使用。【12】
4. 2 雨水径流传输与收集技术
雨水径流传输与收集技术是将来对来自屋顶、道路等的降水径流分别传输、集 ,稍加处理或不经处理即直接用于冲洗厕所、浇洒绿地等。来自屋顶上和较清洁路面上的降水径流除初期受到轻度污染外 ,后期径流一般水质良好 ,可以收集经简单处理后也可利用。
来自屋顶等的径流 ,安装分散式过滤器于房屋的每个漏雨管的下端 ,过滤处理后即直接用于冲洗厕所、溉绿地或构造水景观等 ,如图 1所示对于较清洁路面 ,设置蓄水池、中式过滤器 ,它是将来自不同面积上的径流汇集到一起 ,然后进行集中过滤 ,流程如图2所示这样 ,一方面减轻了污水处理的压力 ,又通过利用雨水减少了大量的自来水供应。
家庭利用雨水可采用预制混凝上或塑料蓄水池等 ;社区环境也可利用雨水等采用的构造景观或人工湖等 ;还有为增加雨水入渗将绿地或花园做成起伏的地形或采用人工湿地等。学校、企业、小区、大型公共场所或道路两侧修建蓄水池 ,减少地面径流量 ,把集蓄的雨水用于冲厕、洗车、消防、浇花、洒路、面景观等 ,还可回灌补充地下水 ,实现雨水少排放 ,道路建设时在下面铺设雨水管道 ,并采用渗水管道 ,人行道采用透水砖、皮砖 ,既补充地下水 ,又减少雨洪径流。【13】
4. 3 雨水渗透———涵养地下水技术
地下入渗技术是在土地有限的情况下 ,或者表层有较浅的不透水层时 ,挖穿不透水层在透水层开挖入渗沟 ,沟内铺设带孔的透水管 ,周围填装直径 8～32mm的砾石 ,将收集到的屋顶或道路等不透水地面所产的雨水用管道输送到入渗沟内的透水管 ,沟内充填的砾石和管道有一定的蓄水空间 ,可存储一部分雨水 ,并使雨水通过周围的土壤下渗。地下入渗法占地较少 ,便于在城区及生活小区设置 ,如图3所示。
对于我国有些地区 ,由于地下水开采过度而导致地下水水位下降 ,如能将雨水处理后回注地下 ,补充、养地下水,同时还能对暴雨洪水的水量起到调蓄作用 ,削减洪涝灾害。雨水的利用将缓解水资源的短缺 ,促进当地经济的可持续发展。
雨水渗透技术是一种投资少、效快、发挥综合效益的节水型排水设施。对必须改造和新建的下水道工程 ,一次性采用渗透设施 ,更能达到节省投资一举多得的目的。渗透设施的构造、计参数、工管理应根据当地具体条件 (如地质条件、下水位等)试验确定 ,还应考虑大气、面污染对雨水水质的影响。【14】
4. 4 节能型雨水利用技术
目前 ,能源日益紧张 ,节能型雨水技术必将有很大的发展空间。在建筑中采用节能型雨水收集利用技术 ,可以降低雨水处理系统以及建筑能源消耗 ,构建可持续发展的低能耗生态建筑。
英国的 Barclaycard HQ是当代低能耗办公建筑中的优秀作品之一 ,如图4所示。其利用了雨水的多种特性 ,并配合建筑的恰当设计 ,使得该建筑有效降低了能耗 ,同时也营造了良好的生态环境 ,成为可持续发展节能生态建筑的典范 ,使人们看到了雨水利用的新方向。
5 几点建议
借鉴发达国家的经验，为了合理、充分地利用雨水资源，实现西部干旱缺水地区水资源的可持续利用，使雨水资源化，特提出如下建议：
(1)建立良性的雨水利用运行机制。各级政府要深化产权制度改革，对于户建工程，按照“谁建设，谁所有，谁受益”的原则，由政府颁发产权证；对于联户兴建的工程，则由受益户共同制定管理公约，推举责任心强、懂技术、会管理的受益户进行管理。各级政府应尽早制定《雨水利用条例》。在《雨水利用条例》中规定新建小区，无论是工业、商业还是居民小区，均要设计雨水利用设施等内容。
(2)加强雨水利用的理论研究。尽管雨水利用历史悠久但实践超前理论，雨水收集利用的科学研究还很滞后，不能满足雨水利用的客观需求，今后应予以加强。
(3)提高雨水的利用率。只有雨水收集系统而没有雨水处理和回用系统是无法实现雨水资源的合理利用的，应将雨水集蓄利用工程与节水灌溉、水土保持及生态环境建设相结合，提倡一水多用，促进水资源的高效利用，使有限的水资源尽可能发挥最大的作用。要根据当地实际情况，采取不同形式雨水集蓄利用技术，能蓄则蓄，能拦则拦，以小、微型水利工程为主，充分利用当地的雨水资源。收集的雨水可以直接或经适当处理后用于冲厕所、洗车、浇庭院、洗衣服、浇绿地、消防和回灌地下水。 【15】
中国是一个城市化快速发展的国家，城市雨水综合利用是解决城市水资源短缺、减少城市洪灾的有效途径，并且可以促进城市水资源和水环境的可持续发展。因此，城市雨水综合利用应纳入雨水规划。城市雨水综合利用是一项涉及多学科的、复杂的系统工程，在选择雨水收集利用系统方案时，要特别注意地域及现场各种条件的差异，考虑城市和小区环境、生态和美学、人和自然的统一和谐，力求最佳效果。
就目前情况看，城市雨水收集利用系统建设在全国尚处在起步阶段。但随着全国人民环保意识的增强，城市雨水利用会逐步发展起来，这一点已被西方发达国家所证实。城市雨水利用不仅可以解决部分城市的水资源短缺问题，也为水资源的长期可持续发展提供了一个有效途径。如果能在雨水收集利用、设备生产、设施建设、运行管理、中水利用等方面形成一个成熟的产业链，必将在全国产业发展多头并进的情况下，引出一个利润丰厚的朝阳产业。
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