城市雨水资源利用途径及效益体系分析

冯 峰，潘晓丹

（1.黄河水利科学研究院，河南 郑州 450004；2.黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004；3.济源黄河河务局，河南 济源 454650）

0 引言

近年来，我国经济社会发展、工业化和城市化进程不断加快，人口持续增长，对水资源的需求量越来越大，而水资源的时空分布不均和水环境的不断恶化，进一步加剧了水资源的供需矛盾[1]。 面对持续增长的生产生活和生态用水需求，面对日益严峻的干旱缺水形势，如何为经济社会发展提供足量、稳定的淡水资源，已作为一个重大而紧迫的课题提上议事日程。 雨水资源利用作为一种最具潜力的开源手段，正在被当代水利人加以实践和探索[2]。

当今社会，生存与发展成为时代的主题。 实现人口、资源、环境与经济、社会协调健康持续发展，是人类共同的美好愿望。 雨水资源利用以其技术可行性、经济合理性和相应的经济、社会和生态效益引起人们的关注，使人们逐渐认识到它在贯彻落实科学发展观、 构建社会主义和谐社会中的必要性、合理性和迫切性。

1 城市雨水资源利用的国内外现状

1.1 国外利用现状

由于全球范围的水资源紧缺和暴雨洪水灾害的频繁发生，世界五大洲约40 多个国家和地区在其城市开展了不同规模的雨水资源利用研究。 城市雨水利用在发达国家已逐步进入到标准化和产业化的阶段。 日本在屋顶修建蓄水系统、或修建屋顶蓄水和渗井、渗沟相结合的回补系统。 回补系统是将屋顶的雨水收集后，逐步放入渗井或渗沟，再回补地下[3]。 东京建成直径为10～12.5 m 的地下“河道”2 km，计划建设30 km，以贮存雨水。 德国是世界上雨水收集、处理、利用技术最先进的国家之一。 它通过法律强制和市场激励推动用户利用雨水资源[4]。 日前，德国的雨水利用技术已经进入“第二代”，雨水利用在完善的技术标准指导下，广泛应用于各个领域，为城市水的可持续利用提供保障。 丹麦每年能从居民屋顶收集645 万m3的雨水，占居民冲洗厕所和洗衣服实际用水量的68%，相当于居民总用水量的22%[5]。 美国制定了相应的政策法规，限制雨水直接排放流失，控制雨水径流的污染，收取雨水排放费，要求或鼓励雨水的截流、贮存、利用或回灌地下，从而改善城市水环境和生态环境[6]。 瑞典、荷兰、澳大利亚、伊朗等国，都在实施用雨水工程补给地下水。

1.2 国内利用现状

我国城市雨水利用研究始于20 世纪90 年代，近年来，大中城市的雨水利用发展较快，北京、天津、青岛、大连、郑州等许多城市也结合自身的具体情况，陆续开展了雨水利用的研究和应用。 2000 年，北京市又陆续出台了一系列标准和规定，规范和强调使雨水资源的收集利用。 深圳计划至2020 年时新增雨洪资源利用量达到0.49 亿m3，城区雨洪可利用量达0.85 亿m3[7]。 总的来说，我国的城市雨水利用在技术研究、应用推广和政策制定上已取得了不少进展，但同发达国家相比，仍较落后，也缺乏系统性，需要更多的关注和深入研究。 因此，对城市雨水资源利用的方法途径、产生的效益进行分析和研究，就显得尤为必要。

2 城市雨水资源利用途径

城市雨水资源利用可以采用雨水汇集储蓄、雨水渗透两种模式。 当降落在不透水的路面、建筑物屋顶等上面时，就采用雨水汇集和储蓄的利用模式，汇集储蓄的雨水可以用于城市绿化、市政用水、洗车、清洗道路等上面。 当降落在透水路面、林地、草地上面时等，就采用雨水渗透的利用模式，下渗雨水用于生态用水、回补地下水等。 具体的利用途径和过程如图1 所示。

图1 城市雨水资源利用途径及过程示意图Fig.1 Utilization ways and process of urban rainwater resources

2.1 雨水汇集和储蓄利用

雨水汇集和储蓄方式分为地下、地上、坑塘河道储雨3 种。

（1）地下储雨。 城市地表大多为水泥、沥青等不透水地面，雨水无法下渗。 地下储雨是指在建筑物附近地面采用“可蓄水地面”，或对人行道、车道、停车场等加以改造，进行雨水贮存、滞留。 对于汛期较长、雨水资源较为丰富的城市，可以在市郊或市区地势较低且负重较轻的部位，修筑较大规模的地下储水池或储水水库，以存储城区小型储雨设备接纳不了的雨水，但这需要的工程投入较大。

（2）地上储雨。 地上储雨是指在居民小区、广场庭院等建筑物的雨水落管下端，放置小型储雨容器，或开设集雨坑，用于收集屋顶雨水。 收集的雨水可用于庭院洒水、浇灌花草、洗车等，以节约自来水。该方式适用一般居民楼、单位建筑物。

（3）坑塘、沟渠、河道储雨。 汛期城市及市郊雨水产流量大，城区小规模集雨设施可能满足不了要求。 这时，可以把城区周边地势低洼、水量少或已经干涸的坑塘、河道、沟渠设计成储雨池蓄水。 该方式的蓄水量是相当可观的，若在旱期加以利用，则能大大减轻干旱季节的用水压力，也可用其回灌补充地下水，使地下水位下降严重的地区水位得回升。

2.2 雨水渗透利用

雨水渗透利用指雨水通过公园林地、草地和透水路面等下渗，从而满足绿地、湿地、湖河等生态用水和补充地下水需要的利用模式。 雨水渗透利用方式分为透水地面和渗透井渗透、草坪绿地渗透2 种。

（1）透水地面渗透和渗水井渗透。 目前城市硬化人行道多采用不透水混凝土垫底，这使雨水几乎不能下渗。 若改用沙垫层铺底，可以增加路面的雨水下渗量。 降雨时，雨水可以随着石块和粗沙的缝隙渗入地下，补充城市浅层地下水。 降雨量较大时，也可把雨水管引入专门的渗水井，由此渗入地下。

（2）利用草坪绿地渗透。 城市绿地、草坪是储存雨水、增加入渗的理想场所。 然而目前大多数城市绿化灌木带和草坪都用高于地面的路缘和硬化地面隔绝，使得路面的雨水从下水道排走，而不能进入草坪被吸纳。 因此，在进行新的建设规划时，绿地可以设计成下凹式，与道路和广场地面相通，以汇集承接周围地面的来水。

3 雨水资源利用的效益体系

3.1 效益因子识别

应根据城市雨水资源利用的途径，对其产生的效益因子进行识别，并根据效益的特点，将效益因子分为经济、生态、社会效益因子。 经济效益是指因雨水资源利用而获得的各种直接收益，可以量化为货币单位进行计算；生态效益是指雨水资源利用对生态环境产生影响，有正负之分；社会效益是指雨水资源利用对于社会进步、资源节约等产生的积极影响。这里根据雨水资源利用区域、途径的不同，对产生的效益因子进行识别和归类，如图2 所示。

3.2 效益因子描述

按照图2 所示，将城市雨水资源利用获得各类效益因子进行描述。

图2 城市雨水资源利用产生的效益因子及其归类Fig.2 Benefit factors and classification of urban rainwater resources utilization

（1）雨水置换自来水收益。 采用收集回用形式所收集的雨水置换了自来水，减少了自来水费用的收益。 （2）节省城市排水费用。 由于雨水渗入地下，可以等量减少向市政管网排放雨水，从而节省城市排水管网的运行费用等收益。 （3）减少绿地土方回填的费用。 当建设区域内绿地设计为下凹式时，部分绿地的土方回填量减少，从而减少投资的收益。（4）城市水环境的经济价值。 适宜的水环境面积有利于改善城市的生存环境，提高城市品位，创造良好的投资环境，从而加快城市的可持续发展，带动旅游产业发展。（5）水质效益。包括对地表水和地下水的净化作用。 在生态化利用过程中，雨水的传输通道及储存介质，如明沟、人工湿地、集水塘等，对雨水中污染物具有一定的自然净化能力。 如在湿地系统中，所有的生物通过化学过程可以把可溶性磷转化为难溶性的颗粒磷，再通过沉积作用进入地球圈。 屋顶花园、人工湖与雨水池塘中的污染物也会在微生物及植物的共同作用下得以降解。 这种自然净化作用可使进入城市水体中的面源污染大为减少，促进城市水体水质的改善。 （6）促进城市自然生态系统的良性循环。 硬化地面的减少及人工回灌地下水，有利于改善大气水、地表水、地下水3 者之间正常的水分循环和水量转换，恢复自然水文循环状态，增加土壤的水分含量，促进植被生长，营造城市小气候，缓解热岛效应，并有助于消解噪声、美化环境和减少大气污染。 建设的湿地、人工湖等可以增加绿色面积，提高人居环境质量，并为某些生物物种提供稳定的栖息地，使城市成为生物多样性保护与表达场所。 （7）补充地下水，涵养水源。 通过下渗设施，可增加降雨入渗，补充地下水，提高地下水位，减缓城市地下水漏斗，涵养水源。 （8）防洪排涝产生的效益。 通过雨水利用设施，可以减少城市地面径流，减小洪峰流量，降低、缓减洪涝灾害。 （9）提供就业机会，解决就业问题。 实施城市雨水利用工程，可带来直接和间接就业效果。 前者是指直接提供的就业机会，如工程实施以及后期雨水利用维护方面的工作等； 后者是指间接提供的就业机会，如对雨水利用设施的需求量增大，促进雨水利用设备制造的劳动需求。 （10）城市水文化功能。 在人类活动作用下，城市水环境不仅是单纯的物质景观，更是城市中的文化景观。 人们除了维持生命需要水之外，还有观水、近水、亲水、傍水而居的天性。 城市水环境不仅作为物质资料的功利对象，而且还作为文化灵魂的载体存在于城市之中。 （11）提高人们节水意识或提高社会整体素质。 雨水利用工程能够使居民在休闲、娱乐的同时，受到水资源和水环境意识的教育，增强惜水、节水和利用雨水的意识，有利于可持续发展战略和节约型社会建设目标的落实。

3.3 效益因子归类

将城市雨水资源利用产生的效益因子进行归类，对应归入到经济效益、 生态效益和社会效益3类当中，如表1 所示。

表1 城市雨水集蓄利用的效益因子体系Table 1 Benefit factor system of urban rainwater reservation and utilization

4 结语

随着我国城镇化的加快和经济的快速发展，我国北方城市普遍面临着水资源短缺、水环境恶化、水污染加剧等问题，而科学合理地利用雨水资源，能够有效地缓解以上问题。 因此，针对城市雨水资源利用的途径、方式，提出了雨水汇集、雨水渗透的两种利用途径，并根据利用方式的不同，分析了其产生的效益因子，对效益因子进行了相应的描述，并归入了经济、生态和社会效益3 大类。 雨水资源利用需要地方政府和群众的支持与协作。 因此，开展利用途径和效益的研究，能够提高利用主体的积极性，也有利于雨水利用工程和项目的推广、应用，对于创建节水型社会也有重要现实意义。

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