地铁建设中雨水资源化技术分析与对策

任育才，周 毅

（1.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉430010；2.武汉大学，湖北 武汉430072）

1 引言

我国城市地铁工程建设进入快速发展时期，在带动经济的发展和解决城市交通问题的同时，也面临城市雨洪和内涝的威胁。地铁埋置深度一般、位置较低，并且沿线区域很大一部分地表将被透水性差的屋面、道路所覆盖，降雨形成地表径流量大。如果地铁站点的地表处于地势低洼处，则内涝更容易威胁地铁安全。地铁工程遭遇内涝的侵害时，比较脆弱，各种损失和社会影响也较大，因此需要有较高的防洪排涝能力。

在地铁防洪问题上，很多研究和工程措施主要靠提高防洪标准、拦阻雨水、雨水快排等方法减轻雨洪威胁。在这种被动的防灾思维引导下，很少从雨水资源化的角度，在源头上削减洪峰流量，也很少考虑雨水利用设施与地铁隧道、站点在地下空间占用上的矛盾。这是因为传统的排水理念和思维方式仍然影响着工程建设。

我国城市建设多年来一直“重地上、轻地下”，排水设施的发展相对滞后，这是出现内涝的主要原因之一。另一方面，在已有的雨水规划和工程建设中，国内城市多重视防洪与排涝，忽视雨水控制和利用。如能有效蓄滞雨水，不仅能降低内涝风险，而且还可以防止雨水资源流失，特别是北方干旱城市，则可缓解城市缺水的压力。因此，从雨水资源化的角度防控地铁工程中的雨洪灾害，则可获得一定经济效益与社会效益。

我国在雨水工程建设理念和实践上落后于发达国家。例如：《城市排水工程规划规范》（GB50318－2000）早已提出了“应贯彻全面规划、合理布局、综合利用、保护环境、造福人类的方针”，但是对于雨水控制、调蓄与利用并没有明确的要求和内容。相比之下，以美国为代表的发达国家早已有了“绿色基础设施”的理念。其中绿色雨水设施的内涵是指：通过削减城市径流和污染物的排放，解决城市雨洪问题，实现环境、生态、景观等多种功能。这种理念在许多行业和地区得到广泛接受，并有了一些深入的研究。

在我国与地铁工程配套的雨水工程设施建设，目前主要目标就是防洪排涝，对与之相关的雨水资源化问题鲜有考虑。目前国内的研究还不够深入，工程实践中也没有多少成熟的经验可以直接利用，对某些问题还缺乏有效的技术手段。因此，需要深入分析地铁建设工程中，如何建设配套的雨水利用设施，以实现雨水资源化。

2 雨水资源化的技术条件

地铁建设时如果及时建立雨水利用工程设施，对一个城市的影响将是区域性、甚至是全局性的。虽然会增加一部分建设成本，但是也会通过水资源回用产生一定经济效益，而且还会起到明显的示范作用，为全社会的低碳、环保、循环经济的发展做出表率。从技术条件分析，地铁工程中的雨水利用存在多方面有利和不利条件。对有利条件的分析，证明了雨水资源化可以部分地解决城市和地铁的防洪问题。对不利条件的分析，则发现了技术上的一些困难。

2.1 有利条件

（1）收集处理后的雨水，可用于地铁车站内的杂用水和消防储备用水。地铁车站内的饮用水需求量较少，主要是杂用水和消防用水。站点内的生活用水主要是满足乘客和工作人员用于生活饮用和直接接触皮肤的清洁卫生（如：洗手），这部分水由城市自来水管网供应。车站内外的清洁卫生、冲洗厕所、空调等杂用水及消防储备用水，对水质要求不高，可以优先考虑雨水为水源，减少自来水的消耗。

（2）地铁项目作为新建工程，便于在主体工程实施的同时，开展雨水利用工程建设。尤其是地铁经过的新城区、待开发的城区，一般道路比较开阔，地面建筑物密度较低，地下市政管线相对简单，周边用地相对宽松，便于建设配套设施。

（3）雨水资源化目前具备了一定的技术基础。现有的一些雨水收集、蓄滞、处理、下渗等利用技术，为地铁站点的雨水收集利用，提供了一定的借鉴。

（4）地铁车辆基地具备有利条件推行雨水重复利用。车辆基地大多位于市郊，具有占地面积大、绿化用水量大、使用自来水成本高等特点。由于用地比市区更加宽松，因此对于缺水地区，有必要推行雨水资源化利用。

2.2 不利条件

（1）水循环路径的改变。地铁改变了原有的地下水文地质条件和水循环路径，带来地下水的重新分布，例如：地下水位的显著下降。同时，地表覆盖情况和地表坡度往往也有改变。地铁埋深大，占用大量的地下空间，原有的地下水自然流动和补给可能由于地铁站点和隧道建设被迫中断或改变路径，导致周边地下水位的变化，会间接影响更大范围内的雨水下渗。

（2）地铁建设与地下空间其他方面利用的矛盾。地铁首期的建设优先解决市内干线道路上的交通问题，一般位于城市繁华地带，土地资源和地下空间十分有限。而中心城区道路下管线布置复杂，地面的建筑密度大，建筑物的桩基较深，还有铺设年代较久的错综复杂的地下管线［1］。雨水资源化的工程建设，需要占用一定的土地和地下空间用于修建雨水蓄积、处理构筑物。在用地紧张的情况下，集中化的雨洪管理新技术无法施展。

（3）现有技术手段、技术标准和数据的完备性滞后于工程建设的需要。目前的雨水利用技术，还没有很好地解决高度城市化区域的雨水回用问题；我国的雨洪模拟计算在工程中没有得到广泛运用；现行的规范对于雨水控制、调蓄与利用没有明确的要求和内容，更多的是重视“排水”防灾。除此之外，由于历史数据缺乏、城市建设带来的地表覆盖情况、地形的急剧变化、现有的雨水基础设施数据不全、变化更新不及时等原因，也造成雨洪模拟的精度不够高。

（4）降雨的随机性和在时间分布上的不均匀性。雨水资源化，要有较稳定的来源和较好的水质，但是降雨的随机性和在时间分布上的不均匀性，将影响水源的稳定性。初期冲刷带来的雨水水质问题，也需要慎重对待。技术上的困难，需要从理念到城市规划、技术策略、技术研发等多方面提升水平。

3 对策和建议

城市排水系统的理念，要从单纯的“快速排水”和“围堵”，逐渐转变为“渗、滞、蓄、用、排”，实现向生态排水转变。但是，具体做法上不能照搬国外的一些新技术，而应立足中国的国情解决雨水利用问题。例如：以低影响开发（LID）为代表的一些雨水可持续利用技术，强调尽量不改变水循环的路径。这在中心城区的地铁建设中，很难完全做到。尽管如此，LID的理念还是很值得推广。只有通过多种措施控制雨水径流的排放，减少雨水径流量和洪峰流量，才能系统性地降低雨洪设施的建设投资，实现城市土地开发后的雨水径流系数不超过开发前。从技术的角度，需要做好如下工作。

3.1 城市规划

虽然在用地和地下空间利用方面，地铁工程建设和雨水利用可能会有很多矛盾，但是地铁与雨水利用规划，应该统一、协调。地铁建设的同时应尽量留出足够的空间为雨水蓄滞服务。城市雨水管理应该是在各部门的协同工作下，使雨水得以回归自然，确保城市生态安全。为此，地铁工程建设应该尽量维持自然环境原有的面貌，减少对自然环境的扰动，把下垫面硬化对雨水自然通道的破坏减少到最低限度。在城市规划中，雨水规划和雨水基础设施建设不应该处于从属地位，不应该被动地服从于其它工程规划和建设的需要，而应该和其它基础设施一起，统一于一个大系统和可持续发展的目标之下。例如：城市雨水控制与利用系统规划应该与城市规划编制的各个层次相结合，在规划中体现对雨水控制和利用的思想，提出对雨水径流量和污染负荷量的控制要求，留出必要的雨水控制与利用的空间和设施用地，为下一步实施各种雨水控制与利用措施创造条件。

3.2 新老城区的不同技术策略

新城区和老城区（中心城区），在土地开发程度上有明显不同，在雨水利用措施上需要区别对待。

目前在建的很多地铁项目，都处于人口、商业和交通密集的老城区，原有的城市规划，没有为雨水利用留下足够的空间。因此老城区在解决雨水问题上，所受约束较多，除了考虑恢复与增强必要的雨洪调蓄与渗透，还可以因地制宜地将本汇水区域内的雨水导向附近区域的雨水调蓄池。

规划的中、远期地铁项目，一般处于新城区（郊区），土地开发利用程度低，主体交通工程和配套的雨水工程建设应该统一规划和设计，地上和地下空间的开发必须同时考虑。新开发区，要彻底扭转“先地上，后地下”的开发模式。由于用地约束较宽松，新城区的开发密度要合理控制，对水的蓄滞留有足够空间，并对水的重复利用给以全方位的考虑。另外，还需考虑建设“生态基础设施”，就是在开发和改造中要给城市生态留有余地，保证水面率和绿地率，使其发挥渗、滞、蓄、排功能。

3.3 关键技术的研发

雨水利用的关键问题是雨水的有效收集和回用。南方多雨地区，地下水位一般较高，雨水的利用主要是蓄滞、处理后直接回用。北方缺水地区，地下水位一般较低，雨水利用主要是下渗和回用相结合。虽然不同地区关键技术的侧重点有所不同，但是许多共同的关键问题有待进一步研发。

（1）分散式的雨水蓄滞或下渗。地铁的建设，一般会带来大面积的城市不透水地面的覆盖。如果建立分散式雨水水文循环，在水泥覆盖的表面“见缝插针”，利用一切可利用的空间，定量地调控降雨的径流、蒸发、存储和入渗，则是一种可行的思路。这种分散式雨水水文循环，是一种新的城市环境下的水循环途径，其效果还需要进一步研究。尤其是地铁站点和隧道占用了大量的城市地下空间，对水循环的影响不可忽视。

（2）水量供需平衡的确定。雨水水源不稳定，时间、空间上分布也不均匀。因此，需要对用水量和雨水资源的可供水量进行平衡分析计算。如果雨水水源的供水所占比例过大，虽然会减少自来水的消耗，但是会增加蓄水池的容积，并增加旱季无雨带来的缺水风险。反之，雨水资源化的效果变得不明显。因此，合理地分配雨水水源与常规水源的比例，值得深入研究。

（3）蓄滞水池构造形式和容积的确定。蓄滞水池的构造形式和容积，不仅要考虑降雨的随机性，而且要考虑初期冲刷带来的污染，需要对一定量的初期雨水弃流，尽量收集初期冲刷之后水质较洁净的雨水。同时，考虑到与地铁工程的配套，需要提高地下空间的利用率。此外，水池的容积与水量供需平衡有密切关系。因此，蓄滞水池的构造和容积需满足多方面要求，目前缺乏深入研究。

（4）水质净化设施的一体化。由于地铁车站场地的限制和便于管理的要求，水处理构筑物（设施）力求占地小、构造简单、便于维护。现在虽然开发、生产出了一些一体化净水设备，但是其技术性能还有待进一步提高。

3.4 规范和标准

规范和标准的制定与修订应该与时俱进。例如：修订后的《室外排水设计规范》（GB50014－2006）（2011版）就对重现期和相关设计标准做了提高，并从全系统考虑排水问题，提出雨水利用、雨水渗透、绿地滞蓄和雨水调蓄等问题。本次修订还增加了按照低影响开发（LID）理念进行雨水综合管理的规定，例如：提出雨水设计流量的计算也可采用数学模型法。技术规范与标准的修订，必将影响今后的工程建设。

3.5 数据和资料

准确地估计降雨量和径流量，需要大量的、长期积累的基础资料，例如：气象资料、城市地形资料等等。很多城市的基础资料不仅观测时间短，难以应对雨水径流模拟的需要，而且大量基础设施的开工建设，也经常导致资料（如：地形资料）变化快，资料之间的配合、更新不及时。

信息化、智能化技术的发展，为地铁建设中的雨水工程所需数据的积累、共享和全面利用，提供了技术基础。例如，国外大多数发达国家建立了全面、系统的城市雨水智能化信息化管理系统，科学规划城市排水体系，提前预报径流发展过程和积滞水发生地点，及时采取有效应对措施，在保障安全的同时最大限度地利用雨水资源。随着国家财力的增强，可在雨水管理中及时采用一些先进的信息化技术，提升资料的应用价值。

4 结语

地铁的迅速发展，给雨水可持续利用带来了新的课题，雨洪灾害的防治与雨水利用应该在可持续发展的指导思想下统一解决，地铁建设和配套的雨洪防治、雨水利用工程设施之间是对立统一的关系。研究得出的主要结论如下。

（1）在地铁工程建设的同时，推广雨水工程建设，有着重大意义。从有利条件看，雨水资源化可以部分解决城市和地铁的防洪问题；从不利条件看，技术上仍然存在一些困难和障碍。

（2）理念需要更新，对一些新技术上可以作为借鉴，而不必直接照搬。从技术角度对地铁建设中配套的雨水利用工程建设，提出如下对策和建议：在城市规划中重视雨水利用规划；在新老城区采用不同雨水利用技术；把握一些关键技术的研发方向；及时修订工程规范和标准；用信息化、智能化技术，管理相关的数据和资料。

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