雨水资源化利用工程措施简介

2014-09-27罗伟，刘昆

城市道桥与防洪 2014年8期

罗伟，刘昆

（1.天津市滨海新区新地置业投资有限责任公司，天津市 300457；2.天津市市政工程设计研究院，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对降雨资源进行收集、调配和利用等。城市雨水利用包括雨水的收集、储存、控制并高效利用等过程。目前雨水用途包括：补充地下水、绿化用水、景观用水、城市杂用（洗车、冲洗道路及建筑物、消防等）、居民杂用、工业用水，深度处理后甚至还可以用作饮用。

水是人类赖以生存的基础，是人类社会发展的重要资源之一。我国淡水资源严重短缺，淡水资源人均占有量仅为世界人均占有量的1/4，是世界13个人均淡水资源最贫乏的国家之一。我国可利用的淡水资源量只有11 000亿m3左右，并且分布不均衡。在我国大部分地区，雨季时大量雨水都随径流排放，这部分可作为资源的雨水在北方缺水城市没有得到合理利用，大部分雨水经过管网系统直接排走。一方面可供使用的水资源极度紧缺，另一方面又未能有效利用宝贵的雨水资源，造成了水资源的浪费。

因此城市雨水资源化利用成为可能，雨水利用以其处理成本经济、处理方法简单等优点，成为一种新的可利用水资源。

2 我国雨水利用现状

我国城市雨水利用起步较晚，在以往的城镇雨水排水工程中主要以排放为主，基本上没有考虑雨水的利用。大量雨水通过管道直接排入水体，这对于中国这个世界上严重缺水的国家来说是一种极大的浪费，同时也造成了初期雨水对水体的污染。

目前我国的雨水应用主要在缺水地区有一些小型、局部的非标准性应用，大中城市的雨水利用基本处于探索和研究阶段。北京、上海、天津、西安等大城市的城市雨洪利用研究与应用也有所发展，例如，北京奥林匹克公园中心区雨水利用系统，提出了“水体自然净化的雨水利用”设计理念，将透水铺装区域、绿地、水系等各类用地统盘考虑，通过透水砖、露骨料透水混凝土、增渗设施等新型透水材料，利用透水铺装、渗滤沟内的砂砾料及增渗设施净化雨水。在收集雨水过程中，实现对水质进一步净化，使收集的水质满足灌溉、水景、回灌地下的相关标准，建成了高标准的公园雨水利用系统，对北京水资源的循环利用具有重要意义。上海世博园建造了天然和人工渗透设施补充地下水，另外收集雨水进行处理作为杂用水等。天津某些高档住宅小区建立了雨水净化收集系统，将经过生态净化后的雨水收集起来作为小区内景观水体的补充水源。总体而言，近年来我国在城市雨水利用方面也取得了一定的进展，但尚处于示范阶段，绝大部分城市雨洪利用仍属空白。我国雨水利用技术还较落后，缺乏系统性。随着国家的发展、社会的进步和公民素质的逐步提高，环保理念逐步深入人心，政府对环境污染防治的投入也在逐渐增加。雨水利用技术在我国一些区域逐渐发展起来。

3 雨水利用的主要途径

雨水利用主要有屋顶集雨系统、雨水渗透、雨水回灌、人工湿地调蓄、开发地下水库等多种途径，通过雨水利用可以达到缓解水资源紧张、消减洪峰流量的目的。

地块内雨水的综合利用主要通过社区内屋面雨水集蓄利用系统进行综合调蓄利用。进而达到以调峰、蓄滞、收集利用为主，以外排为辅的城市排水理念。

雨水入渗可采用各种雨水渗透设施，让雨水回灌地下，补充涵养地下水资源，是一种间接的雨水利用技术，还有缓解地面沉降、减少水涝和海水倒灌等多种效益。绿地入渗可与景观相结合，配以洼地、渗井和渗沟、生态边沟、植被浅沟等人工入渗设施；慢行系统可采取透水路面，通过入渗达到减排、降低雨水洪峰流量的同时，又补充了地下水的目的。

雨水的综合存蓄系统可利用公园的绿地系统做地下储水池或人工湿地，通过简单的处理即可就近回用为城市绿化用水。

设置市政雨水的收集与排放系统的首要目的是为了防止洪涝灾害的发生，保障城市的安全。在此前提下，可以适当考虑对市政雨水进行收集与利用。

4 雨水综合利用措施[1]

城市雨水利用应在综合分析城市可利用的雨水资源的基础上，考虑在技术上可行，经济、环境及社会效益最大的前提下，采取工程措施，在减轻城市雨洪灾害的同时，合理利用、开发雨水资源，使之成为继地表水、地下水、再生水之后的城市第四水源。

目前大部分城市规划以生态宜居、山水人合一为主基调，故工程设计上雨水综合利用将突破传统的雨水收集排放模式，结合区域规划特点，充分利用各种行之有效的途径对雨水进行收集、调蓄、净化和利用，改善水环境和生态环境。

4.1 污染控制途径

为保证本地区水环境，需对雨水径流污染进行控制。要求城市范围内小区内综合径流系数控制在0.5～0.6，以下为具体控制途径和措施。

4.1.1 源头控制

雨水淋洗建筑物使建筑物表面材料所含成分进入雨水中，因此建筑物屋顶以及外壁的材料应为环保材料，不含有毒物质，或浸出液中有毒有害物质含量低,并可将屋顶进行绿化处理，减小污染物流失。

为降低雨水流速、减少污染物流失，应避免形成大范围的不透水区域，通过低势绿地、植被浅沟、渗透铺装、雨水花园等将不透水区域分开，利用植物区域截流污染物。

4.1.2 中途截留

雨水口为污染物进入管网的入口，污染物进入管道后会由于沉淀而沉积在管道内，会堵塞管道，长时间积累的污染物会发生腐化分解，在雨水的冲洗下排入水体。在雨水口设置截污挂篮可以截留雨水中的悬浮物（垃圾、树叶等），同时旱季进入雨水口的垃圾等能够被挂篮收集，通过清扫易于清除，从而避免管道内积累垃圾等对雨水的污染。

在雨水管道适当位置设置截流井，截流的雨水可以排入污水管道，输送到污水处理厂处理。

4.1.3 末端截流与处理

可将初期雨水排入人工湿地进行处理，同时，在非雨季道路冲洗水进入雨水管网后，也可由水泵提升至人工湿地进行处理。人工湿地的形式有：表面流人工湿地（FWS）、潜流式生态床（SFS）、垂直流人工湿地系统、综合生物塘等。

工程中人工湿地主要处理雨水或非汛期冲洗道路水，其特点是水质相对较好、流量较大、季节性较强，结合地块规划中水系岸堤具体位置，人工湿地的形式在实际工程中一般采用结构较为简单、投资省的表面流人工湿地。

4.1.4 人工湿地参数及面积确定

（1）人工湿地主要是处理初期雨水和非汛期冲洗道路水，由于道路冲洗水相对初期雨水流量较小，因此本规划人工湿地面积以初期雨水量进行计算。

（2）对于以居住、商业、休闲娱乐产业为主的规划地块，初期雨水量按照每场雨前6 mm降雨形成的径流量考虑。

（3）初期雨水量为：

式（1）中:V为系统内总的初期雨水量，m3；F为汇水面积，km2；ψ为综合系统区域径流系数。

（4）湿地有效水深取h=0.4～0.6 m。

（5）水力负荷为1.0 m3/（m2·d）。

计算得到湿地面积为：S=V/h。

4.1.5 人工湿地位置及数量

（1）位置：一般设置在水系岸边景观水体、湖区周边及绿化带内，经过湿地净化雨水可安全排入河道及景观湖中补水。

（2）数量：根据具体地块面积、地形而定。

4.2 小区雨水利用规划

北方地区建筑面积大于2.5万m2的建筑小区，宜设置屋面雨水收集系统及小区雨水利用设施。

4.2.1 屋顶集雨系统

屋面雨水的利用以单体建筑物为单位，采取就地收集、就地处理、就地利用的原则。屋面雨水经过收集系统初期弃流、沉淀、过滤后进入储水罐,然后回用于小区的市政杂用。初期弃流进入市政雨水收集系统。

根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》规定以两年一遇日降雨量确定系统蓄水体积，根据公式：

式（2）中：Chy为两年一遇日降雨量，m；F为地块屋面的总面积2 663.5 m2；Ψ为屋面雨量径流系数，取0.95；W为蓄水体积，m3。

4.2.2 绿色屋顶

应积极推广绿色屋顶的应用。绿化屋面以绿色植物为主要覆盖物，配以植物生存所需要的营养土层、蓄水层以及屋面所需要的植物根阻拦层、排水层、防水层等所共同组成的整个屋面系统。它是改善城市生态环璄、调节小气候、减少径流、净化空气、降低室温、丰富城市景观的一项重要措施。

4.2.3 雨水花园

雨水花园等生物滞蓄设施是指利用浅的洼地（深约3～45 cm），种植当地的喜水植物，通过吸附、渗透和过滤等原理，对降落在不透水表面，如屋顶、车道、巷弄或街道等的雨水进行控制，削减其产生的雨水径流，改善雨水水质，尽量减少其对受纳水体的负面影响。

4.2.4 植被浅沟

植被浅沟是指在地表沟渠中种有植被的一种工程性措施，该技术主要功能是用重力流收集雨水并通过植被截流和土壤过滤处理雨水径流。

植被浅沟可以用作收集、输送雨水的生态措施，能够增强雨水下渗，降低流速，有利于污染的沉淀去除，并且浅沟内的植被能够吸附降解污染物，同时节约管道建设费用。

4.2.5 渗透铺装

渗透铺装有两种:一种是材料本身具有渗透性能，如透水混凝土、透水砖等；另一类是采用透水的制作与铺装形式，使铺面能够透水，如草坪砖、碎石卵石铺面等。这些铺面完全能够取代传统的不透水铺面，而成本并不高。透水铺装能够有效促进雨水入渗，减少了对硬化铺装区的冲刷，污染物流失量得到控制。

4.3 市政道路、广场、停车场雨水利用规划

雨水的收集与利用方式呈多样化，技术经济分析显示，雨水渗透、滞蓄方案设计简单、可操作性强、效果显著。

4.3.1 雨水收集

道路雨水的收集应利用道路绿化带，使之成为道路径流渗透与污染物截流的第一道屏障。绿化带高程控制在道路高程以下100 mm，可设计为低式绿地或植被浅沟。道路雨水通过径流流入两侧的绿化带内，通过设置在绿地内的雨水口收集后由雨水管道输送至雨水泵站。雨水口设置截污挂篮，以截留大的悬浮物。

道路人行道、广场、停车场可采用铺设渗透路面，入草坪砖、透水砖等，达到将雨水入渗地下的目的。部分雨水通过透水路面渗透到地下，可以对地下水起到补给作用。另外，具有一定吸附性的土石料可以对雨水中所含的污染物等杂质起到一定的吸附作用。由于本地区土质有湿陷性黄土层，要求渗透路面所渗透的雨水量较小，此种渗透方案可作为雨水利用的辅助方案，建议可在沿北川河等主要河道两岸区域及景观水体周边公园广场做实验段，因为河道水体周边土质较好，渗透雨水可以作为补水利用,根据实际效果进行推广。

4.3.2 雨水净化

雨水径流可能包含有种类很多的污染物，这些污染物可以分为以下几大类：悬浮固体、好氧物质、重金属、富营养化物质、细菌和病毒、油脂类物质、酸类物质、有毒有机物和腐殖质。国内外检测数据显示，机动车道的雨水径流含有较高浓度的污染物质,可以说，城市初期雨水中所含的污染物质，大部分来自机动车道的雨水径流。

研究表明：机动车道径流中主要的污染物成分为悬浮固体（SS）、COD、BOD、重金属 Pt、Cr、Cu、Ni等以及多环芳烃（PAHs）、油和脂等。

机动车道雨水径流污染物进入水体后对水体水质的影响很大，导致水体的物理、化学性质和微生物特性发生变化，甚至成为影响水质的主导因素，一些有毒有机物如PAHs及重金属会对水生生态系统产生严重的影响，并可能产生潜在的二次污染等。因此，解决机动车道雨水径流污染，尤其是初期雨水径流污染对水环境具有重要意义。

道路、广场、停车场的雨水净化措施有：

（1）绿地系统净化雨水

充分利用绿地系统的净化和过滤作用对雨水进行净化，同时雨水口设置截污挂篮。

（2）人工湿地净化雨水

通过建设人工湿地，使初期雨水在人工湿地内得到净化处理。人工湿地内水生植物的类型也是多种多样，一般以挺水植物为主。目前研究、运用较多的水生植物有芦苇、灯心草、宽叶香蒲、英白、浮萍、美人蕉、红枫、风眼莲、茬芝、席草、大米草、水葫芦、水花生等类型，最为常用的是芦苇，插植密度为1～3株/m2。研究表明，不同的植物类型对不同的污染物质也具有一定的针对性。如英白、芦苇对N、P污染物有较好的去除作用，宽叶香蒲对Pb、Zn、Cd等重金属有较好的去除作用，植物的选取还要参考成活率(当地的植物类型成活率高)、经济价值、衍生的微生物种群等方面。

（3）污水处理厂净化雨水

设置初期雨水储水池也是解决初期雨水污染的措施之一，储水池可设置在北川河等主要河道沿岸绿地内，储水池中的初期雨水可在污水排放低峰期通过池中的污水泵排放至污水处理厂处理，达标后排放。

4.3.3 雨水储存

雨水的综合存蓄系统可利用公共广场、绿地、公共停车场等，并结合周围的条件进行适当的下凹，以利于滞留、调蓄，以达到市政雨水汇流的洪峰交错，降低雨水排出口的过流量，快速排出局部雨水，同时也达到了储存雨水的目的；也可以在这些区域适当选择做地下储水池，通过简单的处理即可就近回用为城市绿化用水。地下储水池应配套建有一套雨水净化设施。