城市雨水收集利用的技术进展及在我国的应用前景

杨 硕，代 政，刘春光

(1.天津经济技术开发区南港规划建设服务中心 天津 300457；2.南开大学环境科学与工程学院 天津 300071)

0 引 言

我国人口基数大，用水量巨大，缺水问题十分突出。因此，为城市开发新的水资源已成为很多缺水型城市缓解缺水问题的重要出路。遗憾的是，我国绝大多数城市建设过程中很少考虑到对雨水的收集利用。城市建筑的表面大都采用了不透水的材料，一方面导致雨水不能渗入补充地下水，容易引发地面下沉、海水入侵等问题；另一方面，雨水的快速汇聚容易导致地面积水和城市内涝。[1-2]雨水得不到收集，既浪费了资源，也增加了市政管网的负担，甚至导致严重的水污染。

为了解决城市缺水和过量雨水带来的环境问题，从 20世纪 70年代，世界各国就开始重视开发利用城市雨水资源。[1,3]美国在20世纪80年代初对所有新开发区强制实行“就地滞洪蓄水”，在停车场采用嵌草路面，在道路沿线两侧设置地下蓄水层；[2,4]德国修建了大量雨水池，利用天然地形地貌及人工设施收集、处理、利用雨水，并形成了配套的法律法规；[2]澳大利亚政府出台了相关政策，为安装雨水回收利用装置的居民提供经济补贴。[5]

我国的雨水利用技术起步较晚，发展相对滞后。首先在农村地区，开展了陕西省“甘露”工程、宁夏南部“窑窖农业”等工程项目。[4]随后发展到城市，在天津、北京、上海等地也采用雨水收集利用系统，将雨水应用于绿化、景观、市政杂用。[6]同时还颁布了类似《雨水集蓄利用工程技术规范》(SL 267—2001)的政策法规。

1 雨水收集利用技术

1.1 雨水收集利用技术概述

1.1.1 雨水的传统收集

雨水传统收集分为屋面雨水收集和地面雨水收集。屋面雨水收集的工艺设计由收集池、屋面排水沟和落水管、初期弃流装置、调节池、过滤池、回灌池、输配水及排水管道构成。[7]地面雨水收集系统由收集池、初期弃流装置、调节池、过滤池、回灌池、输配水及排水管道构成。[1]

1.1.2 生态雨水的收集

传统雨水收集方法在前期建设和后期维护方面成本高，容易造成污染，影响美观。人们对雨水的收集设施进行了改进，兼顾其经济、社会、生态效益。

①景观湖。住宅区、公园、校园等区域都会建造景观湖和景观河道，对直接降雨进行容纳和储存，在洪汛期起到排洪、泄洪的作用。同时，景观湖周围的植被，可以缓解降水对地表的冲刷，也能通过吸收、吸附及微生物降解等作用，去除雨水中的有害物质，周边土壤可以增强地表的入渗作用，补充地下水。[8]②植草浅沟。在地表沟渠种植草本植物，一方面沟渠可以对雨水进行疏导，防止城市内涝；另一方面植物可以通过过滤、沉淀、吸收、降解等途径对雨水的污染物进行初步去除，这在绿化面积大、非透水性材料铺装的路面应用广泛。[9]③下凹式绿地。植被的标高普遍高于路面，导致降水难以通过植被下的土壤下渗。下凹式绿地有助于不透水路面的积水流入绿地，增加雨水的入渗量，同时，雨水经过颗粒物沉淀、植物吸附和微生物分解等作用，水质可以得到改善，减少了处理成本。[8]④透水路面和植草砖。在铺设路面时用半透水和弱透水材料取代不透水材料，可以增大地表对雨水的入渗作用，不仅可以补充地下水源，还能增加生活的舒适度，平衡生态系统。[8]

1.2 适合雨水回收利用的区域

1.2.1 住宅小区

住宅小区拥有众多的建筑群，屋顶表面都是采用不透水材料铺设，降雨时屋顶的积水会对建筑本身造成侵蚀；小区路面雨水汇聚后形成路面积水，给居民的生活造成不便，也会对小区的排水管网造成负担。如果将这些雨水收集利用，建造人工湖、人工湿地，或者家用浇花、冲厕，可以极大地节约水资源。

1.2.2 道路

道路具有硬化表面，有利于雨水的收集，但不利于雨水的储存、处理和使用。典型的路面雨水收集利用系统主要由集水储水系统以及传输、灌溉系统组成，其中集水储水系统主要是落水篦子和集水井，传输系统则是市政管网，灌溉系统由盲沟网络构成。路面积水汇流至雨水箅子，过滤后流入地下盲沟网络，雨水通过盲沟渗流对绿化带进行灌溉，雨量超过盲沟负载时，多余雨水溢流到雨水管网。[9]

1.2.3 公园、校园、各类园区

公园、校园及各类园区主要采取铺设生态型透水地面，修建下凹式绿地等手段，充分利用绿地、微地形等现有资源对雨水进行收集利用，使雨水通过入渗的方式补充地下水，既保证景观，又降低前期工程建设和后期养护费用。

1.2.4 工厂区

工厂区作为工业生产的发生区，污染物较多，在雨水回收利用时需要考虑工业生产中的污染物对雨水水质的破坏。以液化石油气厂为例，考虑到液化石油气在常温常压下比空气重，会向着低洼处运动，生产区的排水系统采取防止液化石油气排入其他地下管道或低洼部位的措施。[10]

1.2.5 大型场馆

体育馆等大型场馆拥有巨大的屋面面积，当降雨发生时会出现大面积的积水，会使建筑主体承受压力变大，也会造成腐蚀。因此，在大型体育场馆的配套设施中都有雨水收集系统，将雨水收集后处理回用。例如，上海旗忠森林国际网球中心的主赛场屋顶为水平旋转移动式的开合式屋盖，采用了开合式屋面雨水分步收集和排放的设计方案，将屋面雨水分为两部分串联收集和排放。[11]

1.3 回收雨水的应用

一般情况下，收集的雨水中含有的主要污染物质是悬浮物(SS)和化学需氧量(COD)，水质比较清洁，经过初期弃流之后，水质稳定，收集到的雨水经过沉淀、过滤、化学处理等步骤之后，根据不同的水质标准，可以回用于很多方面。

1.3.1 生活杂用水、工业用水

在生活和工业生产中，有很多地方的用水水质要求并不高。雨水污染并不严重，水质比较稳定，收集后经过简单处理可以回用为家庭、公共、工业的非饮用水，比如冲厕、洗涤、庭院浇灌，既节约了饮用水，又减轻了市政排水系统的负担。[12]

1.3.2 绿地灌溉

收集的雨水不但可以为植物补充所需要的水分，雨水中还溶解了空气中气态的氮、磷、硫等营养元素以及悬浮颗粒物吸附的金属元素、有机物等，可以为植物的生长提供必要的给养。雨水不但可以直接就地利用，还可以收集后用于集中灌溉。[12]

1.3.3 补充地表水

如今滨水景观的开发越来越热，水源的补充是一个亟待解决的问题，雨水在空间上分散，水质稳定，可以弥补再生水的不足。[12]同时，由于人口增多，水资源的浪费现象十分严重，近年来很多河流和湖泊水位下降甚至干涸，将城市中的雨水收集起来，对地表水体进行补充可以极大地缓解我国地表水资源急剧减少的问题。

1.3.4 回灌地下水

地下水的过度开采会造成降水漏斗不断扩大、含水层疏干、地面下沉、海水入侵、荒漠化和沙化等危害。[13]因此，在丰水期或洪汛期，收集多余的雨水，经过净化处理，对地下水进行合理的回灌，不但可以增加地下水的储量，还能减少地表径流，防洪排洪。[12]

2 结语与展望

2.1 存在问题

总结目前国内对雨水收集利用的实践经验，并与国外已经开展的研究进行对比，我国的城市雨水回收利用在系统管理和具体工艺设施上还存在一些问题。[14-15]

2.1.1 系统管理

只有一些基本法规，尚无相关的政策支持；回收水质没有专门标准，技术规范尚未系统化建立；对地域性的水文条件调查不足，没有完全掌握气候状况、地表径流特征和污染状况，没有针对特定地区的特定方法；城市雨水收集利用设施尚未列入城市规划，设施布局不合理，间接造成了浪费。

2.1.2 工艺设施

已有的雨水收集池中没有水质监测设备，无法对收集到的雨水进行实时监测；雨水回收利用系统工程建设没有因地制宜，造成成本增加和资源的浪费；工艺设施投入大，后期维修维护的潜在成本较高；处理雨水时积累的污染物的处理没有成熟的体系，也间接增加了成本。

2.2 前景分析

随着人们对水资源的需求越来越大，雨水资源将会成为未来水资源中重要的组成部分，并作为第二水源应用于生活中。虽然目前限于技术的发展，回收雨水只能应用于水质要求低的场所，[16]但当水处理技术发展到一定程度，雨水资源甚至可以取代地下水源，从而极大地改善地下水短缺的现状。在多雨地区，降水会给城市居民生活造成很大的不便，雨水回收利用技术也是城市雨水管理的一个重要手段。[17]

目前我国水资源短缺，而且水资源的需求量大，雨水的收集利用技术可以极大地缓解市政用水、灌溉用水等对水资源的消耗，还能减少城市内涝、生态平衡破坏等环境问题。国内外对雨水回收利用的实践都证明了雨水资源的巨大价值，并且在生产实践中逐渐探索出成熟的雨水收集利用体系。在雨水收集利用技术发展的过程中，国家也不断出台相应的政策对雨水收集利用提供支持，制定出法律法规，使雨水回收利用有章可循、有法可依。■

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