国内外雨水利用现状

毛 健

(同济大学 环境科学与工程学院 污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海 200092)

淡水资源匮乏已经成为制约城市化发展的重要因素，如何实现淡水资源的开源节流已经成为迫在眉睫的问题。跨入20世纪以来，我国城市化水平随着经济的发展不断提高，城镇化率由2000年底的36.22%提升为2018年底的59.58%；与此同时，城市化对淡水资源的需求量也进一步加大，供水总量由2000年的5530.7亿m3提升为2018年的6015.5亿m3。城市化作为经济社会发展的产物，见证了社会文明的进步，但在城市快速扩张过程中也暴露了不少矛盾，带来了诸多因水而生的问题。径流污染、城市内涝、热岛效应和水质型缺水等问题伴随城市化的进程时有发生[1-3]。

针对水资源短缺的问题，目前世界各国都将雨水收集利用作为主要突破口之一。雨水作为一种相对丰富的淡水资源，相较于城市污水和建筑中水，其水质条件更为良好，处理成本也更为低廉，经过适当处理后即可满足生活杂用和工业应用，深度消毒后也可作为饮用水源补充用水。如果能将“过剩”雨水加以收集利用，不仅能缓解淡水资源短缺的问题，更能够减轻城市防洪排涝的安全压力，降低城市径流污染和面源污染的危害，最终实现雨水资源的合理利用，变害为利，对于海绵城市建设也大有裨益。雨水相对清洁、低成本、易收集、易蓄集的特性使得雨水的收集利用具有广阔的应用前景。

1 城市雨水利用技术类型

1.1 雨水直接利用技术

雨水直接利用技术指利用屋面、道路、广场、停车场等不透水区域作为集水面收集雨水，收集的雨水经适度的处理后用于冲厕、绿化、洗涤、消防和景观等非饮用水的补充水源，从而减少市政供水的使用，改善地表径流污染。由于降雨存在时空分布的差异性，雨水无法满足作为独立水源的条件，往往需要和其他水源互相补充。雨水直接利用系统一般包括收集、弃流、输送、处理、储存以及配水等几个部分。根据《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920-2002)标准和回用水目的对雨水进行适度处理，确保回用雨水安全的前提下降低运行成本。城市杂用水水质主要基本控制项目及限值见表1。

表1 城市杂用水水质主要基本控制项目及限值

1.2 雨水间接利用技术

雨水间接利用技术主要利用装路面、渗透井、绿地、湿地等人工或自然渗透面，结合物理过滤和生物净化去除污染物，从而延长径流时间，减缓径流流速，回灌地下水，改善地下水超采和地面下陷的问题，最终修复自然水系循环过程。孙丹淼等[4]利用中粗砂和沸石改良上海浦东某已建居住社区绿地渗透性，改良后土壤渗透性显著提高，具备良好的截留和净化污染物能力，可为缓解城市雨水径流污染，改良城市绿地土壤渗透性提供借鉴。汪艳宁等[5]研究植被渗透浅沟对城市暴雨径流的调蓄效应，结果表明植被渗透浅沟能起到延缓和削减洪峰、加强城市排水安全保障的重要作用。

1.3 雨水综合利用技术

雨水综合利用涉及雨水下渗、调蓄、回用和环境保护等方面，需要根据用水目的有选择性的选择雨水直接和间接利用，这种技术更加安全、可靠，是雨水综合利用的最高水平。雨水综合利用是指降雨初期尽可能使得雨水储存在土壤涵养层，土壤涵养层的雨水一部分被植物根系吸收，维持土壤含水率，一部分补充地下水，促进自然水循环，防止地面沉降；待土壤涵养层含水率趋于饱和后，后续降雨可能会造成溢流或径流污染，此时根据城市用水需要或储水能力集蓄雨水，对于过量雨水，利用城市雨水管网排放[6]，示意图见图1。何强等[7]利用绿色建筑小区雨水资源化综合利用技术，集成优化小区雨水收集、渗透、处理、回用系统，具备管理方便、成本低廉的特点。

图1 雨水综合利用示意图[7]

Fig.1 Comprehensive utilization of rainwater

2 国内外雨水工程

2.1 德国雨水利用工程

德国自1989年制定了《雨水利用设施标准》后，雨水利用步入标准化、产业化并逐步向集成化、综合化发展，建成了众多的雨水利用工程。德国城市雨水利用技术主要包括：屋面雨水利用、雨水屋顶花园利用系统、雨水截污与渗透系统、生态小区雨水利用系统[8]。屋面雨水集蓄主要布置于家庭单体分散式系统或者建筑群集中系统，可用于家庭、公共或工业的非饮用水源。屋面雨水集蓄系统主要由集雨区(屋顶)、输水系统、截污净化系统(如过滤)、储存系统(地下水池或水箱)以及配水系统等几部分组成，当降雨量较多时“多余”雨水利用渗透系统排放。法兰克福Possmann苹果轧汁厂和Ludwigshafen公共汽车洗车工程均回收利用屋面雨水作为工业用水补充水源。

德国针对成规模的小区采用雨水回用与景观结合的方式综合利用雨水。德国汉诺威Kronsberg小区利用雨水用作灌溉和环境用水，在雨水供应不足时补充市政用水，小区采用绿地、入渗沟、洼地以及透水人行道等多种措施节蓄雨水。此外，德国在商业开发区将雨水资源与城市开发、生态环境建设有机结合，实现了环境、经济、社会、效益的有机统一。柏林Potsdamer广场工程建有屋顶花园、雨水储存池、人工湿地，利用植物和土壤净化雨水，将雨水作为城市景观水体的一部分。慕尼黑国际展览中心地下设有雨水蓄水池，暴雨季节将“多余”雨水输送至人工湖，经处理后雨水下渗补充地下水，实现水系的自然循环[8-10]。

2.2 美国雨水利用工程

美国的雨水利用常以提高天然入渗能力为目的，在多个城市建立了屋面雨水回用设施和地表回灌系统。2005年美国乔治亚州坎通市的万人工厂停车场生态设计项目运用雨水花园的理念，利用地形分散引导雨水进入周围湿地，发挥了雨水的生态和景观效益。2006年美国俄勒冈州波特兰市的西南第12大道绿街工程，将街道人行区的部分种植区改造为雨水花园，设计雨水收集池作为种植池，削减了雨水径流污染的同时营造了极具美感的生态景观。2007年美国俄勒冈州波特兰市的塔博尔山中学雨水花园项目，将旧有的停车场庭院改造为雨水花园，有效收集了地表径流，改善局部气候[11]。

2.3 日本雨水利用工程

日本水资源匮乏，政府除鼓励提高水利用率和使用循环水，也一直在开辟获取新的水资源，雨水作为一种可补充水源，因水质优良、获取便捷、成本低廉获得了极大的关注。20世纪60年代，日本开始利用洼地和地面渗透系统收集雨水，兴建蓄洪池储存雨水，将雨水用于路面喷洒和绿地灌溉。1980年日本建设省开始推行雨水贮留渗透计划，利用下渗雨水补充地下水，改善自然水系循环。在公园、绿地、庭院、停车场、建筑物、运动场和道路等场所设置渗透设施如：透池、渗透管、渗透井、透水性铺盖、浸透侧沟、调节池和绿地等。基于此背景，日本建设了一批雨水利用工程。日本东京江东区文化中心的雨水设施集雨能力占其年用水量的45%；东京都两国国技馆雨水贮槽容量为为1000 t，雨水使用约占总用水量的33%；大阪道顿崛利用雨水调蓄隧道储存25个合流制排水口的溢流雨水；此外，日本甚至将雨水作为商品出口阿拉伯国家，实现了一定的经济效益[12-14]。

2.4 我国雨水利用工程

我国的城市雨水收集利用在我国起步较晚，自20世纪80年代起陆续开展雨水收集利用的研究与实践，多应用于干旱缺水地区的小型、非标准局部应用。甘肃“121”雨水集流工程、内蒙古“112集雨节水灌溉工程”、宁夏“小水窖工程”、陕西“甘露工程”、山东长岛县和浙江舟山市局部雨水收集利用工程相继展开[15-16]。步入21世纪后，我国城市雨水利用进程明显加快，雨水收集利用水平逐步提高，北京、上海、西安等城市陆续实施了一批雨水收集利用工程。2008年北京奥运会期间，北京市除建成奥林匹克公园中心区的雨水收集利用系统，在各奥运场馆及人行道、广场、庭院、广场广泛应用透水砖，减少了地表径流和污染，补充了地下水源。为恢复恢复“八水绕长安”盛景，西安市政府近年来积极支持雨水收集利用示范项目建设，2016年户县玉立芳华幼儿园新建雨水收集利用工程，经简单处理后，可用于绿化灌溉、景观喷泉等，实现水资源的节约利用和优化配置。上海市先后在国家会展中心展厅(上海)和上海中心大厦利用虹吸式雨水系统收集利用雨水；上海世博园核心区域采用了雨水回收利用系统，利用屋顶绿化、浅层地下雨水蓄渗、低势绿地、渗透沥青路面与广场等措施集蓄和下渗雨水[17-20]。

3 结语

雨水作为一种清洁的淡水资源，获取便捷、价格低廉，对于缓解城市水资源危机，城市内涝和城市径流污染十分重要，因而在国内外得到了广泛应用。相较于国外，我国的雨水管理法规和雨水利用工程起步较晚。近年来，以北京、上海为代表的国内城市陆续开展雨水收集利用工程，取得了显著成果。各部委及地方政府也有针对性地出台了一系列雨水管理法规，对于雨水收集利用甚至海绵城市建设都十分有帮助。