城市雨水的收集與利用

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前言：

　　雨水的收集和利用并非是新鮮事，我國(guó)早在秦漢時(shí)期就有修建池塘攔蓄雨水用于生活的記錄，而西北地區(qū)水窖的修筑已有幾百年的歷史。國(guó)外收集利用雨水的記錄也不乏其例。而真正現(xiàn)代意義上的雨水收集利用尤其是城市雨水的收集利用是從20世紀(jì)80年代到90年代約20年時(shí)間里發(fā)展起來。隨著城市化的進(jìn)一步加速，城市缺水的矛盾也進(jìn)一步加深，環(huán)境與生態(tài)問題也同步擴(kuò)展。為了解決缺水、環(huán)境、生態(tài)等一聯(lián)串的矛盾，人們把注意力放到雨水的收集和利用。這一課題正好是解決了缺水、環(huán)境、生態(tài)這一聯(lián)串的問題。國(guó)外對(duì)這一課題的研究起步較早，國(guó)內(nèi)城市收集利用雨水起步較早的首推北京，而上海在收集利用雨水的問題上并沒有引起足夠的重視，原因是上海盡管水的質(zhì)量不好但并不缺水。然而雨水的收集和利用解決的并不僅僅是水的問題，它還可以減輕諸如上海地區(qū)日顯巨大的自來水的供水壓力、路面積水等問題。對(duì)水土流失、河水污染等問題也有一定的緩解作用。

　　一、為什么要收集利用雨水

　　為了回答這個(gè)問題，筆者收集了一組南橋地區(qū)的有關(guān)數(shù)據(jù)：

　　2004年南橋地區(qū)的高峰用水量為13萬噸/日，而目前第三水廠的制水能力為10萬噸/日，由于輸水管道的管經(jīng)達(dá)不到要求，實(shí)際輸水能力僅為8.5萬噸/日左右。為了添補(bǔ)用水高峰的缺口，不得不啟用老水廠救急。在這本來就很緊張的用水環(huán)境中，又增加了綠化用水10萬噸/月，道路沖洗用水7萬噸/月。（洗車用水還沒統(tǒng)計(jì)在內(nèi)）。

　　從中不難看出，南橋地區(qū)的自來水供應(yīng)已難以同步跟上城市化發(fā)展的步伐。

　　城市的澆灌綠化、沖洗馬路等公益用水及洗車等新興的用水行業(yè)又進(jìn)一步加重了自來水供應(yīng)的負(fù)擔(dān)?？墒敲磕甑谋┯昙竟?jié)，泛濫的雨水又給城市排水造成了極大的困難。而雨水的收集和利用正好解決了這一給城市建設(shè)帶來的兩大難題。

　　雨水的收集和利用可以為我們帶來許多的好處，我們可以把收集來的雨水用于日常生活，如洗衣洗車、沖洗廁所。當(dāng)然澆灌綠化、沖洗馬路、消防滅火等等更是雨水利用的大戶。

　　雨水的收集和利用還可以減少城市街道雨水徑流量，減輕城市排水的壓力，同時(shí)有效降低雨污合流，減輕污水處理的壓力。

　　有此可見，我們有必要把雨水收集起來并加以利用。

　　二、收集雨水的可行性分析

　　雨水收集和利用的目的明確了，接下來我們就要分析本地區(qū)能不能收集雨水？為了研討這個(gè)問題，筆者又收集了這樣一組南橋地區(qū)的有關(guān)數(shù)據(jù)：

　　據(jù)奉賢水文站40年的實(shí)測(cè)雨量統(tǒng)計(jì)，南橋地區(qū)常年平均雨量為1111.6毫米，每年的4—9月的平均雨量都在100毫米以上。

　　雨水充沛是本地一個(gè)顯著的氣候特征，這是我們能不能收集雨水的一個(gè)先決條件。此外，我們要考慮的第二個(gè)問題是，到那里去收集雨水？這是一個(gè)很簡(jiǎn)單的問題。屋頂是一個(gè)最好雨水收集點(diǎn)，馬路、廣場(chǎng)、操場(chǎng)、綠地等等都是收集雨水的好地方。由此可見，本地區(qū)有足夠的雨水，有足夠的雨水收集場(chǎng)所，收集雨水是可行的。

　　國(guó)外已有許多雨水收集利用的成功范例。

　　日本最早實(shí)施“雨水利用”工程。東京都墨田區(qū)把降到各家屋頂?shù)挠晁ㄟ^導(dǎo)水管收集到水箱中，然后用于沖廁所、澆庭園和洗車等。這項(xiàng)和居民合作來普及雨水利用的工程，獲得了國(guó)際環(huán)境自治團(tuán)休協(xié)商會(huì)的第一屆環(huán)境獎(jiǎng)。目前，越來越多的日本地方政府響應(yīng)在首都中心建立“微型水庫”的號(hào)召，對(duì)些項(xiàng)費(fèi)用提供補(bǔ)助，已先后在國(guó)技館、日本電視臺(tái)和上智大學(xué)圖書館等1000多個(gè)場(chǎng)所建立了微型水庫。這對(duì)防止排水不及而造成的城市道路積水也起到了有益的作用。

　　德國(guó)Ludwigshafen已經(jīng)運(yùn)行十年的公共汽車洗車工程利用1000㎡屋面雨水作為主要的沖洗水源；法蘭克福Possmann蘋果軋汁廠將綠色屋面雨水作為冷卻循環(huán)水源等等

　　特別是1992年建于柏林市的某小區(qū)雨水收集利用工程，將160棟建筑物的屋頂雨水通過收集系統(tǒng)進(jìn)入三個(gè)容積為650m3的貯水池中，主要用于澆灌，將溢流雨水和綠地、步行道匯集的雨水進(jìn)入一個(gè)仿自然水道，水道用砂和碎石鋪設(shè)，并種有多種植物。之后進(jìn)入一個(gè)面積為1000㎡、容積為1500m3的水塘（最大深度3m）。水塘中以蘆葦為主的多種水生植物，同時(shí)利用太陽能和風(fēng)能使雨水在水道和水塘間循環(huán)，連續(xù)凈化，保持水塘內(nèi)水清見底，形成植物魚類等生物共存的生態(tài)系統(tǒng)。遇暴雨時(shí)多余的水通過滲透系統(tǒng)回灌地下，整個(gè)小區(qū)基本實(shí)現(xiàn)雨水零排放。

　　柏林Potsdamer廣場(chǎng)Daimlerchrysler區(qū)域城市水體工程也是雨水生態(tài)系統(tǒng)成功范例。該區(qū)域年產(chǎn)雨水徑流量2.3萬m3。采取的主要措施：建有綠色屋頂4ha；雨水貯存池3500m3，主要用于沖廁和澆灌綠地（包括屋頂花園）；建有人工湖12ha，人工濕地1900㎡，雨水先收集進(jìn)入貯存池，在貯存池中，較大顆粒的污染物經(jīng)沉淀去除，然后用泵將水送至人工濕地和人工水體。通過水體基層、水生植物和微生物等進(jìn)一步凈化雨水。此外，還建有自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)磷、氮等主要水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)和控制。使該水系統(tǒng)達(dá)到一種良性循環(huán)，野鴨、水鳥、魚類等動(dòng)植物依水棲息，使建筑、生物、水等元素達(dá)到自然的和諧與統(tǒng)一。

　　三、怎么樣收集利用雨水

　　收集雨水首先要有一個(gè)集水面，再配一套輸水管，最后是蓄水池。收集雨水的系統(tǒng)并不復(fù)雜，投入最大的是蓄水池，其次是輸水管。就目前的條件而言，收集屋頂?shù)挠晁?，集水面也有，輸水管也有，缺的只是蓄水池。而建蓄水池也并不是一件很?fù)雜的事，只要在每棟房前的花園或綠地底下建一個(gè)蓄水池，上面留一供取水和清掃池底垃圾的口，頂上復(fù)蓋土并種上綠化。這樣的蓄水池還可以和人防建筑相結(jié)合，一方面滿足了人防的建設(shè)指標(biāo)，另一方面又增加了一條收集利用雨水的投資渠道。

　　高速公路同樣也是一個(gè)收集利用雨水的好場(chǎng)所。我區(qū)現(xiàn)有的兩條高速公路就是一個(gè)很好的實(shí)例。

　　現(xiàn)有的高速公路路幅為24米，A4高速公路全長(zhǎng)為23832米，集水面積為857952平方米。A30高速公路全長(zhǎng)為39612米，集水面積為950688平方米。兩路共計(jì)集水面積為1808640平方米。以六月份0.154米的平均雨量為參考數(shù)據(jù)，兩條高速公路的集水量可達(dá)278530.56立方米?？紤]到路面收集雨水的損耗，以85%計(jì)，兩條高速公路可收集到雨水還有236750.976立方米。換言之，就一個(gè)月兩條高速公路可收集到雨水23.6750萬噸。

　　只要在高速公路的邊上每隔一定的距離建一蓄水池，再把各個(gè)蓄水池串聯(lián)起來，把一個(gè)個(gè)分散的小蓄水池變成一個(gè)統(tǒng)一的蓄水系統(tǒng)，結(jié)合高速公路的綠化帶的用水，這樣就可以方便的收集和取用雨水。

　　四、雨水利用的水質(zhì)控制

　　用以上方法收集來的雨水并非是純凈的水。雨水水質(zhì)控制是現(xiàn)代城市雨水利用不可忽視的問題。影響雨水質(zhì)量的原因主要有這么幾個(gè)方面：

　　一是由于大氣的污染，直接由降水帶來的污染物。城市的大氣污染日趨嚴(yán)重，致使雨水水質(zhì)下降，不少城市出現(xiàn)酸雨。從部分城市降雨水質(zhì)分析結(jié)果看，天然雨水中含有的污染成分為SS、COD、硫化物，氮氧化物等，但濃度相對(duì)較低。

　　其次是屋面材料的影響和在非降雨期屋面上積累的大氣沉降物。

　　路面雨水徑流水質(zhì)和影響因素相對(duì)其他方面的污染要復(fù)雜的多。路面材料、汽車排泄物，生活垃圾、裸露或植被地帶沖出的泥沙等等，其成分復(fù)雜，隨機(jī)性很大。主要污染成分有COD、SS、油類、表面活性劑、重金屬及其它無機(jī)鹽類。COD、SS均可能高達(dá)數(shù)千毫克/升。

　　為了有效控制雨水的水質(zhì)，我們就必須采取一些措施，如；路面雨水截污裝置、初期雨水棄流裝置等等。

　　為了控制路面帶來的樹葉、垃圾、油類和懸浮固體等污染物，可以在雨水口和雨水井設(shè)置截污掛籃和專用編織袋等，或設(shè)計(jì)專門的浮渣隔離、沉淀截污井。

　　也可設(shè)計(jì)綠地緩沖帶來截留凈化路面徑流污染物，但必須考慮對(duì)地下水的潛在威脅，限用于污染較輕的徑流，如生活小區(qū)、公園的路面雨水。

　　設(shè)計(jì)特殊裝置分離污染較重的初期徑流，保護(hù)后續(xù)滲透設(shè)施和收集利用系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　　除了上述源頭控制措施外，還可以在徑流的輸送途中或終端采用雨水滯留沉淀、過濾、吸附、穩(wěn)定塘及人工濕地等處理技術(shù)。需要注意雨水的水質(zhì)特性，如顆粒分布與沉淀性能、水質(zhì)與流量的變化、污染物種類和含量等。

　　我國(guó)對(duì)城市雨水水質(zhì)特性和相應(yīng)的處理技術(shù)的研究尚處于初級(jí)階段，沒有相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和要求。隨著城市雨水利用技術(shù)的推廣和城市非點(diǎn)源污染控制的開展，雨水的凈化處理也將受到越來越多的重視。

　　結(jié)語

　　現(xiàn)代城市雨水利用是一項(xiàng)涉及多學(xué)科的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在選擇雨水利用系統(tǒng)方案時(shí)，要特別注意地域及現(xiàn)場(chǎng)各種條件的差異。即使在同一個(gè)城市，由于項(xiàng)目間各種因素和條件的不同，宜采用的方案也可能完全不同，切勿生搬硬套。

　　規(guī)劃設(shè)計(jì)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的氣候及降雨、水文地質(zhì)、水環(huán)境、水資源、雨水水質(zhì)、給水排水系統(tǒng)、建筑、園林道路、地形地貌、高程、水景、地下構(gòu)筑物和總體規(guī)劃等各種條件，充分考慮收集利用和各種滲透設(shè)施的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件，通過水量平衡、水力計(jì)算和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析來確定方案，力求最佳效果。