雨洪利用技術(shù)在住宅小區(qū)中的實(shí)踐

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前言

　　雨洪利用是解決城市缺水和防洪問題的一項(xiàng)重要措施。雨洪利用就是把從自然或人工集雨面流出的雨水進(jìn)行收集、集中和儲(chǔ)存，是從水文循環(huán)中獲取水為人類所用的一種方法。

　　雨水利用將會(huì)為解決未來(lái)水資源的短缺問題做出重要貢獻(xiàn)。現(xiàn)有水資源利用方法有兩個(gè)，一是收集雨水用于人畜飲用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；另一種就是進(jìn)行城市中的雨水集蓄。水資源更有效地收集利用，是解決當(dāng)前各大城市缺水最佳的方法。北京市從2003年就制定并執(zhí)行了《關(guān)于加強(qiáng)建設(shè)工程用地內(nèi)雨水資源利用的暫行規(guī)定》，要求以后所有新建、改建、擴(kuò)建工程均應(yīng)加入雨水利用工程的建設(shè)，否則有關(guān)部門將不予驗(yàn)收。

　　建筑工程的雨水利用和收集有三種方式：如果建筑物屋頂硬化，雨水應(yīng)該集中引入綠地、透水路面，或引入儲(chǔ)水設(shè)施蓄存；如果是地面硬化的庭院、廣場(chǎng)、人行道等，應(yīng)該首先選用透水材料鋪裝，或建設(shè)匯流設(shè)施將雨水引入透水區(qū)域或儲(chǔ)水設(shè)施；如果地面是城市主干道等基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)該結(jié)合沿線綠化灌溉建設(shè)雨水利用設(shè)施。此外，居民小區(qū)也將安裝簡(jiǎn)單的雨水收集和利用設(shè)施，雨水通過這些設(shè)施收集到一起，經(jīng)過簡(jiǎn)單的過濾處理，就可以用來(lái)建設(shè)觀賞水景、澆灌小區(qū)內(nèi)綠地、沖刷路面，或供小區(qū)居民洗車和沖馬桶，這樣不但節(jié)約了大量自來(lái)水，還可以為居民節(jié)省大量水費(fèi)。

　　在近日《北京城市總體規(guī)劃（2004-2020年）》的描述，市政系統(tǒng)的中水將成重要水源，到2020年，中心城和新城區(qū)的雨水管道覆蓋率達(dá)90%以上，完善污水處理設(shè)施和回收系統(tǒng)，建立中水回用系統(tǒng)，使中水成為城市綠化、道路澆水、生活雜用和工業(yè)冷卻等主要水源。

　　所以說在居民小區(qū)應(yīng)用這些技術(shù)既增加了水資源的可利用率，又為緩解世界水資源的緊缺做出一定的貢獻(xiàn)。

　　一、雨洪利用技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的意義及必要性

　　我國(guó)是個(gè)缺水的國(guó)家，人均水資源量為2300立方米僅占世界人均的1/4，到本世紀(jì)末將降到1750立方米。干旱缺水與洪澇災(zāi)害和水環(huán)境惡化一起成為了新世紀(jì)我國(guó)面臨的三大水問題，并較大程度地制約了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市規(guī)模和數(shù)量迅速擴(kuò)大，水資源短缺的局面也日趨嚴(yán)峻，有近400座城市缺水或嚴(yán)重缺水。與此同時(shí)，城市化也帶來(lái)了環(huán)境污染、洪澇災(zāi)害等一系列問題。特別是不透水地表鋪砌面積的不斷擴(kuò)大和建筑密度的提高，使地面徑流形成時(shí)間縮短，峰值流量不斷加大，排水系統(tǒng)的雨季流量大量增加，產(chǎn)生洪澇災(zāi)害的機(jī)會(huì)增加、危害加劇。同時(shí)，城市雨洪也是城市水體的一種污染源。據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，在一些污水點(diǎn)源得到二級(jí)處理的城市水體中，BOD5（生物氧化量）負(fù)荷約有40%～80%來(lái)自于降雨產(chǎn)生的徑流。在全國(guó)523條河流中，有436條受到不同程度的污染，其中流經(jīng)城市的河段90%受到污染。七大水系中除長(zhǎng)江外，其它六大水系流域40～70%的水質(zhì)降到4、5類，流經(jīng)城市的河段水質(zhì)更加惡化。全國(guó)有2400公里的河流魚蝦絕跡，平原湖泊80%受到污染，其中26％富營(yíng)養(yǎng)化，淺層地下水也有不同程度的污染，致使不少重點(diǎn)城鎮(zhèn)飲用達(dá)不到飲用標(biāo)準(zhǔn)的水。盡管一些城市為解決這些水問題，采取了調(diào)水等措施，但還是沒有從根本上解決問題。

　　雨洪利用作為開源和節(jié)流并舉的一項(xiàng)措施，是緩解或解決上述水問題的一項(xiàng)重要措施，它具有節(jié)水、防洪、生態(tài)環(huán)境三個(gè)方面的效益。要推廣雨洪利用技術(shù)，必須有系列化的成套設(shè)備。國(guó)外已經(jīng)有許多成套的相關(guān)設(shè)備，并在全球范圍推廣使用。我國(guó)近些年通過研究已經(jīng)取得了一些成果，形成了一些較成熟的技術(shù)，但設(shè)備方面還沒有專業(yè)的生產(chǎn)廠家。急需結(jié)合有關(guān)研究和示范成果，加快雨洪利用技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

　　二、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

　　目前世界上很多國(guó)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了雨洪的利用價(jià)值，采用各種技術(shù)、設(shè)備和措施對(duì)雨洪進(jìn)行利用、控制和管理。美國(guó)、加拿大、意大利、德國(guó)、法國(guó)、墨西哥、印度、土耳其、以色列、日本、泰國(guó)、蘇丹、也門、澳大利亞等五大洲約40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)開展了不同規(guī)模的雨洪利用與管理的研究和應(yīng)用。美國(guó)的克羅拉多州（1974年）、佛羅里達(dá)州（1974年）、賓西法尼亞州（1978年）和弗吉尼亞州（1999）分別制定了雨洪管理?xiàng)l例。許多國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)出臺(tái)了相應(yīng)的技術(shù)手冊(cè)、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。如美國(guó)STAFFORD郡的《雨水管理設(shè)計(jì)手冊(cè)》、佐治亞州的《雨水管理手冊(cè)》、北卡羅萊納州《雨水設(shè)計(jì)手冊(cè)》、弗吉尼亞州的《弗吉尼亞雨水管理模式條例》、Hall郡與Gainesville市的《雨水管理手冊(cè)》（1999）、Portland“s市的《雨水管理手冊(cè)》（2002）等。德國(guó)污水聯(lián)合會(huì)（ATV）和1995年成立的雨水利用專業(yè)協(xié)會(huì)（fbr）制定了德國(guó)的一系列城市雨水利用與管理的技術(shù)性規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，國(guó)外的許多專門生產(chǎn)雨洪利用設(shè)備的廠家和公司逐漸增多。例如德國(guó)GEP公司的雨水過濾器、屋頂回水處理回用IRM控制設(shè)備，雨水儲(chǔ)存罐等產(chǎn)品暢銷整個(gè)歐洲市場(chǎng)；德國(guó)UFT公司的流量控制和監(jiān)控設(shè)備已經(jīng)開始在全球20多各國(guó)家和地區(qū)銷售和使用；荷蘭WAVIN公司的孔隙雨水蓄水池填充料、整體式雨水檢查井、雨水口等雨水利用設(shè)備已經(jīng)在全球30多個(gè)國(guó)家使用。這些設(shè)備的銷售價(jià)格一般都很高，如果只靠進(jìn)口，一方面數(shù)量上難以滿足市場(chǎng)需求，另一方面也會(huì)給使用者帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

　　我國(guó)城市雨洪利用起步較晚，目前主要在缺水地區(qū)有一些小型、局部的非標(biāo)準(zhǔn)性應(yīng)用。如山東的長(zhǎng)島縣、大連的獐子島和浙江省舟山市葫蘆島等雨水集流利用工程。大中城市的雨水利用基本處于探索與研究階段，但已顯示出良好的發(fā)展勢(shì)頭。北京、上海、大連、哈爾濱、西安等許多城市相繼開展研究和應(yīng)用。由于缺水形勢(shì)嚴(yán)峻，北京的步伐較快。曾于20世紀(jì)90年代初，開展了“北京市水資源開發(fā)利用的關(guān)鍵問題之一——雨洪利用研究”課題的研究。提出了一些北京城區(qū)雨洪利用的對(duì)策和技術(shù)措施。但由于理論技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面的原因，當(dāng)時(shí)尚未得到推廣應(yīng)用。正在實(shí)施的中德兩國(guó)政府間科技合作項(xiàng)目“北京城區(qū)雨洪控制與利用技術(shù)研究與示范”，建設(shè)了分別代表老城區(qū)、新建成區(qū)、將建設(shè)區(qū)、公園、校園雨洪利用模式的6個(gè)雨洪利用示范區(qū)和1個(gè)試驗(yàn)中心，總面積達(dá)到60公頃。通過試驗(yàn)研究，形成雨水收集與傳輸、雨洪處理與利用、雨洪回補(bǔ)地下水以及雨洪控制系統(tǒng)等完整雨洪控制與利用技術(shù)體系；并通過示范工程驗(yàn)證，探索了雨洪控制與利用的工程形式，開發(fā)雨洪控制與利用設(shè)備，形成配套工程技術(shù)，為加強(qiáng)管理提供雨洪控制指標(biāo)和管理措施，為北京乃至我國(guó)北方地區(qū)城市雨水利用提供方法、依據(jù)和途徑。另外，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京建筑工程學(xué)院、華北水利水電學(xué)院、上海、天津等單位和地方都開始了城市雨洪利用技術(shù)的研究和應(yīng)用。

　　盡管目前北京市和國(guó)內(nèi)一些城市在雨洪利用方面取得了一些成果，但與一些發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平相比還有一定的距離，特別在雨洪利用系統(tǒng)的設(shè)備方面，沒有形成規(guī)模生產(chǎn)，實(shí)際應(yīng)用過程中還需要單獨(dú)設(shè)計(jì)，給工程建設(shè)過程和效果造成很多不便。目前的雨水蓄存設(shè)備采用較多的是鋼筋混凝土儲(chǔ)水池，不僅施工慢，造價(jià)高，占地面積大，而且還存在水質(zhì)不穩(wěn)定等問題。目前的市政雨水口還只是為順暢排水設(shè)計(jì)的，不能去除水中的漂浮物、大顆粒污染物和油污。目前城市道路、廣場(chǎng)、人行道的鋪裝用磚都是不透水的，一下雨就積水，不僅行走不便，而且增加了河道洪峰量，對(duì)城市的防洪很不利。

　　因此，要推廣雨洪利用技術(shù)就必須及時(shí)結(jié)合相關(guān)的研究成果，加快雨洪利用設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化，一方面緩解城市發(fā)展面臨的水問題，另一方面可以帶動(dòng)整個(gè)社會(huì)和國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

　　三、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前景

　　目前，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到雨洪利用在節(jié)水、防洪、環(huán)境方面的重大效益，全國(guó)各地，特別是北方地區(qū)的城市開始逐步實(shí)施雨洪利用工程。同時(shí)，由于我國(guó)在城市雨洪利用的研究和應(yīng)用方面還處在起步階段，沒有專業(yè)的設(shè)備和生產(chǎn)廠家。對(duì)于環(huán)保型雨水口，由于當(dāng)前國(guó)內(nèi)道路傳統(tǒng)的雨水口沒有截?cái)嗬?、污水等功能，?duì)城市水環(huán)境污染負(fù)荷的貢獻(xiàn)率較大。急切需要開發(fā)新型的環(huán)保型雨水口產(chǎn)品，以解決雨水口污染問題。本項(xiàng)目的環(huán)保型雨水口正迎合了當(dāng)前政策和市場(chǎng)需求。因此首先以較成熟的透水地面磚、環(huán)保型雨水口和填充式蓄水池為突破口，建設(shè)生產(chǎn)基地，進(jìn)行雨洪利用系列設(shè)備的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)雨洪利用的產(chǎn)業(yè)化，在國(guó)內(nèi)將具有十分廣闊市場(chǎng)和應(yīng)用前景。

　　目前，北京市水利科學(xué)研究所依托中德合作“北京城區(qū)雨洪控制與利用”項(xiàng)目，已經(jīng)研制開發(fā)了透水型地面磚、環(huán)保型雨水口、填料式蓄水池、屋頂雨水過濾器等雨洪利用設(shè)備，這些也是實(shí)施雨洪利用主要關(guān)鍵設(shè)備。所研制的透水地面磚的滲透系數(shù)能達(dá)到0.5毫米/秒，大于目前所有降雨的強(qiáng)度，即使使用一段時(shí)間后有些堵塞也能使?jié)B透系數(shù)保持在0.1毫米/秒，能夠滲透50年一遇的最大降雨。該磚的抗壓強(qiáng)度在35兆帕以上，能夠承受常見各種車輛的荷載。采用透水性的墊層所鋪裝的透水地面能夠消納2年一遇降雨而不產(chǎn)生地表徑流，使雨水滲入地下或收集利用。

　　環(huán)保型雨水口能夠攔截道路上的初期徑流，其中的過濾斗能夠有效攔截道路上的各種較大顆粒污染物，一流裝置和滲透裝置具有攔截和吸附油污的功能，能夠大大減少經(jīng)雨水管道排入城市河道的污染物，顯著改善城市水環(huán)境。

　　孔隙蓄水池填料是一種高強(qiáng)度的孔隙填料，有效孔隙率在95％以上，比傳統(tǒng)的鋼筋砼蓄水池的有效蓄水空間率大20％左右，同時(shí)能夠最大限度的利用開挖空間，具有占地少、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，代表了地下蓄水構(gòu)筑物新的發(fā)展趨勢(shì)。

　　這些設(shè)備已經(jīng)在中德合作“北京城區(qū)雨洪控制與利用”項(xiàng)目的示范區(qū)中得到了應(yīng)用，取得了良好的效果，表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。因此本項(xiàng)目以上述3種設(shè)備為重點(diǎn)，建設(shè)廠房、安裝設(shè)備，進(jìn)行雨洪利用設(shè)備的系列化生產(chǎn)，這將有力地推動(dòng)雨洪利用在北京和中國(guó)的實(shí)施，有利于解決城市缺水、防洪、環(huán)境三方面水問題。

　　四、雨洪利用技術(shù)在住宅小區(qū)中的做法

　　1、環(huán)保型透水地面磚

　　對(duì)傳統(tǒng)的鋪裝地磚進(jìn)行了革新，解決了透水性，提高強(qiáng)度相對(duì)降低的矛盾，不僅能使磚的透水系數(shù)達(dá)到0.5毫米/秒以上，還能使抗壓強(qiáng)度達(dá)到35兆帕以上。磚的顏色和性狀可以根據(jù)具體情況變化。

　　2、環(huán)保型雨水口

　　雨水徑流由雨篦子初步攔截較大污物后進(jìn)入篦子下的過濾斗，過濾斗低封閉，水從側(cè)壁的縫隙進(jìn)入雨水口內(nèi)，縫隙的寬度5~10毫米。初期雨水先進(jìn)入雨水口的前部存儲(chǔ)空間內(nèi)，當(dāng)降雨小于初雨量時(shí)，全部截留在雨水口內(nèi)，不向下游流。雨水口內(nèi)的初雨由下部的透水墻逐漸滲入周圍的土壤，自然排空。當(dāng)來(lái)水量超過初雨量時(shí)，便經(jīng)堰板溢流到末端的小格內(nèi)，經(jīng)管道排向下游。溢流板前有一個(gè)攔污板，擋板具有隔油作用并可以攔截漂浮、懸浮污染物?？梢詫⑵〉奈廴疚飻r截。溢流板下的透水墻，還能將雨水過濾后下排。池內(nèi)攔截的初期雨水通過透水墻自然滲出到周圍土壤，節(jié)省動(dòng)力消耗。設(shè)計(jì)合理，技術(shù)可靠，支持環(huán)保?？勺龀梢惑w化產(chǎn)品，便于安裝和管理。

　　3、孔隙蓄水池填料

　　孔隙蓄水池填料由尺寸為1.0米×0.5米×0.4米的單元模塊組成。每個(gè)模塊容量為190升，自重為9公斤，其整體的95%的空間可用于存水，表面積的43%可用于滲水。內(nèi)部的圓錐柱保證了高強(qiáng)度和牢固度。單元模塊可相互連接成一層，而后多層疊放在一起。通過不同的連接頭，儲(chǔ)水器與普通的排水管網(wǎng)相連。每一個(gè)單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都要能夠控制大量的雨水并暫時(shí)對(duì)它們進(jìn)行儲(chǔ)存。如果外包裹是不滲透的膜，水就會(huì)一直儲(chǔ)存于該設(shè)備當(dāng)中，相當(dāng)于蓄水池。但是如果包裹層有滲透性膜，暫時(shí)儲(chǔ)存的水就會(huì)滲透到周圍的土壤中（允許的土壤條件），并回補(bǔ)地下水，不僅能減輕通常排水系統(tǒng)的壓力，而且有益于地區(qū)的環(huán)境。采用基本單元模塊結(jié)構(gòu)對(duì)現(xiàn)有儲(chǔ)水池的工作原理和結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了徹底改變，減少了施工量和投資。單層或多層涂層提供了所有可能的解決方案，不僅可儲(chǔ)水，同時(shí)還可滲水。單元模塊結(jié)構(gòu)，便于安裝。高強(qiáng)度、高堅(jiān)固性，甚至可用于停車場(chǎng)等地面荷重較高的場(chǎng)所而無(wú)需特殊處理。低成本，可持續(xù)使用，且無(wú)二次污染。高效凈化力，系統(tǒng)內(nèi)部采用有氧凈化，提高了水質(zhì)。

　　五、對(duì)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要意義和作用

　　我國(guó)的雨洪利用技術(shù)一直缺乏擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵產(chǎn)品，從而在推廣應(yīng)用過程中阻力較大，在國(guó)際同行業(yè)處于較落后的水平。該項(xiàng)技術(shù)實(shí)施后，可使我國(guó)雨洪利用設(shè)備處于世界領(lǐng)先水平，從而整體提高我國(guó)產(chǎn)品的品質(zhì)和技術(shù)水平，增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，提高出口創(chuàng)匯水平。

　　該項(xiàng)目在我國(guó)屬新興行業(yè)，項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化填補(bǔ)了我國(guó)該領(lǐng)域空白，對(duì)提高我國(guó)城市雨水利用水平，改變產(chǎn)品依賴進(jìn)口局面，提高出口創(chuàng)匯能力具有重要作用。