城市雨水的收集与利用

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前言：

　　雨水的收集和利用并非是新鲜事，我国早在秦汉时期就有修建池塘拦蓄雨水用于生活的记录，而西北地区水窖的修筑已有几百年的历史。国外收集利用雨水的记录也不乏其例。而真正现代意义上的雨水收集利用尤其是城市雨水的收集利用是从20世纪80年代到90年代约20年时间里发展起来。随着城市化的进一步加速，城市缺水的矛盾也进一步加深，环境与生态问题也同步扩展。为了解决缺水、环境、生态等一联串的矛盾，人们把注意力放到雨水的收集和利用。这一课题正好是解决了缺水、环境、生态这一联串的问题。国外对这一课题的研究起步较早，国内城市收集利用雨水起步较早的首推北京，而上海在收集利用雨水的问题上并没有引起足够的重视，原因是上海尽管水的质量不好但并不缺水。然而雨水的收集和利用解决的并不仅仅是水的问题，它还可以减轻诸如上海地区日显巨大的自来水的供水压力、路面积水等问题。对水土流失、河水污染等问题也有一定的缓解作用。

　　一、为什么要收集利用雨水

　　为了回答这个问题，笔者收集了一组南桥地区的有关数据：

　　2004年南桥地区的高峰用水量为13万吨/日，而目前第三水厂的制水能力为10万吨/日，由于输水管道的管经达不到要求，实际输水能力仅为8.5万吨/日左右。为了添补用水高峰的缺口，不得不启用老水厂救急。在这本来就很紧张的用水环境中，又增加了绿化用水10万吨/月，道路冲洗用水7万吨/月。（洗车用水还没统计在内）。

　　从中不难看出，南桥地区的自来水供应已难以同步跟上城市化发展的步伐。

　　城市的浇灌绿化、冲洗马路等公益用水及洗车等新兴的用水行业又进一步加重了自来水供应的负担。可是每年的暴雨季节，泛滥的雨水又给城市排水造成了极大的困难。而雨水的收集和利用正好解决了这一给城市建设带来的两大难题。

　　雨水的收集和利用可以为我们带来许多的好处，我们可以把收集来的雨水用于日常生活，如洗衣洗车、冲洗厕所。当然浇灌绿化、冲洗马路、消防灭火等等更是雨水利用的大户。

　　雨水的收集和利用还可以减少城市街道雨水径流量，减轻城市排水的压力，同时有效降低雨污合流，减轻污水处理的压力。

　　有此可见，我们有必要把雨水收集起来并加以利用。

　　二、收集雨水的可行性分析

　　雨水收集和利用的目的明确了，接下来我们就要分析本地区能不能收集雨水？为了研讨这个问题，笔者又收集了这样一组南桥地区的有关数据：

　　据奉贤水文站40年的实测雨量统计，南桥地区常年平均雨量为1111.6毫米，每年的4—9月的平均雨量都在100毫米以上。

　　雨水充沛是本地一个显著的气候特征，这是我们能不能收集雨水的一个先决条件。此外，我们要考虑的第二个问题是，到那里去收集雨水？这是一个很简单的问题。屋顶是一个最好雨水收集点，马路、广场、操场、绿地等等都是收集雨水的好地方。由此可见，本地区有足够的雨水，有足够的雨水收集场所，收集雨水是可行的。

　　国外已有许多雨水收集利用的成功范例。

　　日本最早实施“雨水利用”工程。东京都墨田区把降到各家屋顶的雨水通过导水管收集到水箱中，然后用于冲厕所、浇庭园和洗车等。这项和居民合作来普及雨水利用的工程，获得了国际环境自治团休协商会的第一届环境奖。目前，越来越多的日本地方政府响应在首都中心建立“微型水库”的号召，对些项费用提供补助，已先后在国技馆、日本电视台和上智大学图书馆等1000多个场所建立了微型水库。这对防止排水不及而造成的城市道路积水也起到了有益的作用。

　　德国Ludwigshafen已经运行十年的公共汽车洗车工程利用1000㎡屋面雨水作为主要的冲洗水源；法兰克福Possmann苹果轧汁厂将绿色屋面雨水作为冷却循环水源等等

　　特别是1992年建于柏林市的某小区雨水收集利用工程，将160栋建筑物的屋顶雨水通过收集系统进入三个容积为650m3的贮水池中，主要用于浇灌，将溢流雨水和绿地、步行道汇集的雨水进入一个仿自然水道，水道用砂和碎石铺设，并种有多种植物。之后进入一个面积为1000㎡、容积为1500m3的水塘（最大深度3m）。水塘中以芦苇为主的多种水生植物，同时利用太阳能和风能使雨水在水道和水塘间循环，连续净化，保持水塘内水清见底，形成植物鱼类等生物共存的生态系统。遇暴雨时多余的水通过渗透系统回灌地下，整个小区基本实现雨水零排放。

　　柏林Potsdamer广场Daimlerchrysler区域城市水体工程也是雨水生态系统成功范例。该区域年产雨水径流量2.3万m3。采取的主要措施：建有绿色屋顶4ha；雨水贮存池3500m3，主要用于冲厕和浇灌绿地（包括屋顶花园）；建有人工湖12ha，人工湿地1900㎡，雨水先收集进入贮存池，在贮存池中，较大颗粒的污染物经沉淀去除，然后用泵将水送至人工湿地和人工水体。通过水体基层、水生植物和微生物等进一步净化雨水。此外，还建有自动控制系统，对磷、氮等主要水质指标进行连续监测和控制。使该水系统达到一种良性循环，野鸭、水鸟、鱼类等动植物依水栖息，使建筑、生物、水等元素达到自然的和谐与统一。

　　三、怎么样收集利用雨水

　　收集雨水首先要有一个集水面，再配一套输水管，最后是蓄水池。收集雨水的系统并不复杂，投入最大的是蓄水池，其次是输水管。就目前的条件而言，收集屋顶的雨水，集水面也有，输水管也有，缺的只是蓄水池。而建蓄水池也并不是一件很复杂的事，只要在每栋房前的花园或绿地底下建一个蓄水池，上面留一供取水和清扫池底垃圾的口，顶上复盖土并种上绿化。这样的蓄水池还可以和人防建筑相结合，一方面满足了人防的建设指标，另一方面又增加了一条收集利用雨水的投资渠道。

　　高速公路同样也是一个收集利用雨水的好场所。我区现有的两条高速公路就是一个很好的实例。

　　现有的高速公路路幅为24米，A4高速公路全长为23832米，集水面积为857952平方米。A30高速公路全长为39612米，集水面积为950688平方米。两路共计集水面积为1808640平方米。以六月份0.154米的平均雨量为参考数据，两条高速公路的集水量可达278530.56立方米。考虑到路面收集雨水的损耗，以85%计，两条高速公路可收集到雨水还有236750.976立方米。换言之，就一个月两条高速公路可收集到雨水23.6750万吨。

　　只要在高速公路的边上每隔一定的距离建一蓄水池，再把各个蓄水池串联起来，把一个个分散的小蓄水池变成一个统一的蓄水系统，结合高速公路的绿化带的用水，这样就可以方便的收集和取用雨水。

　　四、雨水利用的水质控制

　　用以上方法收集来的雨水并非是纯净的水。雨水水质控制是现代城市雨水利用不可忽视的问题。影响雨水质量的原因主要有这么几个方面：

　　一是由于大气的污染，直接由降水带来的污染物。城市的大气污染日趋严重，致使雨水水质下降，不少城市出现酸雨。从部分城市降雨水质分析结果看，天然雨水中含有的污染成分为SS、COD、硫化物，氮氧化物等，但浓度相对较低。

　　其次是屋面材料的影响和在非降雨期屋面上积累的大气沉降物。

　　路面雨水径流水质和影响因素相对其他方面的污染要复杂的多。路面材料、汽车排泄物，生活垃圾、裸露或植被地带冲出的泥沙等等，其成分复杂，随机性很大。主要污染成分有COD、SS、油类、表面活性剂、重金属及其它无机盐类。COD、SS均可能高达数千毫克/升。

　　为了有效控制雨水的水质，我们就必须采取一些措施，如；路面雨水截污装置、初期雨水弃流装置等等。

　　为了控制路面带来的树叶、垃圾、油类和悬浮固体等污染物，可以在雨水口和雨水井设置截污挂篮和专用编织袋等，或设计专门的浮渣隔离、沉淀截污井。

　　也可设计绿地缓冲带来截留净化路面径流污染物，但必须考虑对地下水的潜在威胁，限用于污染较轻的径流，如生活小区、公园的路面雨水。

　　设计特殊装置分离污染较重的初期径流，保护后续渗透设施和收集利用系统的正常运行。

　　除了上述源头控制措施外，还可以在径流的输送途中或终端采用雨水滞留沉淀、过滤、吸附、稳定塘及人工湿地等处理技术。需要注意雨水的水质特性，如颗粒分布与沉淀性能、水质与流量的变化、污染物种类和含量等。

　　我国对城市雨水水质特性和相应的处理技术的研究尚处于初级阶段，没有相应的技术规范和要求。随着城市雨水利用技术的推广和城市非点源污染控制的开展，雨水的净化处理也将受到越来越多的重视。

　　结语

　　现代城市雨水利用是一项涉及多学科的、复杂的系统工程，在选择雨水利用系统方案时，要特别注意地域及现场各种条件的差异。即使在同一个城市，由于项目间各种因素和条件的不同，宜采用的方案也可能完全不同，切勿生搬硬套。

　　规划设计要根据现场的气候及降雨、水文地质、水环境、水资源、雨水水质、给水排水系统、建筑、园林道路、地形地貌、高程、水景、地下构筑物和总体规划等各种条件，充分考虑收集利用和各种渗透设施的优缺点及适用条件，通过水量平衡、水力计算和技术经济分析来确定方案，力求最佳效果。