浅谈雨水收集利用

姜 卓

1 北京水资源现状

北京属资源型重度缺水地区,属111个特贫水城市之一,是水库存水量全国下降最快的3个城市之一。人均水资源占有量不足300 m3,是世界人均水资源量的1/30、全国人均水资源量的1/8,远远低于国际人均1 000 m3的缺水下限。水资源紧缺已成为制约经济社会可持续发展的第一瓶颈。地下水长期超采,使用率逐年提高,致使水位日益下降,水环境和水生态平衡受到威胁。同时,北京市年均585 mm的降水量,年均近 98.28亿m3的降水总量中大部分却没有被合理的利用起来。以城市为中心的地下水漏斗面积不断扩大,地下水位持续下降,城市建设的发展,不透水地面面积的增大,城市地表径流系数大大提高,排水设施压力不断增大,汛期一遇到暴雨就积水成灾,影响城市居民生活,堵塞交通,严重影响城市形象。因此把城市雨水作为重要水资源加以收集利用,是城市发展中急需解决的关键问题之一。

2 雨水利用的方案

1)透水型路面。铺砌透水路面可消减地表径流量,增加对地下水的补给,降低城市热岛效应,改善城市气候环境,同时它对雨水径流还有一定的净化作用。2)下凹式绿地。降低绿地高程,使其低于路面5 cm～10 cm,绿地就可成为一个天然的雨洪滞蓄设施。不仅可消减洪峰流量、减少绿地灌溉用水,还可截留雨水中的污染物质,减少径流污染。3)小区雨水集蓄技术。在城区由于规划用地紧张和地价高昂,一般考虑采用地下蓄水池收集和蓄存降雨径流,可修建在绿地或停车场下。在有条件的地区,可利用城市洼地建设地表蓄水设施,地表蓄水设施不仅造价低于地下蓄水设施,而且便于管理和维护。4)城市河湖蓄水调节技术。采用城市河湖将降雨期间优质雨水进行蓄水,不但能对降雨径流过程进行调节,而且能为城市蓄存大量的优质水资源,对改善城市区域水体生态和水体环境有重要作用。5)人工回灌地下水。采用经过处理达标的雨水,通过回补地下水渗井直接补充地下水。

3 城市雨水收集利用的现状

雨水收集一般包括屋面及地面雨水收集两部分。屋面雨水一般占城市雨水资源量的65%左右,易于收集且水质较好,以金属和混凝土材质屋面的雨水为佳。屋面雨水经雨水斗→雨落管→雨水管收集后进入初期弃流装置,初期雨水含有大量的污染物,如:COD、重金属、挥发酚等,会对环境造成污染,因此,初期雨水应予以弃流,具体弃流量应按当地的大气质量、道路情况等因素,通过采样试验而定。一般情况下,初期弃流量应为2 mm降水。弃流水就近排入城市污水管道,进入城市污水处理厂处理利用。屋面雨水一般有3种处理工艺:1)屋面雨水→筛选→初期径流弃流→景观水体。2)屋面雨水→筛选→初期径流弃流→雨水蓄水池沉淀→消毒→雨水清水池。3)屋面雨水→筛选→初期径流弃流→雨水蓄水池沉淀→过滤→消毒→雨水清水池。地面雨水收集又可分为绿地多余水收集和道路雨水收集。降雨后雨水径流进入绿地,经虚渗、补充消耗水分后,多余的雨水流入集水池。雨水利用的关键设备主要有水位控制器、双水路自动转换器和透水地面砖等,配套的设备还有小区污水处理装置和消毒设备等。雨水除了用作冲厕用水外,也可作其他用水,如:空调冷却水、消防用水、洗车用水、花草浇灌、景观用水、道路清洗等。此外,经消毒处理后的雨水也可供居民饮用。

雨水回收利用的主要措施是结合降水特点及地形、地质条件,采用雨水渗透利用方案,设计出一种从“高花坛”“低绿地”到“浅沟渠渗透”逐级下渗雨水的利用模式。采用的渗透设施有:渗透池、渗透管、渗透井、透水性铺盖、浸透侧沟、调节池和绿地等。

雨水的储存一般采用存入蓄水池的形式。蓄水池可分为室内池和室外池。室内池应设在全年温度都较低的位置,以防水温高于15℃～18℃时发生腐败而变味。蓄水池需设溢流管,水面上的浮游物可在大雨时溢流至排水管道或让溢流的雨水经地层渗透。蓄水池的大小取决于年均降水量、屋顶形式和屋面材料,还要考虑雨水流经过滤器时的损失等。以住宅小区雨水的汇集、贮存和利用为例,可根据小区所在地的年均降水量和汇水面积,计算出年雨水量,按其5%～10%确定蓄水池的容积。

4 雨水利用发展态势

雨水利用运行费用低,比较效益十分突出。使用1 m3的自来水费用(含污水处理费)为2.8元,而从运行管理和小区用水费用支出分析,投入收集1 m3雨水的年运行费用不足0.10元。有良好的产业前景,能形成新的经济增长点。故雨水作为一种极有价值的水资源,早已引起许多发达国家的重视,在这些国家,雨水利用工程已是一项重要的水资源利用工程,有些国家和地区建立了适合其地区的实施体系、评价方法和监督管理机制以及一系列的法律法规。其中发展较快的雨水利用技术已达到世界领先水平的是德国和日本等国家,其城市雨水的资源化和收集利用已有较长的历史,并逐步进入到标准化和产业化阶段。

我国城市雨水利用的思想具有悠久的历史,北京北海团城古代雨水利用工程是古代雨水利用的典范。而真正意义上的城市雨水利用的研究与应用却开始于20世纪80年代,发展于90年代,目前呈现良好的发展势头。北京、上海、大连、哈尔滨、西安等许多城市相继开展雨水收集利用研究,尤其是北京近几年雨水集蓄和利用技术发展步伐较快,于2000年颁布实施《北京市节约用水若干规定》,明确要求开展市区的雨水利用工程,于2003年发布《关于加强建设工程用地内雨水资源利用的暂行规定》,国家标准《建筑与小区雨水利用技术工程规范》现已执行。相信凭借已有的雨水利用方面的研究成果和工程经验,同时借鉴国外的经验和先进的技术,我国的雨水利用工程将迈上一个新台阶。

5 展望

雨水利用工程能够有效减小市政管网排水压力,降低雨水洪峰峰值,保障在涝季城市生活的顺利进行;同时,有利于地下水资源的保护及补给,从而使水环境和水生态维持平衡。希望在以后的设计或规划过程中,能够改变传统的城市排水系统以排为主的理念,充分运用雨水利用技术,缓解日益紧张的水资源匮乏问题,促进社会向前发展。

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