城市雨水利用规划研究

1城市雨水利用规划研究张相忠刘建华邱淑霞[摘要]：雨水作为一种宝贵资源，长期以来并没有引起人们的足够重视，原因是多方面的，其中很重要的原因是没有一个可以指导雨水利用的规划。本文从分析雨水利用的必要性和可行性入手，通过对国内外雨水利用现状对比，提出了编制雨水利用规划的必要性及其主要规划内容以及雨水利用的配套政策。[关键词]：雨水资源；雨水利用规划；配套政策StudyonthePlanofMakingUseofRainwaterinCitiesZHANGXiangzhongLIUJianhuaQIUSuxia[Abstract]:Asanaturalpreciousresource,therainwaterhasbeenignoredforalongtimebecauseofvariousreasons,oneoftheimportantreasonsisthatthereisnooneplanwhichcanguidetomakeuseoftherainwater.Andnowit'snecessaryandfeasibletoputforwardaplantomakegooduseoftherainsourcetosolvetheseriousproblemsofwaterlackinourcities,accordingtoanalysisofdifferentfactsinrainwaterusingbothhomeandabroad,thispaperputsforwardtheplanoftherainwaterusingandthecorrespondingpolicyofrainusing.[Keywords]：rainresource;planofrainusing;thecorrespondingpolicyofrainusing.1.城市雨水利用的必要性1.1雨水资源的利用，可缓解城市供水紧张状况。我国是水资源严重短缺的国家，水资源的匮乏和水环境的严重污染，已成为制约我国经济社会发展的重要因素，对我国的可持续发展构成了直接的威胁。目前，全国有300多个城市缺水，50多个城市严重供水不足，不得不超采地下水和跨流域、跨地区引水，每年造成直接经济损失达数千亿元。与此同时，城市雨水作为一种长期被忽视的经济而宝贵的水资源，一直未得到很好地利用。青岛作为一个严重的缺水型沿海城市，由于水资源的紧张，开源节流势在必行。受温带季风气候和海洋性气候的影响，青岛雨量充沛，若以青岛市城市总体规划（2004-2020年）规划面积2870km2，年平均降水量为688.2毫城市发展后城市发展前城市雨水资源化后雨水流出时间雨水径流量图1城市发展前后雨水径流的变化示意2米计，青岛市年平均总降雨量达19.75亿立方米，主要集中在7、8月份，也正是用水高峰时期。如果年降雨量的10%产生径流，则年平均径流量为1.98亿立方米，日均54.2万m3，这部分径流雨水若被收集利用将有效缓解青岛市水资源的短缺[1]。1.2雨水资源的利用，可减少雨水工程投资及运行费用，有效避免城市洪涝灾害。随着城市化的快速发展，城市街道、住宅和大型建筑物使城市的不渗透水覆盖的面积不断增加，使得相同的降雨量，城市地区产生的径流量也迅速增加。另一方面市区雨水管道不断完善和延伸及天然河道的改变，使雨水流向排水管网更为迅速，洪峰增大和峰现时间提前，径流过程线的形态与时间尺度都与城市发展以前显著不同（如图1所示）。城市水文的这种变化，导致城市雨洪灾害问题日益严重。据统计，全国有300多座大中城市存在雨水排泄不畅，引起降雨积水而损失严重的问题[2]。将雨水资源化，利用雨水渗透技术涵养地下水、通过收集处理回用，可以减小雨水径流负荷，减少雨水管道、泵站的设计流量等，从而不但减少了城市雨水管道和泵站的投资及运行费用，而且可避免暴雨时的洪涝灾害。1.3雨水资源的利用，可从源头上控制径流雨水对水环境的污染。对径流雨水水质特性的调查分析表明，初期径流雨水直接排入水体后会对水体产生严重污染[3]。以青岛为例，市区未经处理的径流雨水污染负荷，按照国外一些经验数据计算，每年大约排入青岛海湾的COD约6,533t，TN约为3,400t，TP约为400t，这些污染物质如果一次性投入海湾，可以使约16,500km3的海水富营养化（TN0.3mg/l，TP：0.03mg/l）。对于水域狭小，扩散缓慢的青岛海湾，彻底改变目前水质较差的状况，任务是非常艰巨的；对雨水的水质特性进行调查并提出处理对策，是非常重要的。而雨水资源的利用，可从源头上控制径流雨水对青岛海湾（包括浮山湾）环境的污染，确保2008年奥运会帆船比赛对浮山湾水质的要求。1.4雨水资源的利用可有效防止地面沉降和海水倒灌。由于城市化速度加快，城市建筑群增加，下垫面硬质化，排水管网化，降雨发生再分配，原本渗入地下的部分雨水大部分转为地表径流排出，造成城市地下水大幅度减少，另一方面，由于地表水受到越来越严重的污染，人们转向无计划无节制地开采地下水。渗透量的减少与过度开采，导致地下水位下降，地面不断沉降。目前，全国每年超采地下水80多亿m3，形成了56个漏斗区，面积达8.7万km3，漏斗最深处达100m，并且80％的地面沉降分布在沿海地区。由于地面沉降，造成城市重力排污失效；地区防洪、防汛效能降低；城市建设和维护费用剧增；管道、铁路断裂、建筑物开裂，威胁城市建筑的安全；地面高程失真影响防洪、防汛调度，危及城市规划，造成决策失误等。海水入侵问题主要是在大量超采地下水的情况下，地下水补给量小于开采量，区域地下水供需失去平衡所引起的。沿海地区的海水入侵是70年代末开始的。到80年代．由于经济的迅速发展，对水的需求量越来越大。地下水的超采速度加大，海水入侵面积不断扩大。目前，海水入侵主要分布在渤海岸，其次3黄海岸。海水入侵所引起的潜在危害，如破坏生态环境，诱发地方病都是不可估量的。将雨水入渗，回灌地下水，可以减少或避免因过度开采地下水引起的漏斗区，防止地面沉降和海水倒灌。2.国内外雨水利用现状2.1国外雨水利用现状由于全球范围内水资源紧缺和暴雨洪水灾害频繁，近20年来美国、加拿大、日本、德国等约40多个国家和地区在城市和农村开展了不同规模的雨洪利用研究,并召开过十届国际雨水利用大会。其中，美国、德国、日本等经济发达、城市化进程发展较早的国家，城市雨洪利用发展较快。美国的雨洪利用主要是以提高天然入渗能力为目标。美国在很多州研究了屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水路面组成的地表回灌系统。美国不仅重视工程措施，还制定相应立法对雨洪利用予以支持。针对城市化引起河道下游洪水泛滥问题，美国很多州制定了雨洪管理条例。这些条例规定新开发区的暴雨洪水洪峰流量必须保持在开发前的水平。所有新开发区必须实行强制的“就地”滞洪蓄水。滞洪设施的最低容量均能控制5年一遇的暴雨径流。除制定雨洪管理条例外，联邦和各州还采取了一系列政策，鼓励采用新的雨洪处理方法。德国是欧洲开展雨洪利用工程最好的国家之一。目前德国的雨洪利用技术已经进入标准化、产业化阶段，市场上已大量存在收集、过滤、储存、渗透雨水的产品。德国的城市雨水利用方式有三种：一是屋面雨水集蓄系统，集下来的雨水采用简单的处理后达到杂用水水质标准主要用于家庭、公共场所和企业的非饮用水，如街区公寓的厕所冲洗和庭院浇洒。二是雨水截污与渗透系统。道路雨洪通过下水道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充地下水。德国城市街道雨洪管道口均设有截污挂篮，以拦截雨洪径流携带的污染物。城市地面使用可渗透的地砖，以减小径流。行道树周围以疏松的树皮、木屑、碎石、镂空金属盖板覆盖。三是生态小区雨水利用系统。小区沿着排水道修建有渗透浅沟，表面植有草皮，供雨水径流流过时下渗。超过渗透能力的雨水则进入雨洪池或人工湿地，作为水景或继续下渗。德国还制订了一系列有关雨水利用的法律法规。如目前德国在新建小区之前，无论是工业、商业还是居民小区，均要设计雨水利用设施，若无雨水利用措施，政府将征收雨水排放设施费和雨水排放费。日本于1963年始兴建滞洪和储蓄雨洪的蓄洪池，还将蓄洪池的雨水用作喷洒路面、灌溉绿地等城市杂用水。这些设施大多建在地下，以充分利用地下空间。而建在地上的也尽可能满足多种用途，如在调洪池内修建运动场，雨季用来蓄洪，平时用作运动场。地下蓄洪池形式也是多样的。近年来，各种雨水入渗设施在日本得到迅速发展，包括渗井、渗沟、渗池等，这些设施占地面积小，可因地制宜地修建在楼前屋后。也有在屋顶修建蓄水系统、或修建屋顶蓄水和渗井、渗沟相结合的回补系统，雨水在屋顶集蓄后，逐步放入渗井或渗沟，再回补地下。1992年日本颁布了“第二代城市下水总体规划”正式将雨水渗沟、渗塘及透水地面作为城市总体规划的组成部分，要求新建和改建的大型公共建筑群必须设置雨洪就地下渗设施。4国外发达国家城市雨水利用的主要经验是：制定了一系列有关雨水利用的法律法规；建立了完善的屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水地面组成的地表回灌系统；收集的雨水主要用于冲厕所、洗车、浇庭院、洗衣服和回灌地下水。2.2国内雨水利用现状我国真正意义上的城市雨洪利用的研究与应用始于上世纪80年代，发展于90年代。总的来说技术还较落后，缺乏系统性，更缺少法律法规保障体系。目前主要在缺水地区有一些小型、局部的非标准性应用。比较典型的有山东的长岛县、大连的獐子岛和浙江省舟山市葫芦岛等雨水集流利用工程。大中城市的雨水利用还处于探索与研究阶段，但已显示出良好的发展势头。北京、上海、大连、哈尔滨、西安等许多城市相继开展研究。由于缺水形势严峻，北京的步伐较快。建成了几处示范工程，如第15中学雨水利用工程、北京西城区华嘉小学雨水与景观工程、北京东城区青年湖雨水利用与景观系统、海淀区政府大院雨水利用工程、丰台区工会雨水利用工程等；北京市政府66号令(2000年12月1日)中也明确要求开展市区的雨水利用工程。因此，北京城市雨水利用已进入示范与实践阶段，通过一批示范工程，可望在较短的时间带动整个领域的发展，实现城市雨洪利用的标准化和产业化。3.雨水利用的可行性3.1雨水利用的技术可行性城市雨洪利用通过国内外实践证明是行之有效的，已经形成了成熟的技术和产业化。发达国家通过制定一系列有关雨水利用的法律法规，建立完善的屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水组成的地面回灌系统，收集雨水用于冲厕所、洗车、浇庭院、造景观、洗衣服和回灌地下水。城市建筑物、道路等不透水铺装面的径流系数达0.9，是形成城市暴雨径流的主产流区。我国现代城市小区规划规范要求，小区绿地面积不应小于30%，建筑物、道路占地一般为40～50%。因此，合理设计透水地面（透水地面比不透水地面投资高10%）或渗井、渗池、渗沟，减少地表径流，增加入渗量，安全、合理地将剩余径流排出。还可以因地制宜的修建蓄水池，简单处理后（雨水的处理比生活污水处理成本低得多）可用于绿地灌溉用水、冲洗厕所、冷却水等。3.2雨水利用的经济可行性从基本建设投资费用分析：雨水利用工程建设投资约200元/m3。相比之下，小区收集和处理污水（中水回用）工程建设投资约2000元/m3，而城市大型污水处理厂设施建设投资约2500元/m3。从运行管理和小区用水费用支出分析：收集和处理雨水的运行费用为0.1元/m3；收集和处理污水（中水利用）的运行费用约为0.6元/m3；城市大型污水处理厂运行费用约1.0元/m3；使用自来水费用（含污水处理费）约2.6元/m3。从以上经济分析与比较可以看出：雨水利用的经济效益十分突出[6]。4.城市雨水利用规划4.1城市雨水利用规划的必要性5雨水利用既是必要的而且是可行的，但我国的城市雨水利用与国外相比，为何如此落后呢？除了缺少法律法规等保障体系外，一个很重要的原因是没有把雨水利用纳入城市总体规划和详细规划，不能全面系统的指导雨水利用工程建设。城市雨水利用是一项系统工程，首先应纳入城市总体规划。因此应加强宣传，提高认识，转变观念，把城市雨水利用与城市建设、水资源优化配置、生态建设统一考虑，把集水、蓄水、处理、回用、入渗地