城市雨水利用初探
摘 要：本文在分析国内外城市雨水利用发展状况的基础上，对城市雨水利用模式、利用潜力进行了探讨，提出了当前城市雨水利用中的问题与建议。
关键词：城市雨水 雨水利用
一、城市雨水利用的意义
随着我国国民经济的高速发展和城市化进程的加快，水资源短缺和水环境污染的问题日趋严重。造成城市水资源不足和短缺的主要原因有，一是水资源总量先天不足，人口多，人均水资源少。2000年我国的城市化水平是36.1%，城市人口为4.56亿，城市供水总量约469亿m3。预测到2010年、2030年和2050年，城市化水平将分别达到40%、50%和60%，城市人口将分别为5.5亿、7.5亿和9.6亿，相应的需水量将分别增加到910亿m3、l220亿m3和1540亿m3左右。二是水源水质日趋恶化，不能满足水体正常循环使用的功能要求，大大减少了有效水资源的利用状况。当前全国城市水源只有30%符合卫生标准，全国七大水系有一半以上被污染，流经42个大中城市的44条河流中约有93%被污染。
城市雨水是一种宝贵的自然资源，可用于补充地下水、绿化用水、景观用水、城市杂用、居民杂用、工业用水，深度处理后还可作为饮用水。主要表现在以下几个方面：（1）雨水渗透能够适当提高地下水位，补充地下水，对地下水超采城市来说具有更重要的意义；（2）雨水利用减少了城市街道雨水径流量，减轻城市排水的压力，甚至一些区域不必铺设雨水管道，同时有效降低雨污合流，减轻污水处理的压力；（3）雨水利用于工农业和生活，为城市提供新的供给水源，缓节水资源供需矛盾。因此，研究城市雨水利用理论和技术，并将其在城市规划中加以推广应用具有重要意义。
二、国内外研究概况
目前，国际上城市雨水利用研究比较广泛。东南亚的尼泊尔、菲律宾、印度、泰国，非洲的肯尼亚、博茨瓦纳、坦桑尼亚，以及日本、德国、澳大利亚、美国、新加坡、法国等国家都采取了多种技术开发和利用城市雨水。其中德国和日本的城市雨水利用处于领先地位。
德国是欧洲开展雨水利用工程最好的国家之一。德国的城市雨水利用方式主要有三种：一是屋面雨水集蓄系统，收集的雨水主要用于家庭、公共场所和企业的非饮用水；二是雨水截污与渗透系统，道路用水通过下水道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充地下水；三是生态小区雨水利用系统，小区沿着排水道建有渗透浅沟，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水池或人工湿地，作为水景或继续下渗。德国的雨水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。
日本的城市雨水利用在亚洲先行一步，1980年日本建设省就开始推行雨水贮留渗透计划，1988年成立 “日本雨水贮留渗透技术协会”，1992年颁布“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水就地下渗设施。近年来，各种雨水入渗设施在日本也得到迅速发展，包括渗井、渗沟、渗池等，这些设施占地面积小，可因地制宜修建在楼前屋后。
我国城市雨水利用的思想具有悠久的历史，而真正意义上的城市雨水利用的研究与应用开始于20世纪80年代，发展于90年代。我国特大城市的一些建筑物已建有雨水收集系统，但是没有处理和回用系统。大中城市的雨水利用基本处于探索与研究阶段，呈现良好的发展势头。比较典型有山东的长岛县、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。上海浦东国际机场航站楼雨水收集系统水平投影面积达17.62万m2，在暴雨季节收集雨量为500m3/h，污染程度轻，较生活污水回用更为经济、简便易行。北京2008奥林匹克场馆建设中也采用了雨水利用技术。
三、城市雨水利用模式及潜力分析
1．雨水利用模式
城市雨水利用主要分直接和间接两种。直接利用表现在雨水汇集、贮留等，屋顶、路面等均可不同程度收集雨水，收集的雨水可汇集到雨水贮留池中，对不同用途的雨水进行处理等级划分和分别利用。雨水的间接利用表现为雨水渗透。雨水渗透可包括点源、线源和面源的渗透，人工渗透设施、人工湖等为点源入渗，河道、透水性道路等为线源入渗，减少城市硬铺盖、加大城市绿地草坪面积可增加面源入渗量。雨水渗透对改善城市水环境，恢复城市良性水循环具有根本性作用。城市雨水利用模式应综合考虑城市规划、建筑物分布、排水管网布局、经济发展、生态环境用水等因素，因地制宜的建造雨水直接和间接利用工程，以达到充分利用城市雨水、提高雨水利用能力和效率的目的。
2．雨水利用潜力分析
2004年末我国城市面积39.42万km2，以年平均降水量650mm估算，2004年城市原生水资源（总降水量）约0.26万亿m3。除自然蒸发和渗透外，城市雨水收集利用的潜力巨大。当前，大多城市的雨水利用量由传统经验公式进行计算。
（1）绿地入渗量计算
城市绿地的存在可大大增加降雨对地下水的入渗补给，同时减少城市雨洪灾害。绿地降雨入渗量由下式计算：
F渗=γ×P×A
式中F渗表示降雨入渗量（万m3）；γ表示入渗系数；P表示降雨量(mm)；A表示绿地面积（m2）；绿地入渗系数为0.4～0.85。
（2）城市雨洪利用量计算
根据城市的下垫面特征，城市汇水面主要分为不透水面（建筑物和道路）和绿地，城市雨洪资源量由下式计算：
Q＝R不透水面＋R绿地
式中Q表示城市雨洪资源量（万m3）；R不透水面＝不透水面积×降雨量×径流系数；R绿地＝绿地面积×降雨量×径流系数。不透水面积径流系数为0.8～0.9，绿地面积径流系数为0.15，并参照国内同类型其它城市雨水利用率，估算出城市雨洪利用量。上述公式相关系数可根据《中华人民共和国国家标准——建筑与小区雨水利用工程技术规范》查得。最后，绿地入渗量与城市雨洪利用量之和即为城市雨水利用量。
此外，基于水量平衡的雨水利用潜力分析模型，提出了以水量平衡为基础，考虑降雨、蒸发、径流、入渗和土壤蓄水量等水文物理过程的城市雨水资源化利用潜力分析方法。
四、问题与建议
（1）城市雨水利用涉及面非常广，不同地区的雨水利用还处于摸索阶段，缺乏充分的科学分析和指导。对城市可利用雨水资源量的计算评价及其合理调配的分析；城市雨水利用区划和适宜利用模式的研究；水力计算及其设计参数的合理确定；城市雨水管网系统、雨水渗透设施的规划；雨水的经济价值和雨水管理、政策的研究；城市雨水适宜的开发程度、城市多水源的优化配置等问题有待于进一步分析研究。
（2）城市雨水资源化是城市水文——生态环境——社会经济这个复合系统持续发展功能的体现，为了保证雨水资源的持续利用，需要深入研究城市空气污染对降水水质的影响；径流水质对地表水和地下水的影响；城市雨水和城市生活污水联合利用对水环境的长期影响规律；雨污联合利用与生态环境需水的关系；雨水利用工程对生态环境影响评价体系建立；合理评价雨水资源利用综合效益等。
参考文献
[1] 水利部南京水文水资源研究所，中国水利水电科学研究院水资源研究所. 21世纪中国水供求[M]. 北京：中国水利水电出版社，1998.
[2] 车武，李俊奇. 城市雨水利用技术与管理[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2006.
[3] 冯浩，邵明安，吴普特. 黄土高原小流域雨水资源化潜力计算与评价初探[J].自然资源学报，2001，16.
[4] 黄显锋，邵东国，魏小华. 基于水量平衡的城市雨水利用潜力分析模型. 武汉大学学报（工学版），2007，2.
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