城市雨水综合利用系统研究

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作者：深圳市海绵雨水利用科技有限公司
来源：www.spongerain.com
发布时间：2020-10-20 09:46
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城市雨水综合利用系统研究

根据各国开发新型的给排水系统的经验，从增加地面渗透能力和建立蓄水设施，提高城市对雨、洪的调节能力入手，提出合适我国国情的雨水综合利用系统，实现提高渗透能力以补充地下水，实现蓄水-中水利用设施相结合，从而改善城市生态环境，有力保证城市可持续发展。

1、城市发展与水资源利用的矛盾

良好的水资源环境是城市建设发展的基本要求。但是随着城市快速发展及城市化的深入，水资源短缺和城市水灾害的矛盾日益严重。

一方面是城市水灾害随着城市的发展呈加重之势。在城市化的过程中，土地被不断地开发，旧城市原有的透水土壤被不透水的地面所替代，天然的调蓄系统湖泊、洼地池塘、沟整不断被填平，河道被侵占时有发生，加上河道长期淤积，造成河道泄洪排涝能力下降。城市雨水排放管网的逐渐完善，会造成径流量的增加以及地面径流时间的缩短，从而加速雨水在城市河道汇集。根据调查资料，1984~1988年，上海水文总站对上海市区149km²设置的13个雨量站和原分布的55个雨量站进行观测，其研究结论为，城市化导致降雨量增加和降雨强度增大。德国鲁尔区也对城区、闲置农田及森林在相同的降雨条件下的径流量进行对比，发现最大径流量城区为709L/s、km²闲置农田为307L/s,km²，森林为3L/s,km²，得出了在相同降雨条件下城区的径流量远大于农田及森林的结论。显然，城市化导致的降雨增加、降雨强度增大以及径流量增大成为导致城市水灾害日趋严重的重要因素。

另一方面，水资源的短缺与城市发展的矛盾日益突出。由于我国是一个水资源贫乏的国家，人均水资源仅为世界平均水平的1/4。随着城市化的深入，地表水供给不足的情况日益突出，一些地方只好采用地下，造成局部地区地下水大量超采，形成地面沉降。调查资料显示，全国地下水多年平均超采量，形成地面沉降。调查资料显示，全国地下水多年平均超采量74亿立方米，超采区共有164片，超采区面积达18.2万km²，其中严重超采区面积占42.6％。辽宁、山东、河北等省的一些沿海城市与地区，地下水含水层受海水入侵面积在1500km²以上，北京、天津、上海、西安等20多个城市出现地面沉陷、地面塌陷、地裂缝、海水入侵、海水倒灌等一系列问题，西北内陆一些地区因地下水位不断下降，荒漠化及沙化面积逐年扩大，已严重影响这些地区的城乡供水、城市建设和生态环境。

2、发达国家城市雨水排水系统

面对城市化进程中的水资源短缺和水灾害问题，传统的雨水管排水系统已经不适应城市的快速发展。为解决此矛盾，很多国家都作了大量的研究。发达国家根据自身的实际情况，开发了适合自己国情的新型雨水排水系统，主要有以下两大类：

2.1以提高渗透能力，补充地下水位目的的地下回灌系统

代表国家有以德国的MR（洼地-渗渠）系统和美国的提高天然入渗能力为目的的地下回灌系统。

MR系统是以补充地下水、净化地表径流的可渗透性雨水为主的排水系统。该系统包括各个就地设置的洼地、渗渠等组成，这些部分与带有孔洞的管道（带有可调节的溢流阀）连接，形成分散的雨水处理系统。该系统优点在于，大大减少了因城市化而增加的暴雨径流量，延缓径流时间，对防洪防灾起到重要的作用，同时补充地下水，使水文生态系统得到良好的循环。

美国的雨水利用主要是以解决城市防洪和雨水利用问题为目的，以提高天然入渗能力为手段的地下水回灌系统。美国加州富雷斯偌市的“LeakyAreas”地下水回灌系统，10年间（1971~1980）的地下水回灌总量为1.338亿m³，其年回灌量占该市年用水量的20％。

2.2以雨水作为中水（工业）水源的系统

以中水利用系统为目的的代表国家有日本、英国和丹麦的蓄水-中水利用以及澳大利亚的雨水蓄水-工业用水水源系统。

日本、英国及丹麦的雨水作为可替代的水源，以减少地下水的消耗。在城市局部地域内收集到的雨水径流，用人工方式贮存起来，收集后的雨水经过收集管底部的预过滤设备，进入贮水池进行储存，提供人们生活所需的部分杂用水，缓和城市水资源危机。丹麦收集的最大年降水量为2290万m³，相当于目前饮用水生产总量的24％。每年从居民冲洗测试和洗衣房实际用水量的68％，相当于居民总用水量的22％，占市政总饮用水产量的68％，相当于居民用水量的22％，占市政总饮用水产量的7％。澳大利亚把雨水收集后，经过滤、沉淀及生化处理工序后，雨水作为工业用水水源被送到工厂直接利用。

3、我国对城市雨水综合利用系统的探索

3.1部分省市对雨水综合利用的探索在我国，现代意义上的城市雨水利用发展较晚。传统的城市水资源主要着眼于地表水资源和地下水资源的开发。人们在思想上注重满足生产和生活用水需要，较大考虑城市建设和经济发展与水资源的协调关系，在经济发展中城市和工业用水挤占农业用水，农业用水又挤占生态用水。造成河道常年干涸，生态环境急剧恶化。同时，不重视对城市汇集径流雨水的利用，任其排放，造成大量宝贵雨水资源的流失。

3.2对生态化雨水综合利用系统的研究

根据我国大部分地区降雨量全年分布不均，地域及现场各种条件的差异较大的实际情况，并结合国内外的成功经验，把提高雨水渗透涵养地下水，在城区把雨水收集贮存处理之后作为中水水源和传统的雨水管网排放系统结合起来，建立生态化的雨水综合利用系统，以达到保护环境，充分合理利用雨水资源的目的（图1）.

雨水综合利用系统是把传统的雨水排放系统与先进的雨水综合利用相结合，可实现节水、涵养地下水与保护、控制城市水土流失、降低城市水灾害和改善城市生态环境等目标的一种新型的多目标综合性技术。具体包括以下几方面：

（1）雨水渗透系统，就是将径流经土壤渗透后净化涵养地下水，充分利用土壤对雨水的净化作用的特性。在一般情况下，渗透深度达1m时，砂性粘土的COD去除率为45％~65％，人工土（50％的炉渣，50％的砂土）的CID去除率为65％以上。

常用的渗透设施有绿地、透水地面、渗地、渗井以及在适当的地方建立人工湖。雨水既可下渗回灌地下，补充涵养地下水资源，缓解地面沉降，又可美化城市，改善生态环境。

绿地；植被具有净化作用和水土保护作用，应充分利用城市重点绿地，尽量将径流引入绿地，为增加渗透量，在绿地中可做浅沟，以在降雨时临时贮水。随着城市中绿地面积所占比例增加，绿地渗透将占很大的比重（图2）。

透水地面：较典型的是多孔沥青路面，路面表层不使用细小骨科，孔隙率为12％~16％。蓄水层由两层碎石组成，上层粒径1~3cm，厚10cm，下层粒径2.5~5cm，厚度视蓄水要求而定，蓄水层孔隙率为38％~40％（图3）

渗透管、沟：渗透管、沟由无砂混凝土或穿孔管等透水材料制成，四周填有10~20mm的砾石以贮水。无砂混凝土、土工布等渗透性较强，但其渗透性能主要取决于周围土壤的渗透系数。（图4）

（2）雨水调（集）蓄系统，就是把小区及社区的雨水用人工收集起来，既可作为城市的调洪设施，还可以把蓄洪池的水作为城市的绿化、道路浇洒及景观用水。该系统既可以作为城市调洪又可以缓解城市水资源紧缺的局面，是一种开源节流的有效途径。其措施有:一是在每一个庭院、每一个单位、每一个小区都建设相应的蓄水池，拦蓄雨水。除减少地表汇流外，还可以将蓄水作为绿化和清洁用水。有一种小型的过滤、蓄水和渗滤的一体化构筑物（图5）

可以收集建筑物及其周边地区的雨水，雨水通过环带中的与植物更细配合的过滤层流入蓄水池，蓄水池中的水可以直接利用。二是利用屋顶集雨。对于大型建筑物，利用屋顶集雨，还可以防晒，降低夏季室内温度。三是开辟城区大型分滞洪场地，平时作为公共活动场所，如赛车场、赛马场、足球场、练车场、地下车库等，暴雨达到一定强度时作为蓄滞洪区启用。四是建设大型地下河。如东京、大板等大都市，已经建设了长达数十公里，直径10余米的大型地下河，用于拦蓄城市雨洪。所蓄雨水既可以排至下游，也可以再生利用。

（3）采用了雨水系统后，城市雨水管网的压力得到大大减轻，在局部地区甚至可以做到零排放，并减少对城市雨水管网建设的投资，减轻了雨水对河流水体的污染，同时也减轻了下游的洪涝灾害。

4、结语

城市雨水综合利用系统是解决城市水资源短缺，减少城市水灾害和改善城市生态环境的有效途径。该系统将雨水利用与城市防洪、生态环境的改善相结合，因地制宜，兼顾经济效益、环境效益和社会效益，标本兼职，确保水资源的可持续利用，促进了城市的可持续发展。

关键词：

上一个: 建设新型城镇化海绵城市

下一个: 城市雨水利用系统基本组成和原理

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