地鐵建設中雨水資源化技術(shù)分析與對策

任育才，周 毅

（1.中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢430010；2.武漢大學，湖北 武漢430072）

1 引言

我國城市地鐵工程建設進入快速發(fā)展時期，在帶動經(jīng)濟的發(fā)展和解決城市交通問題的同時，也面臨城市雨洪和內(nèi)澇的威脅。地鐵埋置深度一般、位置較低，并且沿線區(qū)域很大一部分地表將被透水性差的屋面、道路所覆蓋，降雨形成地表徑流量大。如果地鐵站點的地表處于地勢低洼處，則內(nèi)澇更容易威脅地鐵安全。地鐵工程遭遇內(nèi)澇的侵害時，比較脆弱，各種損失和社會影響也較大，因此需要有較高的防洪排澇能力。

在地鐵防洪問題上，很多研究和工程措施主要靠提高防洪標準、攔阻雨水、雨水快排等方法減輕雨洪威脅。在這種被動的防災思維引導下，很少從雨水資源化的角度，在源頭上削減洪峰流量，也很少考慮雨水利用設施與地鐵隧道、站點在地下空間占用上的矛盾。這是因為傳統(tǒng)的排水理念和思維方式仍然影響著工程建設。

我國城市建設多年來一直“重地上、輕地下”，排水設施的發(fā)展相對滯后，這是出現(xiàn)內(nèi)澇的主要原因之一。另一方面，在已有的雨水規(guī)劃和工程建設中，國內(nèi)城市多重視防洪與排澇，忽視雨水控制和利用。如能有效蓄滯雨水，不僅能降低內(nèi)澇風險，而且還可以防止雨水資源流失，特別是北方干旱城市，則可緩解城市缺水的壓力。因此，從雨水資源化的角度防控地鐵工程中的雨洪災害，則可獲得一定經(jīng)濟效益與社會效益。

我國在雨水工程建設理念和實踐上落后于發(fā)達國家。例如：《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》（GB50318－2000）早已提出了“應貫徹全面規(guī)劃、合理布局、綜合利用、保護環(huán)境、造福人類的方針”，但是對于雨水控制、調(diào)蓄與利用并沒有明確的要求和內(nèi)容。相比之下，以美國為代表的發(fā)達國家早已有了“綠色基礎(chǔ)設施”的理念。其中綠色雨水設施的內(nèi)涵是指：通過削減城市徑流和污染物的排放，解決城市雨洪問題，實現(xiàn)環(huán)境、生態(tài)、景觀等多種功能。這種理念在許多行業(yè)和地區(qū)得到廣泛接受，并有了一些深入的研究。

在我國與地鐵工程配套的雨水工程設施建設，目前主要目標就是防洪排澇，對與之相關(guān)的雨水資源化問題鮮有考慮。目前國內(nèi)的研究還不夠深入，工程實踐中也沒有多少成熟的經(jīng)驗可以直接利用，對某些問題還缺乏有效的技術(shù)手段。因此，需要深入分析地鐵建設工程中，如何建設配套的雨水利用設施，以實現(xiàn)雨水資源化。

2 雨水資源化的技術(shù)條件

地鐵建設時如果及時建立雨水利用工程設施，對一個城市的影響將是區(qū)域性、甚至是全局性的。雖然會增加一部分建設成本，但是也會通過水資源回用產(chǎn)生一定經(jīng)濟效益，而且還會起到明顯的示范作用，為全社會的低碳、環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展做出表率。從技術(shù)條件分析，地鐵工程中的雨水利用存在多方面有利和不利條件。對有利條件的分析，證明了雨水資源化可以部分地解決城市和地鐵的防洪問題。對不利條件的分析，則發(fā)現(xiàn)了技術(shù)上的一些困難。

2.1 有利條件

（1）收集處理后的雨水，可用于地鐵車站內(nèi)的雜用水和消防儲備用水。地鐵車站內(nèi)的飲用水需求量較少，主要是雜用水和消防用水。站點內(nèi)的生活用水主要是滿足乘客和工作人員用于生活飲用和直接接觸皮膚的清潔衛(wèi)生（如：洗手），這部分水由城市自來水管網(wǎng)供應。車站內(nèi)外的清潔衛(wèi)生、沖洗廁所、空調(diào)等雜用水及消防儲備用水，對水質(zhì)要求不高，可以優(yōu)先考慮雨水為水源，減少自來水的消耗。

（2）地鐵項目作為新建工程，便于在主體工程實施的同時，開展雨水利用工程建設。尤其是地鐵經(jīng)過的新城區(qū)、待開發(fā)的城區(qū)，一般道路比較開闊，地面建筑物密度較低，地下市政管線相對簡單，周邊用地相對寬松，便于建設配套設施。

（3）雨水資源化目前具備了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。現(xiàn)有的一些雨水收集、蓄滯、處理、下滲等利用技術(shù)，為地鐵站點的雨水收集利用，提供了一定的借鑒。

（4）地鐵車輛基地具備有利條件推行雨水重復利用。車輛基地大多位于市郊，具有占地面積大、綠化用水量大、使用自來水成本高等特點。由于用地比市區(qū)更加寬松，因此對于缺水地區(qū)，有必要推行雨水資源化利用。

2.2 不利條件

（1）水循環(huán)路徑的改變。地鐵改變了原有的地下水文地質(zhì)條件和水循環(huán)路徑，帶來地下水的重新分布，例如：地下水位的顯著下降。同時，地表覆蓋情況和地表坡度往往也有改變。地鐵埋深大，占用大量的地下空間，原有的地下水自然流動和補給可能由于地鐵站點和隧道建設被迫中斷或改變路徑，導致周邊地下水位的變化，會間接影響更大范圍內(nèi)的雨水下滲。

（2）地鐵建設與地下空間其他方面利用的矛盾。地鐵首期的建設優(yōu)先解決市內(nèi)干線道路上的交通問題，一般位于城市繁華地帶，土地資源和地下空間十分有限。而中心城區(qū)道路下管線布置復雜，地面的建筑密度大，建筑物的樁基較深，還有鋪設年代較久的錯綜復雜的地下管線［1］。雨水資源化的工程建設，需要占用一定的土地和地下空間用于修建雨水蓄積、處理構(gòu)筑物。在用地緊張的情況下，集中化的雨洪管理新技術(shù)無法施展。

（3）現(xiàn)有技術(shù)手段、技術(shù)標準和數(shù)據(jù)的完備性滯后于工程建設的需要。目前的雨水利用技術(shù)，還沒有很好地解決高度城市化區(qū)域的雨水回用問題；我國的雨洪模擬計算在工程中沒有得到廣泛運用；現(xiàn)行的規(guī)范對于雨水控制、調(diào)蓄與利用沒有明確的要求和內(nèi)容，更多的是重視“排水”防災。除此之外，由于歷史數(shù)據(jù)缺乏、城市建設帶來的地表覆蓋情況、地形的急劇變化、現(xiàn)有的雨水基礎(chǔ)設施數(shù)據(jù)不全、變化更新不及時等原因，也造成雨洪模擬的精度不夠高。

（4）降雨的隨機性和在時間分布上的不均勻性。雨水資源化，要有較穩(wěn)定的來源和較好的水質(zhì)，但是降雨的隨機性和在時間分布上的不均勻性，將影響水源的穩(wěn)定性。初期沖刷帶來的雨水水質(zhì)問題，也需要慎重對待。技術(shù)上的困難，需要從理念到城市規(guī)劃、技術(shù)策略、技術(shù)研發(fā)等多方面提升水平。

3 對策和建議

城市排水系統(tǒng)的理念，要從單純的“快速排水”和“圍堵”，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤皾B、滯、蓄、用、排”，實現(xiàn)向生態(tài)排水轉(zhuǎn)變。但是，具體做法上不能照搬國外的一些新技術(shù)，而應立足中國的國情解決雨水利用問題。例如：以低影響開發(fā)（LID）為代表的一些雨水可持續(xù)利用技術(shù)，強調(diào)盡量不改變水循環(huán)的路徑。這在中心城區(qū)的地鐵建設中，很難完全做到。盡管如此，LID的理念還是很值得推廣。只有通過多種措施控制雨水徑流的排放，減少雨水徑流量和洪峰流量，才能系統(tǒng)性地降低雨洪設施的建設投資，實現(xiàn)城市土地開發(fā)后的雨水徑流系數(shù)不超過開發(fā)前。從技術(shù)的角度，需要做好如下工作。

3.1 城市規(guī)劃

雖然在用地和地下空間利用方面，地鐵工程建設和雨水利用可能會有很多矛盾，但是地鐵與雨水利用規(guī)劃，應該統(tǒng)一、協(xié)調(diào)。地鐵建設的同時應盡量留出足夠的空間為雨水蓄滯服務。城市雨水管理應該是在各部門的協(xié)同工作下，使雨水得以回歸自然，確保城市生態(tài)安全。為此，地鐵工程建設應該盡量維持自然環(huán)境原有的面貌，減少對自然環(huán)境的擾動，把下墊面硬化對雨水自然通道的破壞減少到最低限度。在城市規(guī)劃中，雨水規(guī)劃和雨水基礎(chǔ)設施建設不應該處于從屬地位，不應該被動地服從于其它工程規(guī)劃和建設的需要，而應該和其它基礎(chǔ)設施一起，統(tǒng)一于一個大系統(tǒng)和可持續(xù)發(fā)展的目標之下。例如：城市雨水控制與利用系統(tǒng)規(guī)劃應該與城市規(guī)劃編制的各個層次相結(jié)合，在規(guī)劃中體現(xiàn)對雨水控制和利用的思想，提出對雨水徑流量和污染負荷量的控制要求，留出必要的雨水控制與利用的空間和設施用地，為下一步實施各種雨水控制與利用措施創(chuàng)造條件。

3.2 新老城區(qū)的不同技術(shù)策略

新城區(qū)和老城區(qū)（中心城區(qū)），在土地開發(fā)程度上有明顯不同，在雨水利用措施上需要區(qū)別對待。

目前在建的很多地鐵項目，都處于人口、商業(yè)和交通密集的老城區(qū)，原有的城市規(guī)劃，沒有為雨水利用留下足夠的空間。因此老城區(qū)在解決雨水問題上，所受約束較多，除了考慮恢復與增強必要的雨洪調(diào)蓄與滲透，還可以因地制宜地將本匯水區(qū)域內(nèi)的雨水導向附近區(qū)域的雨水調(diào)蓄池。

規(guī)劃的中、遠期地鐵項目，一般處于新城區(qū)（郊區(qū)），土地開發(fā)利用程度低，主體交通工程和配套的雨水工程建設應該統(tǒng)一規(guī)劃和設計，地上和地下空間的開發(fā)必須同時考慮。新開發(fā)區(qū)，要徹底扭轉(zhuǎn)“先地上，后地下”的開發(fā)模式。由于用地約束較寬松，新城區(qū)的開發(fā)密度要合理控制，對水的蓄滯留有足夠空間，并對水的重復利用給以全方位的考慮。另外，還需考慮建設“生態(tài)基礎(chǔ)設施”，就是在開發(fā)和改造中要給城市生態(tài)留有余地，保證水面率和綠地率，使其發(fā)揮滲、滯、蓄、排功能。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)

雨水利用的關(guān)鍵問題是雨水的有效收集和回用。南方多雨地區(qū)，地下水位一般較高，雨水的利用主要是蓄滯、處理后直接回用。北方缺水地區(qū)，地下水位一般較低，雨水利用主要是下滲和回用相結(jié)合。雖然不同地區(qū)關(guān)鍵技術(shù)的側(cè)重點有所不同，但是許多共同的關(guān)鍵問題有待進一步研發(fā)。

（1）分散式的雨水蓄滯或下滲。地鐵的建設，一般會帶來大面積的城市不透水地面的覆蓋。如果建立分散式雨水水文循環(huán)，在水泥覆蓋的表面“見縫插針”，利用一切可利用的空間，定量地調(diào)控降雨的徑流、蒸發(fā)、存儲和入滲，則是一種可行的思路。這種分散式雨水水文循環(huán)，是一種新的城市環(huán)境下的水循環(huán)途徑，其效果還需要進一步研究。尤其是地鐵站點和隧道占用了大量的城市地下空間，對水循環(huán)的影響不可忽視。

（2）水量供需平衡的確定。雨水水源不穩(wěn)定，時間、空間上分布也不均勻。因此，需要對用水量和雨水資源的可供水量進行平衡分析計算。如果雨水水源的供水所占比例過大，雖然會減少自來水的消耗，但是會增加蓄水池的容積，并增加旱季無雨帶來的缺水風險。反之，雨水資源化的效果變得不明顯。因此，合理地分配雨水水源與常規(guī)水源的比例，值得深入研究。

（3）蓄滯水池構(gòu)造形式和容積的確定。蓄滯水池的構(gòu)造形式和容積，不僅要考慮降雨的隨機性，而且要考慮初期沖刷帶來的污染，需要對一定量的初期雨水棄流，盡量收集初期沖刷之后水質(zhì)較潔凈的雨水。同時，考慮到與地鐵工程的配套，需要提高地下空間的利用率。此外，水池的容積與水量供需平衡有密切關(guān)系。因此，蓄滯水池的構(gòu)造和容積需滿足多方面要求，目前缺乏深入研究。

（4）水質(zhì)凈化設施的一體化。由于地鐵車站場地的限制和便于管理的要求，水處理構(gòu)筑物（設施）力求占地小、構(gòu)造簡單、便于維護。現(xiàn)在雖然開發(fā)、生產(chǎn)出了一些一體化凈水設備，但是其技術(shù)性能還有待進一步提高。

3.4 規(guī)范和標準

規(guī)范和標準的制定與修訂應該與時俱進。例如：修訂后的《室外排水設計規(guī)范》（GB50014－2006）（2011版）就對重現(xiàn)期和相關(guān)設計標準做了提高，并從全系統(tǒng)考慮排水問題，提出雨水利用、雨水滲透、綠地滯蓄和雨水調(diào)蓄等問題。本次修訂還增加了按照低影響開發(fā)（LID）理念進行雨水綜合管理的規(guī)定，例如：提出雨水設計流量的計算也可采用數(shù)學模型法。技術(shù)規(guī)范與標準的修訂，必將影響今后的工程建設。

3.5 數(shù)據(jù)和資料

準確地估計降雨量和徑流量，需要大量的、長期積累的基礎(chǔ)資料，例如：氣象資料、城市地形資料等等。很多城市的基礎(chǔ)資料不僅觀測時間短，難以應對雨水徑流模擬的需要，而且大量基礎(chǔ)設施的開工建設，也經(jīng)常導致資料（如：地形資料）變化快，資料之間的配合、更新不及時。

信息化、智能化技術(shù)的發(fā)展，為地鐵建設中的雨水工程所需數(shù)據(jù)的積累、共享和全面利用，提供了技術(shù)基礎(chǔ)。例如，國外大多數(shù)發(fā)達國家建立了全面、系統(tǒng)的城市雨水智能化信息化管理系統(tǒng)，科學規(guī)劃城市排水體系，提前預報徑流發(fā)展過程和積滯水發(fā)生地點，及時采取有效應對措施，在保障安全的同時最大限度地利用雨水資源。隨著國家財力的增強，可在雨水管理中及時采用一些先進的信息化技術(shù)，提升資料的應用價值。

4 結(jié)語

地鐵的迅速發(fā)展，給雨水可持續(xù)利用帶來了新的課題，雨洪災害的防治與雨水利用應該在可持續(xù)發(fā)展的指導思想下統(tǒng)一解決，地鐵建設和配套的雨洪防治、雨水利用工程設施之間是對立統(tǒng)一的關(guān)系。研究得出的主要結(jié)論如下。

（1）在地鐵工程建設的同時，推廣雨水工程建設，有著重大意義。從有利條件看，雨水資源化可以部分解決城市和地鐵的防洪問題；從不利條件看，技術(shù)上仍然存在一些困難和障礙。

（2）理念需要更新，對一些新技術(shù)上可以作為借鑒，而不必直接照搬。從技術(shù)角度對地鐵建設中配套的雨水利用工程建設，提出如下對策和建議：在城市規(guī)劃中重視雨水利用規(guī)劃；在新老城區(qū)采用不同雨水利用技術(shù)；把握一些關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)方向；及時修訂工程規(guī)范和標準；用信息化、智能化技術(shù)，管理相關(guān)的數(shù)據(jù)和資料。

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