地鐵建設(shè)中雨水資源化技術(shù)分析與對(duì)策

任育才　周毅

摘要：指出了地鐵建設(shè)改變了地表坡度和覆蓋情況，改變了雨水流動(dòng)路徑，占用城市地下空間，對(duì)城市水循環(huán)產(chǎn)生了影響。對(duì)其有利條件和不利條件進(jìn)行了分析，證明了利用雨水資源化可以部分地解決城市和地鐵的防洪問(wèn)題。在轉(zhuǎn)變排水理念的前提下，探討了應(yīng)采取的對(duì)策，主要包括城市規(guī)劃、新老城區(qū)的不同技術(shù)策略、關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)和資料。

關(guān)鍵詞：地鐵；防洪；雨水資源化；可持續(xù)發(fā)展

1引言

我國(guó)城市地鐵工程建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，在帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和解決城市交通問(wèn)題的同時(shí)，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(diǎn)的地表處于地勢(shì)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(shí)，比較脆弱，各種損失和社會(huì)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(wèn)題上，很多研究和工程措施主要靠提高防洪標(biāo)準(zhǔn)、攔阻雨水、雨水快排等方法減輕雨洪威脅。在這種被動(dòng)的防災(zāi)思維引導(dǎo)下，很少?gòu)挠晁Y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(shè)施與地鐵隧道、站點(diǎn)在地下空間占用上的矛盾。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的排水理念和思維方式仍然影響著工程建設(shè)。

我國(guó)城市建設(shè)多年來(lái)一直“重地上、輕地下”，排水設(shè)施的發(fā)展相對(duì)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(shè)中，國(guó)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(fēng)險(xiǎn)，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(zāi)害，則可獲得一定經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

我國(guó)在雨水工程建設(shè)理念和實(shí)踐上落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。例如：《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》（GB50318-2000）早已提出了“應(yīng)貫徹全面規(guī)劃、合理布局、綜合利用、保護(hù)環(huán)境、造福人類(lèi)的方針”，但是對(duì)于雨水控制、調(diào)蓄與利用并沒(méi)有明確的要求和內(nèi)容。相比之下，以美國(guó)為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家早已有了“綠色基礎(chǔ)設(shè)施”的理念。其中綠色雨水設(shè)施的內(nèi)涵是指：通過(guò)削減城市徑流和污染物的排放，解決城市雨洪問(wèn)題，實(shí)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(guó)與地鐵工程配套的雨水工程設(shè)施建設(shè)，目前主要目標(biāo)就是防洪排澇，對(duì)與之相關(guān)的雨水資源化問(wèn)題鮮有考慮。目前國(guó)內(nèi)的研究還不夠深入，工程實(shí)踐中也沒(méi)有多少成熟的經(jīng)驗(yàn)可以直接利用，對(duì)某些問(wèn)題還缺乏有效的技術(shù)手段。因此，需要深入分析地鐵建設(shè)工程中，如何建設(shè)配套的雨水利用設(shè)施，以實(shí)現(xiàn)雨水資源化。

2雨水資源化的技術(shù)條件

地鐵建設(shè)時(shí)如果及時(shí)建立雨水利用工程設(shè)施，對(duì)一個(gè)城市的影響將是區(qū)域性、甚至是全局性的。雖然會(huì)增加一部分建設(shè)成本，但是也會(huì)通過(guò)水資源回用產(chǎn)生一定經(jīng)濟(jì)效益，而且還會(huì)起到明顯的示范作用，為全社會(huì)的低碳、環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(duì)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(wèn)題。對(duì)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(chē)站內(nèi)的雜用水和消防儲(chǔ)備用水。地鐵車(chē)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(diǎn)內(nèi)的生活用水主要是滿(mǎn)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(lái)水管網(wǎng)供應(yīng)。車(chē)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(chǔ)備用水，對(duì)水質(zhì)要求不高，可以?xún)?yōu)先考慮雨水為水源，減少自來(lái)水的消耗。

（2）地鐵項(xiàng)目作為新建工程，便于在主體工程實(shí)施的同時(shí)，開(kāi)展雨水利用工程建設(shè)。尤其是地鐵經(jīng)過(guò)的新城區(qū)、待開(kāi)發(fā)的城區(qū)，一般道路比較開(kāi)闊，地面建筑物密度較低，地下市政管線相對(duì)簡(jiǎn)單，周邊用地相對(duì)寬松，便于建設(shè)配套設(shè)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(diǎn)的雨水收集利用，提供了一定的借鑒。

（4）地鐵車(chē)輛基地具備有利條件推行雨水重復(fù)利用。車(chē)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(lái)水成本高等特點(diǎn)。由于用地比市區(qū)更加寬松，因此對(duì)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(lái)地下水的重新分布，例如：地下水位的顯著下降。同時(shí)，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(dòng)和補(bǔ)給可能由于地鐵站點(diǎn)和隧道建設(shè)被迫中斷或改變路徑，導(dǎo)致周邊地下水位的變化，會(huì)間接影響更大范圍內(nèi)的雨水下滲。

（2）地鐵建設(shè)與地下空間其他方面利用的矛盾。地鐵首期的建設(shè)優(yōu)先解決市內(nèi)干線道路上的交通問(wèn)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(fù)雜，地面的建筑密度大，建筑物的樁基較深，還有鋪設(shè)年代較久的錯(cuò)綜復(fù)雜的地下管線 [1]。雨水資源化的工程建設(shè)，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(wú)法施展。

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

（4）降雨的隨機(jī)性和在時(shí)間分布上的不均勻性。雨水資源化，要有較穩(wěn)定的來(lái)源和較好的水質(zhì)，但是降雨的隨機(jī)性和在時(shí)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(lái)的雨水水質(zhì)問(wèn)題，也需要慎重對(duì)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。endprint

3對(duì)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(shí)現(xiàn)向生態(tài)排水轉(zhuǎn)變。但是，具體做法上不能照搬國(guó)外的一些新技術(shù)，而應(yīng)立足中國(guó)的國(guó)情解決雨水利用問(wèn)題。例如：以低影響開(kāi)發(fā)（LID）為代表的一些雨水可持續(xù)利用技術(shù)，強(qiáng)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(shè)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(guò)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(shè)施的建設(shè)投資，實(shí)現(xiàn)城市土地開(kāi)發(fā)后的雨水徑流系數(shù)不超過(guò)開(kāi)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(shè)和雨水利用可能會(huì)有很多矛盾，但是地鐵與雨水利用規(guī)劃，應(yīng)該統(tǒng)一、協(xié)調(diào)。地鐵建設(shè)的同時(shí)應(yīng)盡量留出足夠的空間為雨水蓄滯服務(wù)。城市雨水管理應(yīng)該是在各部門(mén)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(shè)應(yīng)該盡量維持自然環(huán)境原有的面貌，減少對(duì)自然環(huán)境的擾動(dòng)，把下墊面硬化對(duì)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(shè)施建設(shè)不應(yīng)該處于從屬地位，不應(yīng)該被動(dòng)地服從于其它工程規(guī)劃和建設(shè)的需要，而應(yīng)該和其它基礎(chǔ)設(shè)施一起，統(tǒng)一于一個(gè)大系統(tǒng)和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)之下。例如：城市雨水控制與利用系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)該與城市規(guī)劃編制的各個(gè)層次相結(jié)合，在規(guī)劃中體現(xiàn)對(duì)雨水控制和利用的思想，提出對(duì)雨水徑流量和污染負(fù)荷量的控制要求，留出必要的雨水控制與利用的空間和設(shè)施用地，為下一步實(shí)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(kāi)發(fā)程度上有明顯不同，在雨水利用措施上需要區(qū)別對(duì)待。

目前在建的很多地鐵項(xiàng)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(méi)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(wèn)題上，所受約束較多，除了考慮恢復(fù)與增強(qiáng)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(dǎo)向附近區(qū)域的雨水調(diào)蓄池。

規(guī)劃的中、遠(yuǎn)期地鐵項(xiàng)目，一般處于新城區(qū)（郊區(qū)），土地開(kāi)發(fā)利用程度低，主體交通工程和配套的雨水工程建設(shè)應(yīng)該統(tǒng)一規(guī)劃和設(shè)計(jì)，地上和地下空間的開(kāi)發(fā)必須同時(shí)考慮。新開(kāi)發(fā)區(qū)，要徹底扭轉(zhuǎn)“先地上，后地下”的開(kāi)發(fā)模式。由于用地約束較寬松，新城區(qū)的開(kāi)發(fā)密度要合理控制，對(duì)水的蓄滯留有足夠空間，并對(duì)水的重復(fù)利用給以全方位的考慮。另外，還需考慮建設(shè)“生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施”，就是在開(kāi)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(wèn)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(diǎn)有所不同，但是許多共同的關(guān)鍵問(wèn)題有待進(jìn)一步研發(fā)。

（1）分散式的雨水蓄滯或下滲。地鐵的建設(shè)，一般會(huì)帶來(lái)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(jiàn)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(chǔ)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(jìn)一步研究。尤其是地鐵站點(diǎn)和隧道占用了大量的城市地下空間，對(duì)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(shí)間、空間上分布也不均勻。因此，需要對(duì)用水量和雨水資源的可供水量進(jìn)行平衡分析計(jì)算。如果雨水水源的供水所占比例過(guò)大，雖然會(huì)減少自來(lái)水的消耗，但是會(huì)增加蓄水池的容積，并增加旱季無(wú)雨帶來(lái)的缺水風(fēng)險(xiǎn)。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(jī)性，而且要考慮初期沖刷帶來(lái)的污染，需要對(duì)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(shí)，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(mǎn)足多方面要求，目前缺乏深入研究。

（4）水質(zhì)凈化設(shè)施的一體化。由于地鐵車(chē)站場(chǎng)地的限制和便于管理的要求，水處理構(gòu)筑物（設(shè)施）力求占地小、構(gòu)造簡(jiǎn)單、便于維護(hù)。現(xiàn)在雖然開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)出了一些一體化凈水設(shè)備，但是其技術(shù)性能還有待進(jìn)一步提高。

3.4規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制定與修訂應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)。例如：修訂后的《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006）（2011版）就對(duì)重現(xiàn)期和相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)做了提高，并從全系統(tǒng)考慮排水問(wèn)題，提出雨水利用、雨水滲透、綠地滯蓄和雨水調(diào)蓄等問(wèn)題。本次修訂還增加了按照低影響開(kāi)發(fā)（LID）理念進(jìn)行雨水綜合管理的規(guī)定，例如：提出雨水設(shè)計(jì)流量的計(jì)算也可采用數(shù)學(xué)模型法。技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的修訂，必將影響今后的工程建設(shè)。

3.5數(shù)據(jù)和資料

準(zhǔn)確地估計(jì)降雨量和徑流量，需要大量的、長(zhǎng)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(cè)時(shí)間短，難以應(yīng)對(duì)雨水徑流模擬的需要，而且大量基礎(chǔ)設(shè)施的開(kāi)工建設(shè)，也經(jīng)常導(dǎo)致資料（如：地形資料）變化快，資料之間的配合、更新不及時(shí)。

信息化、智能化技術(shù)的發(fā)展，為地鐵建設(shè)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(guó)外大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)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(xué)規(guī)劃城市排水體系，提前預(yù)報(bào)徑流發(fā)展過(guò)程和積滯水發(fā)生地點(diǎn)，及時(shí)采取有效應(yīng)對(duì)措施，在保障安全的同時(shí)最大限度地利用雨水資源。隨著國(guó)家財(cái)力的增強(qiáng)，可在雨水管理中及時(shí)采用一些先進(jìn)的信息化技術(shù)，提升資料的應(yīng)用價(jià)值。

2014年7月綠色科技第7期4結(jié)語(yǔ)endprint

地鐵的迅速發(fā)展，給雨水可持續(xù)利用帶來(lái)了新的課題，雨洪災(zāi)害的防治與雨水利用應(yīng)該在可持續(xù)發(fā)展的指導(dǎo)思想下統(tǒng)一解決，地鐵建設(shè)和配套的雨洪防治、雨水利用工程設(shè)施之間是對(duì)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(shè)的同時(shí)，推廣雨水工程建設(shè)，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(wèn)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(duì)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(duì)地鐵建設(shè)中配套的雨水利用工程建設(shè)，提出如下對(duì)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(shí)修訂工程規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)；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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