淺談杭州市城市雨水的生態(tài)利用

余　波　姜　丹　俞周杰　王嬌嬌　張　曉　周根娣

（1 杭州市環(huán)境監(jiān)測中心站， 杭州 310007；2 杭州師范大學(xué) 生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與恢復(fù)杭州市重點實驗室， 杭州 310016；3 浙江立興造價師事務(wù)所有限責(zé)任公司 ，杭州 310001）

淺談杭州市城市雨水的生態(tài)利用

余波1姜丹2俞周杰2王嬌嬌2張曉3周根娣2

（1 杭州市環(huán)境監(jiān)測中心站， 杭州 310007；2 杭州師范大學(xué) 生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與恢復(fù)杭州市重點實驗室， 杭州 310016；3 浙江立興造價師事務(wù)所有限責(zé)任公司 ，杭州 310001）

隨著城市化的快速發(fā)展，城市面臨的水資源問題加劇。通過對杭州城市雨水資源實際情況的調(diào)查分析，借鑒國內(nèi)外的先進(jìn)雨水利用現(xiàn)狀，對杭州市城市雨水資源化的可行性和潛力進(jìn)行了分析與評價，并提出了實現(xiàn)杭州市城市雨水資源化的基本途徑及應(yīng)采取的措施，為實現(xiàn)杭州市城市雨水生態(tài)利用和建設(shè)節(jié)水型城市提供思路。

城市雨水; 生態(tài)利用； 杭州

城市雨水作為易于獲得的淡水資源，是指水以雨水的形式落入城市中以及形成的地表徑流（洪笑，2010），即水作為寶貴的自然資源以蒸發(fā)、徑流、降雨的形式在地球上循環(huán)。隨著全球氣候變暖和城市化進(jìn)程的加快，使得暴雨洪災(zāi)對城市造成威脅，城市的排水設(shè)施承受嚴(yán)峻考驗，雨水徑流造成的面源污染日益嚴(yán)重（Committee on Reducing Stormwater Discharge C o n t r i b u t i o n s t o W a t e r Pollution，2008）。城市雨水資源是水資源的重要組成部分，而我國城市對雨水資源的利用仍處于初步階段，如何將城市雨水資源與供水、排水、污水處理與回收利用等城市水務(wù)相協(xié)調(diào)，仍面臨著諸多問題（徐俊偉， 2011； 謝衛(wèi)民等，2005； 趙樹旗等， 2010）。

1　 國內(nèi)外城市雨水的利用

雨水資源利用作為一項歷史悠久的傳統(tǒng)技術(shù)，隨著城市雨洪管理和雨水利用日益受到重視，已經(jīng)引起人們對傳統(tǒng)水資源理念和利用有了新的思考和認(rèn)識。

一些發(fā)達(dá)國家，已經(jīng)把雨水資源的收集利用和城市規(guī)劃排水作為重要的內(nèi)容。1982年國際雨水收集系統(tǒng)協(xié)會（International Rainwater Catchment System Association-IRCSA）成立，認(rèn)為雨水利用將成為解決未來21 世紀(jì)世界水資源的重點途徑（張金梅，2010）。德國是世界上對城市雨水利用研究較早的國家，也是技術(shù)較為發(fā)達(dá)的國家，截至目前已發(fā)展出第三代雨水利用技術(shù)，其主要特征為設(shè)備的集成化（Koenig， 2014）。如德國居民每戶都建有一個6 m3左右的地下儲水罐來收集雨水，用于洗滌、沖廁等（李亮， 2002）。美國從20世紀(jì)70年代就制定了有關(guān)雨水利用的法律法規(guī)《雨洪管理條例》，要求新開發(fā)區(qū)的暴雨洪峰流量不得超過開發(fā)前水平，其主要的雨水利用方式以入滲為主，大多數(shù)城市都建有屋頂蓄水系統(tǒng)和由入滲池、井、草地、透水地而組成的地表回灌系統(tǒng)（Haugland，2005）。如美國的加利福尼亞州修建的Leaky Areas地下回灌系統(tǒng)，在1971-1980年間地下水回灌總量高達(dá)1.388×108 m3。加拿大的雨洪治理則要求在設(shè)計上符合經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、美學(xué)等多方面的需要，并利用洼地貯留雨水的方式以便于能夠減緩徑流量，使新建筑物區(qū)域達(dá)到零排放增量（張金梅，2010）。在亞洲，日本是開展城市雨水利用規(guī)模最大的國家，早在20世紀(jì)60年代就開始利用路面雨水，70年代研究雨水回灌地下水技術(shù)（梁文逵， 2014），80年代開始推行雨水貯存滲透計劃（宜保華，1990）。最近幾年，一些發(fā)展中國家也開始對城市雨水利用予以更多關(guān)注，如Lubinga Handia等人對非洲贊比亞國家城市的雨水集蓄利用潛力進(jìn)行了分析，研究了其適應(yīng)性。

自2001年國務(wù)院批準(zhǔn)了《21世紀(jì)初期首都水資源可持續(xù)利用規(guī)劃》以來，我國哈爾濱、大連、天津、西安、上海等城市都相繼開展了雨水利用的研究（陳思光，2010； 王永磊等， 2006）。如上海出現(xiàn)了具有雨水利用功能的生態(tài)住宅；天津建成一座節(jié)水型水利科技大廈，將大廈收集的雨水用來綠化灌溉、清潔路面或涵養(yǎng)地下水（徐俊偉，2011；倪艷芳，2008）。針對城市雨水資源化問題，我國的很多學(xué)者取得了階段性的成果（賈登勛，2007）。如張亞東等（2003）對北京城區(qū)路面雨水徑流水質(zhì)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)主要污染指標(biāo)化學(xué)需氧量與懸浮物有很好的相關(guān)性，化學(xué)需氧量與氨氮、總氮、總磷均有一定的相關(guān)性。王彥紅等（2006）對寶雞市市區(qū)雨水徑流的水質(zhì)污染特性進(jìn)行了分析，討論了城市雨水徑流對城市水環(huán)境的影響，并提出了相應(yīng)的污染控制措施，為預(yù)防及治理雨水徑流對城市水體的污染提供基礎(chǔ)資料和技術(shù)支持。朱紅霞（2012）對城市綠地雨水利用途徑做了研究，指出應(yīng)將再生水、雨水利用和景觀設(shè)計相結(jié)合的理念。王鵬等（2004）在對青島市雨水水質(zhì)實地調(diào)查后，結(jié)合國內(nèi)外雨水研究的先進(jìn)經(jīng)驗，對青島市今后的雨水污染控制和利用提出了一些建議和意見。戚玉麗（2005）對浙江省嘉興城市雨水直接排放所帶來的問題進(jìn)行了分析，并結(jié)合嘉興城市建設(shè)的實際現(xiàn)狀，探討了適合嘉興城市雨水利用的方法，指出了目前嘉興城市雨水利用所存在的困難。雖然越來越多的學(xué)者開始關(guān)注城市雨水的生態(tài)利用，但綜合來看，我國對城市雨水集蓄及其應(yīng)用方面的研究尚處于起步階段，對城市雨水利用理論與實例研究較缺乏。

2　杭州城市雨水概況

杭州雨量較為充沛，全年受降雨影響，水位變化較大，其中夏季降雨強度最大，多發(fā)生臺風(fēng)暴雨，而秋冬兩季相對雨量較少，為干季。杭州全年有兩個雨季，分別為梅汛期和秋雨期。梅汛期間平均降水量為350～550 mm，雨量較集中，一般自5月初到6月底至7月上旬結(jié)束；秋雨期間平均降水量為440～460 mm，因受臺風(fēng)或極鋒南移影響所致，一般自7月底到9月底結(jié)束。隨著城市化推進(jìn)的速度加快，地面大量硬化和綠地面積的減少，大部分降雨因此無法滲入地下進(jìn)而形成地表徑流，導(dǎo)致杭州內(nèi)澇頻發(fā)，雨水得不到充分利用。

隨著杭州市水資源的開發(fā)利用，杭州市水資源形勢不容樂觀，已漸漸從輕度缺水城市走向中度缺水城市（陳欣等，2001）。在倡導(dǎo)節(jié)約水資源和綠色建筑的理念下（張巍等，2008），利用杭州雨水資源相對較豐沛的優(yōu)勢，將雨水作為一種資源回收利用緩解水資源緊缺問題已成為有效方式之一。

3　杭州市城市雨水生態(tài)利用的基本途徑

國內(nèi)資料研究表明，一般年平均降水量在200 mm的地區(qū)都可發(fā)展集雨工程（Chen et al， 2012）。杭州市雨量豐沛，年平均降水量超過400 mm（黃立丹等， 2013），其中夏季多發(fā)生臺風(fēng)暴雨，降雨強度大，為此增加杭州城市雨水資源的利用量、提高雨水資源的利用率將成為生態(tài)型城市建設(shè)的有效措施。

3.1雨水的直接利用

城市雨水直接利用的用途一般首先考慮綠化（李俊奇等，2005）。杭州城市綠化每年以500萬/m2以上的速度擴(kuò)展，生態(tài)效應(yīng)已現(xiàn)，但杭州的綠化分布不均衡，主要集中在風(fēng)景區(qū)和新開發(fā)的區(qū)塊，城區(qū)特別是老城區(qū)綠化在質(zhì)和量上的改變一時還跟不上城市發(fā)展的需求。目前真正擴(kuò)大城區(qū)的綠化，最有效的辦法是屋頂綠化，屋頂綠化不僅能減少城區(qū)綠化空間不足的矛盾，同時還大大減少房屋頂層臟、亂、差，提升城市的空中景觀，改善城區(qū)的環(huán)境質(zhì)量（梁立軍等，2014）。城市雨水的直接利用還可以考慮沖洗道路、停車場、洗車、建筑工地用水等雜用水，有條件時還可作為洗衣、冷卻水循環(huán)、沖廁和消防等補充用水（李俊奇，2005）。但單從雨水利用的社會效應(yīng)、環(huán)境效益來看往往不可行，還應(yīng)注意的是，城市雨水質(zhì)量應(yīng)滿足國家的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，如《城鎮(zhèn)污水再生利用技術(shù)指南（試行）》、《污水再生利用城鎮(zhèn)雜用水水質(zhì)（GB/ T18920-2002）》、《污水再生利用景觀環(huán)境用水的水質(zhì)水質(zhì)（GB/ T18921-2002）》等，并盡快出臺雨水利用的相關(guān)法律和條例，較大推動雨水利用工程在城市建設(shè)中的應(yīng)用。

3.2與生態(tài)小區(qū)建設(shè)相結(jié)合

生態(tài)小區(qū)雨水綜合利用系統(tǒng)是利用生態(tài)學(xué)、工程學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，通過人工凈化和自然凈化的結(jié)合，雨水積蓄利用、滲透于園藝水景觀等相結(jié)合的綜合性設(shè)計，從而實現(xiàn)建筑、園林、景觀和水系的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一，以及人和自然和諧共存（賈金葉，2008）。目前國內(nèi)常見的有兩種：屋頂花園雨水利用系統(tǒng)與屋面雨水收集利用系統(tǒng)。屋頂花園雨水利用系統(tǒng)是利用屋面雨水對屋頂花園進(jìn)行灌溉，即從植物需水量、蓄水系統(tǒng)容量、雨水可收集量及雨水收集系統(tǒng)等方面進(jìn)行屋頂雨水回收利用設(shè)計。曹傳生等（2013）對哈爾濱市某酒店屋頂花園進(jìn)行設(shè)計，提出將收集雨水作為屋頂花園植物灌溉用水的設(shè)計構(gòu)想，對水資源匱乏地區(qū)屋頂花園回水利用具有一定的實用價值。

雨水收集利用系統(tǒng)是將露天、屋檐的雨水通過管道輸送至過濾池，經(jīng)濾網(wǎng)、毛刷、紫外線殺菌等過濾，再通過過濾網(wǎng)進(jìn)入到另一個過濾池中，利用生物球、藤棉和毛刷去除雨水內(nèi)剩余的污染雜質(zhì)，實現(xiàn)效益最大化（曾科，2008）。但該系統(tǒng)在設(shè)計和實施上難度較大，對管理的要求也較高。城市雨水的利用與處理是現(xiàn)代發(fā)展下不可回避的難題，許多生態(tài)學(xué)家、城市規(guī)劃師經(jīng)過長時間合作，針對城市雨水這一問題提出了多種基于生態(tài)學(xué)原理的利用方式。

3.3與城市面源污染控制相結(jié)合

杭州地處亞洲經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密的長江三角洲，亦是我國重點風(fēng)景旅游城市和歷史文化名城之一。SO42-、NO3-等污染物嚴(yán)重危害杭州城市的自然生態(tài)系統(tǒng)平衡。2009年7月至2012年6月近三年間，杭州340個調(diào)查樣本中酸雨頻率達(dá)到66.5%（黃立丹等，2013）。徐虹等（2010）研究了2006-2008年杭州市大氣降雨的化學(xué)組成及其來源，發(fā)現(xiàn)硫酸根例子和硝酸根離子是主要的水溶性陰離子，其降雨類型為硫酸型，但硝酸在降雨酸性中所起作用有增大的趨勢；而且降雨中的化學(xué)組成主要來源于工業(yè)源和地殼源，與工業(yè)排放、生物質(zhì)燃燒和垃圾焚燒等人為污染有直接的關(guān)系，因此杭州城市雨水的利用要注意雨水的污染問題。除此之外，由于城市化建設(shè)帶來的大量垃圾和污水排放，不僅造成雨水管道堵塞，市區(qū)積水，同時污染物進(jìn)入水體從而導(dǎo)致城區(qū)河湖水質(zhì)惡化。因此，在城市綠化設(shè)計時，可以考慮設(shè)置排水系統(tǒng)或者淺層蓄滲裝置，從而促進(jìn)雨水的就地蓄滲，凈化已經(jīng)污染的地面徑流，既實現(xiàn)了雨水的生態(tài)利用，同時城市面源污染也得到了控制。

4　結(jié)論

近年來，雖然國內(nèi)外一些學(xué)者都開始重視城市雨水的收集和資源化利用，但總體明顯滯后于城市建設(shè)與發(fā)展（Morales-Pinzón et al， 2014），在我國城市雨水利用、處理系統(tǒng)建設(shè)尚處于起步階段。從實際出發(fā)，為了促進(jìn)浙江經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，加快城市建設(shè)，首先應(yīng)在大城市發(fā)展。杭州作為浙江13個地區(qū)中最具實力的城市在發(fā)展城市雨水收集和利用方面潛力巨大。

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Ecological Utilization of Urban Rainwater Resources in Hangzhou

YU Bo1JIANG Dan2YU Zhou-Jie2WANG Jiao-Jiao2ZHANG Xiao3ZHOU Gen-Di2
(1 Central Station for Hangzhou City Environmental Monitoring, Hangzhou 310007; 2 Key Laboratory of Hangzhou City for Ecosystem Protection and Restoration, Hangzhou Normal University, Hangzhou 310016; 3 Zhejiang Lixing Cost Estimation Engineers Firm Co., Ltd, Hangzhou 310001)

With the rapid development of urbanization, the city is facing with increasing challenges by the problem of water resource. Based on a survey of the realistic situation of the urban rainwater resources in Hangzhou, and considering domestic and overseas experiences in utilization of unban rainwater, the feasibility and potential of utilizing urban rainwater in Hangzhou City were evaluated, proposing basic approaches and measures to achieve ecological utilization of unban rainwater resources in Hangzhou, and providing a basic idea to construct a water saving city.

Urban rainwater; Ecological utilization; Hangzhou

10.3969/j.issn.1673-3290.2015.04.15

2015-05-20

杭州市科技計劃項目（201 30533B11&20140533B09）；浙江省教育廳科研項目（YS03209001112）

余波（1968-），男，高級工程師，從事環(huán)境監(jiān)測研究。E-mail：75201398@qq.com

姜丹（1984-），女，助理研究員，從事環(huán)境保護(hù)工作。E-mail：jiangdan@hznu.edu.cn