加納阿克拉市周邊地區雨水收集現狀分析

[加納]　K.奧烏蘇 等

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水文水資源

加納阿克拉市周邊地區雨水收集現狀分析

[加納]K.奧烏蘇 等

摘要：雨水收集有利于緩沖加納城市周邊地區的供水壓力，以滿足居民用水需求。鑒于此，分析了加納阿克拉市周邊地區雨水收集和利用面臨的問題。資料顯示，雨水收集可用來補充阿克拉市周邊地區現有水源。然而，雨水收集設施的投入成本高、房屋租賃期短、對雨水水質的認知水平低，以及阿克拉平原獨特的干燥氣候都是在雨水收集利用時所需面臨的主要問題。需要對房主開展投資雨水收集設施的公共教育，且政府也應增加雨水收集、凈化和利用方面的投資。

關鍵詞：雨水收集；城市水資源；雨量可變性；阿克拉；加納

1研究背景

供水對保證人類福祉很重要，但全球供水正持續下降。據2000年和2012年世界衛生組織/聯合國兒童基金會(WHO/ UNICEF)資料顯示，即使全球可獲得飲用水的人口由1990年的79%上升到2001年的82%，至2010年達到89%，但全球貧困地區仍然有許多人面臨缺水問題。如果當前趨勢得不到遏制，至21世紀中葉，大約20億人口供水將得不到保障。據2012年WHO/UNICEF資料，非洲撒哈拉以南地區供水覆蓋范圍最低，僅有61%的人口供水有可能得到改善。有專家估計，至2025年非洲將有一半人口供水會受到影響。一直以來，發展中國家一些城市的水資源短缺都是因開發供水設施的資金缺乏、供水管理不善和城市人口快速增長造成的。

2000年聯合國和相關學者提出，在認識到發展中國家有必要改善供水之后，千年發展目標之一是到2015年將缺水人口減少一半。現有數據表明，自從全球開始實施千年發展目標之后，預計16億人口供水得到保障。然而，全球很大一部分人口仍然迫切需要獲得安全的飲用水。為了增加發展中國家供水量，采取了很多策略，包括發展城市供水基礎設施和增加水井數量。2012年有學者提出另一個策略，即開發新水源補充目前占壟斷地位的或現有的水源。在過去一些傳統供水系統不能滿足居民需求的地區，早已采用雨水收集(RWH)這一供水替代策略， 開發RWH用以解決發展中國家一些城市區域的缺水問題。

由于加納國內供水長期不足，近年來已成為政府官員和發展伙伴強調利用雨水的國家之一。加納農村人口仍然依賴河流、湖泊和水井來滿足生活用水。城市供水系統也面臨2個主要問題。首先，有限供水不能滿足供水需求。其次，國內供水需求傾斜，城市富裕區域供水可靠，但貧窮和城市周邊地區供水受限。阿克拉市中心和富人區供水正常，而城市周邊地區則存在問題。

加納年均雨量較高，為800～2 000 mm， RWH具有解決加納城市周邊地區供水壓力的潛力。即使許多開發人員和政府官員已認識到這種潛力，但一直沒有全面調查影響加納家庭利用雨水的原因。在此背景下，本研究論述了阿克拉市周邊地區雨水收集和利用所面臨的挑戰。

2方法

2.1研究站點

研究站點位于加納首都阿克拉市周邊地區的2個社區，分別為科瓦貝亞(Kwabenya)和新伯狄安諾(Bortianor)。社區均處于沿海農業生態帶，每年發生2次極端暴雨。4～6月為區域主要雨季，9～11月為次雨季，2個時段產生年均總雨量800 mm。這2個社區均面臨供水問題。選擇以上2個社區，是基于歷史上社區家庭均安裝過RWH，當地居民通過其他任何方式取水都相當困難。

科瓦貝亞社區位于阿克拉市北部，居民相對較多，主要是中等收入的工薪階層，社區幾乎未接入城市供水系統，靠井水、供水商和雨水來滿足生活用水需求。新伯狄安諾社區位于阿克拉南部的崎嶇地帶，居民相對較少，主要是中產階層。盡管該社區離阿克拉多數地區主要水源威佳(Weija)水壩很近，但由于加納水務公司無法沿陡峭山坡將水有效送達用戶，從而也面臨供水問題。

2.2資料收集和分析

該研究依賴于原始數據收集，采用半結構訪談和非參與觀察形式。在抽樣架構缺乏可信度的情況下，2011年2月首次對2個社區房屋的基本情況進行了匯總。使用簡單的隨機抽樣技術，2個社區共選擇了400所房屋，選擇的房屋數量按人口比例而定。受過培訓的助理研究員開展半結構式訪談，訪談對象為被調查房屋戶主，若同一所房屋有多個戶主，則使用簡單隨機采樣技術，僅選擇1個進行訪談。若找不到戶主，則找下個負責人進行訪談。

總共采訪了357位戶主，其中科瓦貝亞216位，新伯狄安諾141位。在受訪戶主中，108位安裝了RWH設施，研究團隊進行了現場檢查，戶主回答了不同的問題，如雨水利用、RWH系統成本、雨水水質、雨水利用方面面臨的挑戰。在沒有安裝RWH設施的家庭中，也對有關水源、雨水水質感知及不安裝RWH系統的原因進行了面談。

除了收集原始資料之外，加納氣象局總部提供了1961～2010年間的年雨量資料，使用Z得分法對雨量資料法進行分析。雨量分析是為了說明雨量分布是如何對依賴RWH滿足供水需求構成挑戰的。

3結果

3.1研究社區雨水利用

在社區357戶研究家庭中，324戶家庭收集雨水作為飲用或非飲用水，飲用水主要用于烹飪、淋浴、洗碗。據調查，僅有31戶家庭有時直飲雨水。非飲用水則作為沖廁、洗車、建筑施工用水和花園綠化用水。

盡管研究社區雨水利用程度較高，但將雨水作為家庭主要水源的僅有51戶，因為很多家庭缺乏收集和儲存家庭充足水量的合適設施。事實上，僅108戶家庭進行了雨水收集設施的投資。訪談的多數家庭從水井、水車(供水商提供)和雨水中補充家庭用水量的不足。沒有安裝RWH設施的家庭借用特殊設施收集雨水。安裝了RWH設施的多數家庭儲存的雨水量有限，最多僅能維持7 d的用水需求。

雖然2個社區均面臨供水問題，但科瓦貝亞社區比新伯狄安諾社區家庭更愿意投資RWH設施。科瓦貝亞社區 38.9%的家庭擁有RWH系統，而新伯狄安諾這一比例僅為17.0%。進一步的深度訪談結果顯示，供水商在2個社區售水價格的不同，在一定程度上造成了這一差異。新伯狄安諾社區靠近威佳水壩，水價比科瓦貝亞社區低很多，只有其一半， 2個社區購水成本差異說明，供水商的低水價在一定程度上抑制了雨水收集設施的安裝。

3.2雨水收集設施

RWH不僅是指雨水收集和儲存，還涉及其他針對雨水水質保護和利用率的相關活動。早期研究已明確RWH系統主要由3個部分組成。第1個部分是收集雨水的地表或集水區。這可能是屋頂或收集坡面徑流的人工地面或巖石集水區。社區通常使用材料優質的屋頂收集雨水。屋頂收集的雨水比地面或巖石集水區收集的雨水更不易受到污染。地面集水區包括硬化地表和非滲透性土壤。地面雨水收集方法通常用在年雨量較小或無法用合適屋頂收集雨水的區域。巖石集水區利用圍墻形成的封閉的天然洼地建蓄水池。雖然巖石集水區修建蓄水池相對便宜，但場地要適宜。第2個部分是排水系統，它攔截和輸送屋頂的水進入蓄水設施。第3部分是蓄水設施，通常費用最高，因為只有容量足夠大才能應對長久的干旱。另外，還可能包括去除雨水雜質的過濾、處理和交付系統。

2個研究社區家庭主要使用屋頂收集雨水。社區房屋主要用波紋鐵皮作屋頂，屋頂通常提供了很好的集雨表面。加納城市周邊地區排水系統設計也相對便宜。多數房屋使用鐵皮做水槽。有學者曾提出，水槽不能構成附加成本，因為它們通常屬于屋頂設計要素，是構成房屋的一部分；但租用型房屋則不同，在安裝排水組件時可能產生沖突。房客在安裝排水系統和永久蓄水設施前，需要得到房東的許可，但通常會遭到房東拒絕，并涉嫌違約。據觀察，多數房屋的蓄水設施容量僅有200 L。極少數富裕家庭建造了地下蓄水設施。

多數房屋沒有雨水過濾、處理和輸送系統等后續過程。然而受訪者認為，他們使用的傳統方法可確保收集的雨水清潔可飲用，因傳統方法經過了雜質沉淀、加鋁絮凝和煮沸等過程。

3.3雨水收集利用面臨的挑戰

資料收集分析表明，加納城市周邊地區面臨的許多挑戰與雨水收集和利用有關。RWH基礎設施的高成本和土地所有權的復雜性是面臨的主要挑戰。水質和雨量的不穩定也是不利于加納RWH投資的經濟發展因素。下面從所有權、水質和雨量等方面作一一分析。

3.3.1基礎設施成本和房屋所有權問題

如上所述，被調查家庭中僅有30.3%建造了可維持7 d以上供水之需的雨水收集與蓄水設施，這些家庭大型蓄水設施都相當缺乏。進一步的訪談表明，RWH設施的成本高成了抑制雨水收集的因素。建造一個小型地下蓄水設施大約需要2 500美元，其蓄水量可供4口之家1個月的用水，許多家庭無力進行這樣的投資。

除了資金緊缺，房屋所有權狀態(租用類型)也是加納城市周邊地區雨水收集面臨的主要問題。投資于RWH設施的家庭很多是自住型。自住型家庭有48.9%投資于RWH設施，而租房家庭僅占到13%。沒有安裝RWH設施的249戶家庭中，對于大約162戶家庭而言，短期租房合同阻礙了RWH設施的投資。房客解釋說，房東往往把房客RWH投資看成是合同期違約；土地所有者希望在短時間內保持租賃協議中止的靈活性。這意味著除非房東準備好現金付給房客，否則，若房客可擅自在RWH上進行大量投資，將使房東失去解除合同的靈活性。

房客不愿意大量投資于RWH設施，因為這樣一來，他們目前的房屋租賃時間會超出預期。取而代之，房客更傾向于投資于小型的可移動的蓄水設施，這種設施通常由塑料容器組成。加納農民工同樣不愿意大額投資于雨水收集設施，因為他們多數人幾年之后會離城返鄉。

3.3.2水質

通常人們相信雨水收集系統可提供安全的飲用水而無需處理，因為雨水收集表面(屋頂)與很多常見的污染源隔開。然而，沒有安裝RWH設施的56戶家庭質疑雨水水質，因為干燥季節期間的雜物、細菌、鳥糞及蛋類對水槽和蓄水設施存在安全隱患。另一方面，擁有RWH設施的101戶家庭認為雨水是安全的，很多人直接用它烹調，但很少作為飲用用水。雨水水質評估似乎基于感知，而不是科學分析。加納雨水水質比較好，但也往往受到污染物的影響，這取決于雨水收集和蓄水的設施。

3.3.3雨量

雨水量及其分布對依靠雨水收集的地區至關緊要。有學者指出，加納城市周邊地區年總雨量較小，且雨量各季、年內和數十年來變化很大。盡管加納南部雨情達到雙重最大值，但其年均雨量甚至小于加納北部，北部年均雨量超過1 000 mm。來自加納氣象局的實驗數據分析表明，加納1961～2010年間年均雨量為790.6 mm，變化系數(CV)為32%。CV值高表明加納降雨分布呈現高度不確定性。

基于同期雨量資料計算出的雨量標準方差顯示了加納數十年來天然雨量的分布情況，它表明過去20 a雨量大體上在長期均值線下。這意味著數十年來社區家庭供水處于低降雨量下，因此依靠RWH供水將存在風險。雨量資料季節性分析也表明，加納幾乎所有雨水(74.67%)集中于夏季，干燥季節僅有少量降雨(25.33%)。12，1月和2月月均雨量達到52.8 mm(CV值高達 82.8%)，而6～8月月均雨量則達到 308.7 mm(CV值 54.7%)。旱季的CV值意味著多數旱季無法記錄任何可以依靠的有效降雨。擁有RWH設施的108戶家庭中，有96戶家庭聲稱，雨水的不可靠性和11月至次年3月的長期干旱是雨水利用面臨的主要問題。降雨波動多年來正變得更加嚴重。為了緩解這些問題，受訪者需要建造更大容量的蓄水設施，但這受阻于其財務狀況和可用土地。

4討論和結論

阿克拉市周邊地區用水量較高，但現有水量不

滿足要求，為此RWH應用而生。科瓦貝亞和新伯狄安諾社區家庭中90%以上使用RWH。在加納，RWH技術古老，然而調查中僅1/3家庭投入了大量資金收集和儲存可供使用7 d以上的雨水。租賃合同是決定投資RWH設施最重要的一個因素。房客提到房東可隨時解約，理由是拒絕投資RWH設施。當時加納有一些租賃法律，但因租房遠遠供不應求，通常執行不力。因此房客利益實際上受不到保護，隨時可被房東驅逐。應將支持長期租賃協議和保護被驅逐房客的利益列入《租賃法》，并加以實施，這有益于阿克拉市鼓勵投資RWH設施。也建議政府對房東提出建設RWH設施的要求，這將確保雨水收集設施如廁所和浴室同其他設施一樣，供房客使用。

雨水收集系統，尤其是蓄水設施高昂的成本，是RWH面臨的主要挑戰。加納一些城市，許多貧困租戶無能力支出當前建設大型地下儲存設施的費用。政府正設法解決這一問題，正在努力開發相關技術易掌握、成本低且經久耐用的貯水池。

研究結果還表明，研究社區居民雨水水質感知嚴重阻礙了對RWH設施的投資。鑒于居民的擔憂在很大程度上是基于感知，而非科學證據，因此需要對城市雨水水質進行全面科學調查。調查工作應該在不同的集水區進行，因為歷史研究表明，雨水水質可能因屋頂類型和位置的不同而發生變化。這樣的調查結果可用于公共教育，以推進RWH的安裝使用。然而必須指出，即使雨水水質感知沒有顯著改善，仍然要推進雨水收集和使用工作的開展。這是因為目前多數家庭使用雨水清洗和沖廁不存在問題。這兩方面消耗的水量大約占到家庭用水量的40%。因此，以上兩種雨水用途將長期存在，可緩解阿克拉市周邊地區水資源壓力。同時，加強公共教育，減少污染，也有利于改善雨水水質。進水口處的雨水雜質過濾器和污穢沖刷設備可以防止碎片進入蓄水池，因此必須鼓勵家庭使用這些過濾設施。另外，在所有雨水進水口和出水口處應布置防止動物進入的屏蔽設施，以提高雨水水質。

研究也表明，阿克拉和加納東南部沿海平原氣候獨特，其年均雨量小，年跡雨量變化大，這成為抑制投資RWH設施的因素。年雨量小和年際雨量變化大，導致大型RWH設施的投資成本增加，這受到財政和土地可用性的約束。需要研究當代降雨趨勢以及未來預測，以決定阿克拉平原RWH設施的投資。

邱訓平吳建譯

(編輯：朱曉紅)

收稿日期：2016-03-01

文章編號：1006-0081(2016)06-0011-03

中圖法分類號：TV991.114

文獻標志碼：A