淺析海綿城市建設(shè)中的屋面雨水利用

張文韜

摘 要 如今，逢雨必澇，城市里看海；逢旱則干，熱島效應(yīng)加劇，這種現(xiàn)象在城市發(fā)展中越發(fā)嚴(yán)重。而海綿城市是新一代城市雨洪管理概念，在下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時(shí)將蓄存的水釋放并加以利用，這樣既能改善我國(guó)逢雨必澇的現(xiàn)狀同時(shí)又能利用雨水資源。本文針對(duì)如何更好的實(shí)施海綿城市建設(shè)中屋面雨水利用，對(duì)目前國(guó)內(nèi)外屋面雨水利用的現(xiàn)狀，屋面雨水利用系統(tǒng)等方面進(jìn)行了分析，并提出了改善其利用效果的建議。

關(guān)鍵詞 海綿城市 屋面雨水利用 現(xiàn)狀 建議

中圖分類(lèi)號(hào)：TU992 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

水對(duì)于城市來(lái)說(shuō)，既是滋養(yǎng)土地、維系經(jīng)濟(jì)發(fā)展的生命之源，又是帶來(lái)洪澇災(zāi)害的自然隱患，也是生態(tài)景觀不可缺少的要素。我國(guó)是一個(gè)干旱缺水嚴(yán)重的國(guó)家，而城市化的加速發(fā)展和城市地表水嚴(yán)重污染，又進(jìn)一步加劇了當(dāng)前國(guó)內(nèi)許多城市可用水資源短缺的問(wèn)題，從而雨水的收集利用已成為一種必然的趨勢(shì)。自20世紀(jì)70年代末起，發(fā)達(dá)國(guó)家就開(kāi)始研究雨水的收集和利用，并取得了一定的實(shí)踐成就。還有，我國(guó)由于不同地域的地理?xiàng)l件及氣候迥異，中國(guó)年降雨量呈現(xiàn)由東南沿海向西北內(nèi)陸逐漸減少的分布規(guī)律，并有著顯著差異的豐水期枯水期。因此，我國(guó)在雨水利用建設(shè)方面可借鑒國(guó)外先進(jìn)優(yōu)秀的方法和技術(shù)，并結(jié)合本國(guó)的實(shí)際情況，建設(shè)適合當(dāng)?shù)厍闆r的屋面雨水利用系統(tǒng)。

1緒論

1.1城市雨水利用發(fā)展概況

雨水利用是一種古老的傳統(tǒng)技術(shù)，數(shù)千年以前就被人們采用，并一直在缺水國(guó)家和地區(qū)廣泛應(yīng)用。現(xiàn)代城市雨水利用是一種新型的多目標(biāo)綜合性技術(shù)，其技術(shù)應(yīng)用有著廣泛而深遠(yuǎn)的意義。近年來(lái)，城市雨水利用技術(shù)迅速發(fā)展。目前城市雨水收集利用方式主要包括屋頂綠化雨水利用、屋面雨水利用、區(qū)域雨水利用和回灌地下水雨水利用四種。

1.2國(guó)外屋面雨水利用

城市雨水資源利用的可行性首先要考慮的是雨水水質(zhì)。一般情況下，不經(jīng)過(guò)處理或者經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理的雨水足可用于城市綠化用水、工業(yè)循環(huán)水以及景觀娛樂(lè)用水等。屋面徑流雨水水質(zhì)較好，因此屋面雨水利用是城市雨水利用的重要組成部分。以下就國(guó)內(nèi)外城市屋面雨水利用的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。

1.2.1日本的雨水利用

日本是亞洲重視城市雨水利用的典范，十分重視環(huán)境、資源的保護(hù)和積極倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的理念。日本目前雖然對(duì)城市雨水利用沒(méi)有硬性規(guī)定，但國(guó)家和地方政府都大力支持和鼓勵(lì)雨水項(xiàng)目。日本有的是將收集到的屋面雨水經(jīng)砂濾和消毒后回用，也有的將屋面雨水收集，排入溢流井，溢流井下設(shè)有滲透溝槽，溢流雨水排入污水管道。據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本目前已擁有利用雨水設(shè)施的建筑物多座，屋頂集水面積多萬(wàn)。例如，在城市屋頂修建雨水澆灌的“空中花園”，這種措施，在減少城市地表徑流的同時(shí)，減少了自來(lái)水的消耗，增加了城市的綠地面積，對(duì)美化城市環(huán)境、凈化城市空氣、吸收城市噪聲起到了很大的作用，還能夠降低城市的熱島效應(yīng)。

1.2.2德國(guó)的雨水利用

德國(guó)是歐洲極力主張廣泛進(jìn)行雨水利用的國(guó)家之一，也是歐洲開(kāi)展雨水利用工程最好的國(guó)家之一。其先后制定了有關(guān)雨水利用的法律法規(guī)，對(duì)城市屋面雨水的利用展開(kāi)了大量的研究，如德國(guó)柏林建造的第一座生態(tài)辦公樓。

屋面雨水利用技術(shù)在德國(guó)也已經(jīng)廣泛應(yīng)用。城市屋面雨水利用的主要技術(shù)有：（1）屋面雨水集蓄利用系統(tǒng)；（2）雨水屋頂花園利用系統(tǒng)。其屋面雨水的集蓄利用方式主要有兩種：第一種是居民小區(qū)雨水利用；第二種是單戶家庭雨水利用技術(shù)。德國(guó)的居民小區(qū)屋面雨水利用是通過(guò)雨漏管、入滲溝或洼地、溢流系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)的。屋頂?shù)挠晁紫韧ㄟ^(guò)雨漏管進(jìn)入樓寓周?chē)G地，經(jīng)過(guò)天然土壤滲入地下，若雨水大于土壤的入滲能力，則進(jìn)入小區(qū)的根據(jù)綠地的耐淹水平設(shè)計(jì)的入滲溝或洼地。標(biāo)準(zhǔn)降水徑流可全部入滲，若遇超標(biāo)準(zhǔn)降水，則通過(guò)溢流系統(tǒng)排入市政污水管道。而德國(guó)單戶家庭屋面雨水集蓄利用需要將水過(guò)濾，主要過(guò)程是將屋頂雨水通過(guò)雨漏管收集，通過(guò)分散或集中過(guò)濾除去徑流中顆粒物質(zhì)，然后將水引入蓄水池貯蓄，再通過(guò)水泵輸送至用水單元。一般用于沖洗廁所或灌溉綠地等。

1.2.3美國(guó)的雨水利用

美國(guó)的雨水利用常以提高天然入滲能力為目的，建造滲濾田補(bǔ)充地下水層，并制定相應(yīng)的法規(guī)限制雨水的直接排放。這些條例規(guī)定新開(kāi)發(fā)區(qū)的暴雨洪水洪峰流量不能超過(guò)開(kāi)發(fā)前的水平。所有新開(kāi)發(fā)區(qū)必須強(qiáng)行實(shí)行“就地滯洪蓄水”。

綜上所述，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家城市雨水利用的主要是制定一系列有關(guān)雨水利用的法律法規(guī)，建立完善的屋頂蓄水和地表回灌系統(tǒng)，并將收集到的雨水主要用于生活用水和回灌地下水。

1.3我國(guó)屋面雨水利用

我國(guó)城市雨水利用雖具有悠久的歷史，而真正意義上的城市雨水利用的研究與應(yīng)用還只有20多年的歷程。近年來(lái)，屋頂花園在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市發(fā)展很快，并隨著我國(guó)城市化的加速，已越來(lái)越受到重視。但總的來(lái)說(shuō)技術(shù)還不太成熟，缺乏系統(tǒng)性，更缺少法律、法規(guī)保障體系。

我國(guó)的屋面雨水利用的主要形式也是將雨水收集后過(guò)濾處理利用。就北京奧林匹克公園中心區(qū)雨水利用為例。北京奧林匹克公園中心區(qū)雨水利用系統(tǒng)，在排水通暢的前提下，將透水鋪裝區(qū)域、綠地、水系等各類(lèi)用地均考慮在內(nèi)，通過(guò)使用透水磚、增滲設(shè)施等新型透水材料，利用透水鋪裝和增滲設(shè)施來(lái)凈化雨水。在收集雨水過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)進(jìn)一步凈化，使收集的水質(zhì)滿足灌溉、水景、回灌地下的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)省了成本，建成了高標(biāo)準(zhǔn)的公園雨水利用系統(tǒng)。其中，中心區(qū)水系東岸地下商業(yè)屋頂種植綠地，在屋頂結(jié)構(gòu)上有一層的覆土層，在屋頂板范圍內(nèi)間隔設(shè)置相互平行的若干條疏、排水支線來(lái)收集入滲水，頂板外側(cè)邊緣設(shè)排水主溝，雨水通過(guò)種植土下滲進(jìn)入疏、排水支線，再由疏、排水支線進(jìn)入排水主溝，排水主溝與滲性集水井連接。

總的來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)屋面雨水利用在整體上還依舊傾向依靠“排與疏”、“雨污分流”等措施來(lái)解決問(wèn)題，因而也缺少與雨水收集系統(tǒng)相配套的雨水的處理與回用系統(tǒng)。所以，我們可以根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，結(jié)合國(guó)外已經(jīng)成熟的技術(shù)方法，建設(shè)合適的屋面雨水系統(tǒng)。

2屋面雨水利用

2.1屋面雨水收集

屋面雨水一般占城區(qū)雨水資源量 65% 左右，易于收集，且水質(zhì)相對(duì)較好，是城區(qū)雨水利用的主要對(duì)象。屋面雨水稍加處理或不經(jīng)處理即可直接用于沖洗廁所、澆灌綠地或用作水景，也可直接進(jìn)入滲透管溝或通過(guò)土壤經(jīng)初步滲透后再進(jìn)入滲透管系。通常屋面雨水收集系統(tǒng)包括收集區(qū)域、屋面排水溝和落水管系統(tǒng)、初期雨水分流和濾網(wǎng)過(guò)濾系統(tǒng)、儲(chǔ)水設(shè)施、輸水系統(tǒng)和處理系統(tǒng)。

屋面雨水收集量受當(dāng)?shù)貧夂蚝铜h(huán)境、屋面建筑材料、降雨量、降雨強(qiáng)度等因素的影響。因此，在屋面雨水的收集過(guò)程中，可以通過(guò)建筑群中占地面積較大的塔樓收集屋面雨水，通過(guò)重力流排水這種節(jié)能的形式排入預(yù)處理設(shè)備中，再供給群樓屋面上的綠化和景觀用水。或者利用屋頂?shù)闹亓?shì)能，通過(guò)壓力流雨水收集系統(tǒng)使雨水在管道內(nèi)呈負(fù)壓狀態(tài)而具有抽吸作用，雨水可以較大的流速排入貯水池。

2.2雨水處理

雨水回用一般主要用于水景補(bǔ)水、綠化用水、空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)冷卻補(bǔ)水、擦洗車(chē)輛等。處理過(guò)程一般為第一步，集水，可用綠色屋面或普通屋面收集雨水；第二步，初期雨水棄流，將水通過(guò)篩網(wǎng)除去大顆粒物質(zhì)；第三步，將透過(guò)篩網(wǎng)的水放置沉淀池沉淀，排除泥沙；第四步，在蓄水池投藥消毒；第五步，提升回用。當(dāng)然，具體工藝還應(yīng)該根據(jù)具體情況在工程實(shí)踐中做優(yōu)化調(diào)整。如可以采用“混凝-沉淀-過(guò)濾-微納米增氧系統(tǒng)”處理工藝，處理后的水質(zhì)可達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn)，屋面雨水徑流中含有粘土顆粒，選取聚合氯化鋁為混凝劑聚集成大的絮凝體，然后進(jìn)入濾柱系統(tǒng)，由濾料對(duì)水中雜質(zhì)截留、吸附，達(dá)到凈水的目的，濾柱濾料為石英砂和活化沸石。

在實(shí)施工藝的過(guò)程中，要保證水質(zhì)的優(yōu)質(zhì)，比如屋面材料要有嚴(yán)格要求，屋面場(chǎng)地要注意保持衛(wèi)生，經(jīng)常清理維護(hù)；每根排水管都要設(shè)置濾網(wǎng)以有效阻擋泥砂和樹(shù)葉等進(jìn)入回用系統(tǒng)中；避免雨水的二次污染；盡量避免水池內(nèi)出現(xiàn)水流死角，保證所有的雨水都能迅速收集，迅速處理和利用。雨水回用的構(gòu)筑物要注意管道密封，防止雨水倒流污染。

3建議

其一：由于雨水徑流有明顯的初期沖刷作用，污染物集中在初期的雨量中， 因此， 要控制初期雨水，并使用切換式或小管棄流井、旋流分離式初雨棄流設(shè)備、自動(dòng)翻板式初雨分離器等型式的初雨棄流裝置。降雨徑流的可生化性較差， 因此建議采用物化方法對(duì)其進(jìn)行處理，宜采用篩網(wǎng)格柵、混凝沉淀及過(guò)濾等工藝。還有，由于雨水的季節(jié)性，應(yīng)該嚴(yán)格控制棄流裝置的容積，避免棄流效率低、耐用性差、投資高等問(wèn)題。

其二：目前國(guó)內(nèi)缺少對(duì)屋面雨水利用這方面相關(guān)的法規(guī)及技術(shù)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，使得實(shí)施不能更好的進(jìn)行，因此，國(guó)家和政府應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)這方面的重視，建立健全該方面的規(guī)定。也應(yīng)該加大對(duì)屋面雨水利用的鼓勵(lì)與支持力度，引起大家的重視。

其三：國(guó)內(nèi)應(yīng)該多借鑒國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家屋面雨水利用的經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備，結(jié)合自身實(shí)際情況，加以完善改革。提高屋面雨水收集和處理的技術(shù)，提高其利用的效果，建立一套完善的屋面雨水收集系統(tǒng)。

其四：當(dāng)然，更重要的是，屋面雨水收集系統(tǒng)相對(duì)投資小，管理維護(hù)簡(jiǎn)單，適用范圍廣，可以在建造住宅和公共建筑時(shí)優(yōu)先考慮屋面雨水系統(tǒng)的建設(shè)，并作為節(jié)能型建筑的一個(gè)組成部分。并通過(guò)混凝劑的作用，可使水質(zhì)達(dá)到生活飲用水的要求，從而也可緩解水資源短缺的問(wèn)題。

4總結(jié)

我國(guó)屋面雨水利用的發(fā)展，有著良好的社會(huì)效益和環(huán)境生態(tài)效益，適應(yīng)海綿城市建設(shè)的現(xiàn)狀與需求，對(duì)人與自然的和諧相處起到了意味深遠(yuǎn)的作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，我們要借鑒國(guó)外雨水利用經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，加快屋面雨水利用的進(jìn)程，真正實(shí)現(xiàn)海綿城市的建設(shè)。

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